(57)【要約】シリコン−オン−インシュレータ構造体の劈開された表面を処理する方法を開示している。当該シリコン−オン−インシュレータ構造体は、ハンドルウェハ、シリコン層、上記ハンドルウェハと上記シリコン層との間の誘電体層を含む。上記シリコン層は、上記構造体の外表面を規定する劈開された表面を有する。開示された当該方法は、上記シリコン−オン−インシュレータ構造体から劈開面に沿ってドナーウェハの一部が分離される際に与えられる表面ダメージ及び欠陥を除去するため、上記シリコン−オン−インシュレータ構造体を処理するのに要する時間とコストを削減するエッチングプロセスを含む。当該方法は、上記構造体をアニールする工程、上記劈開された表面をエッチングする工程、上記劈開された表面上において非接触スムージングプロセスを実行する工程と、を含む。
2012510180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルウェハ、シリコン層、上記ハンドルウェハと上記シリコン層との間の誘電体層を含み、上記シリコン層が、シリコン−オン−インシュレータ構造体の外表面を規定する劈開された表面を有するシリコン−オン−インシュレータ構造体を処理する方法であって、
当該構造体をアニールする工程と、
上記劈開された表面をエッチングする工程と、
上記劈開された表面上で非接触スムージングプロセスを実行する工程と、を備える方法。
【請求項２】
上記エッチング工程は、上記構造体のシリコン層の少なくとも一部を除去することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記エッチング工程は、上記シリコン層の少なくとも一部を除去するため、上記構造体のシリコン層に対してエッチャントを放射することを含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
上記エッチング工程は、スピンエッチング装置上において上記構造体を回転させながら、エッチャントを上記シリコン層に放射することを含む請求項３記載の方法。
【請求項５】
上記エッチング工程は、上記シリコン層に対して層流でエッチャントを放射することを含む請求項４記載の方法。
【請求項６】
上記エッチング工程は、上記シリコン層に対して乱流でエッチャントを放射することを含む請求項４記載の方法。
【請求項７】
上記非接触スムージングプロセスは、上記劈開された表面においてエピ−スムージングプロセスを実行することを含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
上記非接触スムージングプロセスは、不活性雰囲気中において上記構造体をアニールすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
上記アニール工程は、上記構造体を酸化雰囲気中でアニールすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
上記アニール工程は、アルゴン及び水素の混合物を含む不活性雰囲気中に上記構造体を配置することを含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
上記アニールが、バッチアニールプロセスである請求項１記載の方法。
【請求項１２】
上記アニール工程が、急速熱アニールである請求項１記載の方法。
【請求項１３】
上記構造体をアニールする前に上記劈開された表面を洗浄する工程をさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１４】
ハンドルウェハ、シリコン層、上記ハンドルウェハと上記シリコン層との間の誘電体層を含み、上記シリコン層が、シリコン−オン−インシュレータ構造体の外表面を規定する劈開された表面を有するシリコン−オン−インシュレータ構造体を処理する方法であって、
上記構造体のシリコン層の少なくとも一部を除去することにより当該構造体の劈開された表面をエッチングする工程と、
上記構造体の劈開された表面上で非接触スムージングプロセスを実行する工程と、を備える方法。
【請求項１５】
上記エッチング工程は、上記シリコン層上の酸化物を実質的に除去する請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
上記エッチング工程後、上記劈開された表面上に酸化物の薄膜層が残存するようにすることを含む請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
上記酸化物の薄膜層が、上記劈開された表面上に不動態コーティングを有する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
上記非接触スムージングプロセスが、上記劈開された表面上においてエピ−スムージングプロセスを実行することを含む請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
上記非接触スムージングプロセスが、アルゴンを含む不活性雰囲気中において上記構造体をアニールすることを含む請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
上記非接触スムージングプロセスが、アルゴン及び水素の混合物を含む雰囲気中において上記構造体をアニールすることを含む請求項１４記載の方法。
【請求項２１】
上記非接触スムージングプロセスが、気体のエッチャントを、上記構造体の劈開された表面に接触させることを含む請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
上記構造体を回転させながら上記劈開された表面をエッチングする工程をさらに含む請求項１４記載の方法。
【請求項２３】
上記エッチャントの組成、上記構造体の回転速度、上記劈開された表面上にエッチャントを散布するノズルヘッドのフロー特性からなる群から選択された少なくとも一つを変更することにより、エッチングで除去されるシリコン層の量を変更する工程をさらに含む請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
ハンドルウェハ、シリコン層、上記ハンドルウェハと上記シリコン層との間の誘電体層を含み、上記シリコン層が、シリコン−オン−インシュレータ構造体の外表面を規定する劈開された表面を有するシリコン−オン−インシュレータ構造体を処理する方法であって、
当該構造体の劈開された表面をエッチングする工程と、
上記構造体をアニールする工程と、を備える方法。
【請求項２５】
上記アニール工程が、上記構造体をアルゴンを含む不活性雰囲気中に配置することを含む請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
上記アニール工程が、上記構造体をアルゴン及び水素の混合物を含む雰囲気中に配置することを含む請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
上記構造体の劈開された表面をエッチングする工程が、上記構造体のシリコン層の少なくとも一部を除去することを含む請求項２４記載の方法。
【請求項２８】
上記エッチング工程により、上記劈開された表面上において酸化物を実質的に除去する請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
上記エッチング工程が、上記劈開された表面において酸化物の薄膜層を残存させることを含む請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
上記酸化物の薄膜層が、上記劈開された表面において不動態コーティングを有する請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
上記構造体を回転させながら上記劈開された表面をエッチングする工程をさらに備える請求項２７記載の方法。
【請求項３２】
上記エッチャントの組成、上記構造体の回転速度、上記劈開された表面上にエッチャントを散布するノズルヘッドのフロー特性からなる群から選択された少なくとも一つを変更することにより、エッチングにより除去されるシリコン層の量を変更する工程をさらに含む請求項３１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体ウェハは、概して、後の工程においてウェハの向きを適切に揃えるための１以上のフラット若しくはノッチを具有するように切り取られ切削された単結晶インゴット（具体的にはシリコンインゴット）から作製される。当該インゴットは、その後、スライスされ個々のウェハに分割される。ここでは、シリコンから構成された半導体ウェハを参照するが、例えば、ゲルマニウム若しくは砒化ガリウム等の他の材料を用いてもよい。
【０００２】
シリコン−オン−インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハはウェハの一種である。ＳＯＩウェハは、シリコン基板上に積層された絶縁層（すなわち、酸化物層）の上にシリコン薄膜層を含む。シリコン−オン−インシュレータウェハは、シリコン−オン−インシュレータ構造体の一種である。
【背景技術】
【０００３】
ＳＯＩウェハを作製する具体的なプロセスには、ドナーウェハの研磨されたフロント表面上に酸化物層を析出させることが含まれる。粒子（具体的には、水素原子若しくは水素原子とヘリウム原子とを組み合わせたもの）が、ドナーウェハのフロント表面の下方、特定の深さの位置に埋め込まれている。埋め込まれた粒子により、上記ドナーウェハに、当該粒子が埋め込まれた特定の深さの位置において劈開面が形成される。埋め込みプロセスの間に上記ウェハ上に析出された有機化合物を除去するため、ドナーウェハの表面は洗浄される。
【０００４】
その後、親水性の接合プロセスによって、接合されたウェハを作製するため、ドナーウェハのフロント表面をハンドルウェハに接合する。ドナーウェハとハンドルウェハとは例えば酸素若しくは窒素を含むプラズマをウェハの表面にさらすことにより一体に接合される。プラズマにさらすことにより、通常表面活性化と称されるプロセスにおいて表面構造が修正される。その後、ウェハはプレスされ一体となり、ウェハ間に結合が形成される。当該結合は比較的脆弱であり、別の処理を行う前に強固にしなければならない。
【０００５】
いくつかのプロセスにおいて、ドナーウェハとハンドルウェハ（すなわち、接合されたウェハ）の間の親水性結合は、およそ３００℃〜５００℃の温度で当該接合されたウェハ対を加熱若しくはアニールすることにより強固にされる。高温により、ドナーウェハ及びハンドルウェハの近接する表面間に共有結合が形成され、それにより、ドナーウェハとハンドルウェハとの結合が強固なものとされる。接合されたウェハを加熱若しくはアニールすることにより、並びに、ドナーウェハに当初埋め込まれた粒子により劈開面は脆弱化する。その後、ドナーウェハの一部が、劈開面に沿って、上記接合されたウェハから分離されて、ＳＯＩウェハが形成される。
【０００６】
最初、上記接合されたウェハが固定部材上に載置される。当該固定部材において、上記接合されたウェハからドナーウェハの一部を引き離すために、機械的応力が上記接合されたウェハの対峙する面に垂直に加えられる。いくつかの方法によれば、上記機械的応力を加えるため、吸着カップが用いられる。上記劈開面において、上記接合されたウェハのエッジに機械的ウェッジを適用し当該劈開面に沿って劈開を進行させることにより、ドナーウェハの一部が分離される。その後、吸着カップにより加えられた機械的応力により、上記接合されたウェハからドナーウェハの一部が引き離され、それによりＳＯＩウェハが形成される。代替として、他の方法により、上記接合された対を一定期間高温に供し、上記接合されたウェハからドナーウェハの一部を分離する。高温に供することにより、上記劈開面に沿って劈開が引き起こされ劈開が進行し、それにより、ドナーウェハの一部が分離される。
【０００７】
結果として得られるＳＯＩウェハは酸化物層及びハンドルウェハ上に積層されたシリコン薄膜層（劈開後に残っているドナーウェハの一部）を含む。シリコン薄膜層の劈開された表面は、最終用途アプリケーション（end-use applications）に適さない粗い表面を有する。当該表面に対するダメージは、粒子注入及び当該粒子注入の結果として起こるシリコンの結晶構造中のずれによるものである。したがって、上記劈開された表面を滑らかにするため、別のプロセスが必要とされる。
【０００８】
シリコン表面層（すなわち、劈開された表面）を滑らかにし薄くするため、以前の方法では、アニーリング、化学−機械研磨、高温気相エッチング（すなわち、エピタキシャル−スムージング（エピ−スムージング））、若しくは、上記劈開された表面への犠牲酸化物層の形成を組み合わせたものが用いられていた。現在のプレエピタキシャルスムージングアニール（ＰＥＳＡ）プロセスでは、ＳＯＩウェハを数時間高温（１０００℃〜１２００℃）に供する。高温は、シリコンの結晶構造に、当該シリコンの結晶構造中に存在するずれを再配向させることにより、ＳＯＩウェハの上記劈開された表面が治癒される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＰＥＳＡプロセスは通常上記劈開された表面に存在するダメージを大きく低減するが、上記劈開された表面の厚さを所望のレベルまで低減するために、また、当該表面を所望の表面品質まで滑らかにするために、追加のプロセスが必要とされる。したがって、ＳＯＩウェハの上記劈開された表面の処理は、時間も費用も掛る処理である。
【００１０】
そのため、現在の処理オペレーションの欠点を解消するウェハ表面処理方法であって、接合されたウェハを用いるウェハプロセスオペレーションに用いるのに適した表面処理方法に対して未だ実現されていないニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の態様は、シリコン−オン−インシュレータ構造体を処理する方法であって、当該シリコン−オン−インシュレータ構造体は、ハンドルウェハ、シリコン層、及び上記ハンドルウェハと上記シリコン層との間の誘電体層を含み、当該シリコン層は、当該構造体の外表面を規定する劈開された表面を有し、当該方法は、上記劈開された表面をアニールする工程と、上記劈開された表面をエッチングする工程と、上記劈開された表面上において非接触スムージングプロセスを実行する工程と、を含む。
【００１２】
他の態様は、シリコン−オン−インシュレータ構造体を処理する方法であって、当該シリコン−オン−インシュレータ構造体は、ハンドルウェハ、シリコン層、及び上記ハンドルウェハと上記シリコン層との間の誘電体層を含み、当該シリコン層は、当該構造体の外表面を規定する劈開された表面を有し、当該方法は、シリコン層の少なくとも一部を除去することにより上記劈開された表面をエッチングする工程と、上記劈開された表面上において非接触スムージングプロセスを実行する工程と、を含む。
【００１３】
他の態様は、シリコン−オン−インシュレータ構造体を処理する方法であって、当該シリコン−オン−インシュレータ構造体は、ハンドルウェハ、シリコン層、及び上記ハンドルウェハと上記シリコン層との間の誘電体層を含み、当該シリコン層は、当該構造体の外表面を規定する劈開された表面を有し、当該方法は、上記構造体の劈開された表面をエッチングする工程と、上記構造体をアニールする工程と、を含む。
【００１４】
上述の態様に関連して言及された特徴について様々な限定が存在する。また、上述の態様に別の特徴を加えてもよい。これらの限定及び付加的な特徴は、個々に若しくはいずれか組み合わせて存在してもよい。例えば、いずれかの実施の形態に関連して以下に説明された様々な特徴を、上述の態様のいずれかに、単独で又はいずれかと組み合わせて組み込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１Ａは、ドナーシリコンウェハの上面図である。図１Ｂは、図１Ｂのドナーシリコンウェハの断面図である。
【図２】図２は、イオン注入を受けたドナーシリコンウェハの断面図である。
【図３】図３は、ハンドルシリコンウェハに接合されたドナーシリコンを含む、接合されたウェハの断面図である。
【図４】図４は、ドナーウェハの一部が除去された後の図３の接合されたウェハの断面図である。
【図５】図５は、接合されたウェハの劈開された表面を処理した後の図４の接合されたウェハの断面図である。
【図６】図６は、ウェハスピンエッチング装置を示した概略図である。
【図７】図７は、ＳＯＩウェハを処理する方法を示したフロー図である。
【図８】図８は、ＳＯＩウェハを処理する方法を示したフロー図である。
【図９】図９は、ＳＯＩウェハを処理する方法を示したフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
初めに図１Ａ及び図１Ｂを参照する。ドナーウェハ１１０及び酸化物層１２０が図示されている。図１Ａは、ドナーウェハ１１０の上面図であり、図１Ｂは、ドナーウェハの断面図である。酸化物層１２０は、ドナーウェハ１１０のフロント表面１１２に接合されている。酸化物層１２０は、酸化物層の成長に適した雰囲気にドナーウェハ１１０を供することにより、フロント表面１１２上に成長させてもよい。別の態様では、いずれかの既知の化学析出プロセスにより、酸化物層１２０をフロント表面１１２上に析出させてもよく、酸化物層１２０は、絶縁体（すなわち誘電体）として機能する。
【００１７】
図２は、粒子（具体的には、水素原子若しくは水素原子及びヘリウム原子の両方を組み合わせたもの）が埋め込まれたドナーウェハ１１０の断面図である。ドナーウェハ１１０には、ドナーウェハ１１０のフロント表面１１２の下方、特定の深さの位置に粒子が埋め込まれている。いくつかの実施の形態では、当該粒子は、イオン注入プロセスにより埋め込まれた水素イオン若しくはヘリウムイオンである。劈開面１１４は、ドナーウェハ１２０のフロント表面１１２の真下であって、当該フロント表面から、上記粒子が埋め込まれた特定の深さに等しい距離だけ離れた位置に形成されている。劈開面１１４は、ドナーウェハ１１０を横断する面を規定する。ドナーウェハ１１０において、ドナーウェハのその後の加熱時にイオン注入を行うことによりドナーウェハが実質的に脆弱化される。
【００１８】
図３は、ドナーウェハ１１０及びハンドルウェハ１３０の断面図である。ドナーウェハ１１０とハンドルウェハ１３０とは、例えば親水性結合法等の、いずれか適切な方法によって一体に接合される。ドナーウェハとハンドルウェハとは、例えば、酸素若しくは窒素を含むプラズマにウェハ表面をさらすことにより一体に接合される。ウェハ表面は、通常表面活性化と称されるプロセスにおいてプラズマにさらすことにより修正される。その後、当該ウェハはプレスされて一体とされ、その間に結合が形成される。当該結合は脆弱であり、別のプロセスを行う前に強化しなければならない。
【００１９】
ドナーウェハ１１０とハンドルウェハ１３０とは組み合わされて、接合されたウェハ１４０が形成される。いくつかのプロセスにおいて、ドナーウェハとハンドルウェハ（すなわち接合されたウェハ）の間の親水性結合は、上記接合されたウェハ対をおよそ３００℃〜５００℃の温度で加熱若しくはアニールすることにより強化される。高温により、ドナーウェハ及びハンドルウェハの近接する表面間に共有結合が形成され、それにより、ドナーウェハとハンドルウェハとの結合が強化される。上記接合されたウェハの加熱若しくはアニールと同時に、ドナーウェハに当初注入された粒子は移動を開始し、上記劈開面を脆弱化させる。
【００２０】
図４は、図３に図示された接合されたウェハ１４０の断面図である。接合されたウェハ１４０の一部が、劈開プロセスの間、図４の線図から取り除かれている。逆に、他の方法により、接合された対が所定時間高温に供され、上記接合されたウェハからドナーウェハの一部が分離される。高温にさらすことは、劈開面に沿った劈開を開始させ進行させるように機能し、それによりドナーウェハの一部が分離される。
【００２１】
劈開面１１４は実質的にイオン注入により脆弱化されることから、劈開面１１４により境界が規定される。ウェハに力が加えられたとき当該境界に沿ってウェハが容易に分離される。いくつかの実施の形態によれば、最初、上記接合されたウェハ１４０は、固定部材に載置される。当該固定部材において、上記接合されたウェハからドナーウェハの一部を引き離すために、上記接合されたウェハの対峙する側面に対して垂直に機械的応力が加えられる。ある実施の形態において、上記機械的応力を加えるために吸着カップが用いられる。ドナーウェハ１１０の一部の分離は、劈開面において、上記接合されたウェハのエッジに機械的ウェッジを適用し上記劈開面に沿って劈開を進行させることによりなされる。劈開面の脆弱な構造のため、接合されたウェハ１４０が、劈開面に沿って二片に完全に分離されるまで劈開が劈開面１１４に沿って進行する。その後、吸着カップにより加えられた機械的応力は、接合されたウェハ１４０を引き離し二片に分離される。一つの片は、ドナーウェハ１１０の一部のみからなる。もう一方の片は、ハンドルウェハ１３０からなり、ドナーウェハ１１０の一部がハンドルウェハ１３０に接合され、概して１５０で示されたシリコン−オン−インシュレータ（ＳＯＩ）が形成されている。
【００２２】
ＳＯＩウェハ１５０の劈開された表面１５２は、劈開面１１４に沿って上記接合されたウェハ１４０を分離した後得られる表面として定義される。劈開された表面１５２は、劈開面１１４に沿って分離された結果ダメージ表面を有している。当該ダメージ表面は、別の処理が行われないならば、最終用途アプリケーションに適さないものとなる。したがって、劈開された表面１５２は、ダメージを回復させるため、そして、上記劈開された表面１５２を滑らかにするため、付加的な処理工程に供される。ＳＯＩウェハ１５０の処理については、図６〜９に関連して、以下に、より詳細に説明している。
【００２３】
図５は、劈開された表面１５２を処理した後のＳＯＩウェハ１５０の断面図であり、結果として、滑らかにされた劈開された表面１５２Ｓとなっている。図５から分かるように、当該滑らかにされた劈開された表面１５２Ｓは、均一な分布を有する滑らかな表面を有する。ＳＯＩウェハ１５０の処理については、図７〜９に関連して、以下に、より詳細に説明している。
【００２４】
図６に図示されたウェハスピンエッチング装置（概して１６０で示す）は、ＳＯＩウェハ１５０の劈開された表面１５２上にエッチャントを均一に分散させるために用いられる。ウェハスピンエッチング装置１６０は、劈開された表面１５２に垂直であって、およそ中心ポイントにおいてＳＯＩウェハに交差する軸を中心として回転する。バック表面１５４は、好適には、ウェハスピンエッチング装置１６０に接続されている。ウェハスピンエッチング装置１６０の角速度及び加速度は、上記劈開された表面１５２におけるエッチャントフローを変更するために変更してもよい。例えば、角速度は、エッチャントが上記劈開された表面１５２から拡散する速度を増加させるために増加させてもよい。別の態様では、当該角速度は、エッチャントが上記劈開された表面１５２から拡散する速度を遅くするために減少させてもよい。
【００２５】
ウェハスピンエッチング装置１６０は、ある体積の液体エッチャントを放出するためノズル１６２を備え、劈開された表面１５２に当該エッチャントを放射する。ノズル１６２は、ブーム１６４に接続されている。ブーム１６４は、水平若しくは垂直に移動することができ、傾けることができ、若しくは望遠する（telescope）ことができる。
【００２６】
ノズル１６２は、様々なパターン若しくはモードでエッチャントを放出してもよい。例えば、ノズル１６２は、概して、層流パターンでエッチャントを放出してもよいし、若しくは、非層流の乱流パターンでエッチャントを放出してもよい。エッチャントがノズル１６２から放出されるモードは、例えば、用いられるエッチャントの種類に基づいて変更してもよい。別の態様では、当該モードは、エッチャントが上記劈開された表面１５２と接触している時間間隔に影響を与えるように変更してもよい。
【００２７】
ノズル１６２により放出されるエッチャントは、フッ酸及び酢酸の混合物であってもよい。いくつかの実施の形態において、当該エッチャントは、脱イオン水で希釈されたフッ酸溶液であり、エッチャントがＳＯＩウェハ１５０をエッチングする速度を調整するため、表面活性剤若しくは粘度調整剤（具体的には酢酸）が加えられる。
【００２８】
概して、酸性のエッチャントは、水素イオン源を含む水溶液の形態をとる。水素イオン源は、フッ酸、硝酸、リン酸、酢酸、硫酸、塩酸、クエン酸、蓚酸、プロピオン酸、過マンガン酸、及びこれらの組み合わせからなる群から選択してもよい。典型的には、水素イオン源は、少なくとも約４０質量％、より典型的には、少なくとも約５０質量％、さらに典型的には少なくとも約６０質量％、さらに典型的には少なくとも約７０質量％（具体的には少なくとも約８０質量％、若しくは少なくとも約９０質量％）の濃度で、エッチャント中に存在している。様々な実施の形態において、酸性のエッチャントは、基本的に、水及び水素イオン源を含む。様々な他の実施の形態において、酸性のエッチャントは、水素イオン源とともに１以上の添加剤を含む。
【００２９】
以下に説明する図７〜９の実施の形態は、ＳＯＩウェハを処理しドナーウェハの一部を劈開面に沿ってＳＯＩウェハから分離する際に与えられた表面ダメージ及び欠陥を除去するのに必要とされる時間と費用を低減するため、それぞれ、エッチングプロセスを用いる。
【００３０】
図７は、接合されたウェハから劈開されたＳＯＩウェハを処理する方法を示したフロー図である。ＳＯＩウェハは、劈開された表面と、バック表面と、を備える。ＳＯＩウェハは、シリコン−オン−インシュレータ構造体の一種であり、上記したように、ハンドルウェハ、シリコン層、及び上記ハンドルウェハと上記シリコン層との間の誘電体層を有する。ＳＯＩウェハは、図１〜４に関連して記載したものを含め、数多くの方法によって作製される。
【００３１】
当該方法は、ＳＯＩウェハの劈開された表面の洗浄から始まる（ブロック７１０）。劈開された表面はシリコン層を含む。当該劈開された表面は、当該技術分野における当業者に良く知られた様々な方法によって洗浄してもよい。ブロック７１０の洗浄の間、劈開された表面から遊離物質が除去される。他の実施の形態において、当該方法は、上記劈開された表面の洗浄から開始されない。その代りに、当該方法は、ＳＯＩウェハのアニールから開始され、ＳＯＩウェハの洗浄された表面は、アニール前においては洗浄されていない。
【００３２】
ブロック７２０において、ＳＯＩウェハはアニールされる。いくつかの実施の形態によれば、ＳＯＩウェハは、酸化剤雰囲気中に置かれることによりアニールしてもよく、その結果上記劈開された表面上に酸化物層が形成される。他の実施の形態において、ＳＯＩウェハは、不活性雰囲気（具体的にはアルゴン若しくは窒素）、若しくはアルゴン、水素、若しくはこれらの混合物を含む雰囲気中に置かれることによりアニールしてもよい。当該アニールは、好適には、従来の急速熱アニール（ＲＴＡ）プロセス、バッチプロセス、若しくは他の適切なアニールプロセスである。
【００３３】
ＳＯＩウェハのアニールにより、ＳＯＩウェハのコンポーネント間（すなわち、ハンドルウェハとそれに結合されたドナーウェハの一部）の結合が強化される。従前の方法において、非接触スムージングオペレーション前のＳＯＩウェハをアニールするプロセスは、プレ−エピスムージングアニール（ＰＥＳＡ）と称される。当該ＰＥＳＡプロセスは、数時間、１０００℃〜１２００℃の範囲の温度が必要とされるため、比較的時間と費用の掛るオペレーションである。高温は、シリコンの結晶構造体に、当該シリコンの結晶構造体の中に存在するずれを再配向させることにより、ＳＯＩウェハの劈開された表面を治癒する。劈開された表面の治癒は、例えば、アニール工程の時間及び／又は温度の減少を可能とすることにより、アニール工程の最適化を可能としてもよい。そのような最適化は、プロセスのコストを削減するであろう。
【００３４】
ブロック７２０において実行されるアニールは、ＳＯＩウェハの層間の結合を強化するように作用する。いくつかの実施の形態において、ドナーウェハとハンドルウェハとを結合させるために用いられる結合プロセスは、高温にさらすことを要求するタイプのものである。
【００３５】
ＳＯＩウェハの劈開された表面は、ブロック７３０においてエッチングされる。当該エッチングには、劈開された表面上においてシリコン層の少なくとも一部を除去する工程が含まれる。シリコン層の少なくとも一部を除去することにより、劈開された表面が滑らかになる。劈開された表面の滑らかさを改善するため、ＳＯＩウェハの劈開された表面にエッチャントを分散させる。エッチャントとの化学反応により、劈開された表面上に配置されたシリコン層の一部が除去される。いくつかの実施の形態によれば、ＳＯＩウェハは、図６に関連して述べられたウェハスピンエッチング装置に配置され、上記劈開された表面に対して垂直な軸を中心として回転する。ＳＯＩウェハを回転させている間、エッチャントは上記劈開された表面上に分散される。
【００３６】
図６に関連して述べたように、エッチャントを分散させる方法を変更して、エッチャントが上記劈開された表面に接触している時間に影響を与えてもよい。さらに、エッチャントの粘度は、その成分（具体的には、エッチャントにおける酢酸の比率を増加させて粘度を増加させる）を変更することにより変更してもよい。エッチャントが劈開された表面に接触している時間は、上記劈開された表面からエッチャントにより除去されるシリコンの量に比例する。したがって、エッチャントがＳＯＩウェハの劈開された表面に接触している時間を増加させることにより、上記劈開された表面からより多くのシリコンが除去される。
【００３７】
ブロック７４０では、非接触スムージングプロセスがＳＯＩウェハの劈開された表面上において実行される。いくつかの実施の形態において、非接触スムージングプロセスは、不活性ガス（具体的にはアルゴン）、アルゴン、水素若しくはこれらの混合物を含む雰囲気中においてＳＯＩウェハをアニールする工程、及び／又は、ＳＯＩウェハを気体のエッチャント（具体的には塩酸）でエッチングする工程を含む。従前の方法において、当該プロセスは、通常エピ−スムージングと称されている。従前の方法は、ブロック７３０において説明されたエッチング工程を用いないことから、ＳＯＩウェハの劈開された表面を滑らかにするためにエピ−スムージングプロセスが当てにされている。ＰＥＳＡプロセスと同様、エピ−スムージングオペレーションは時間と費用が掛る。ブロック７３０においてＳＯＩウェハの劈開された表面をエッチングすることにより、ブロック７３０においてＳＯＩウェハを処理するのに要する時間が極めて低減される。必要とされる気体エッチャントの量もかなり低減される。ブロック７４０の完了後、ＳＯＩウェハは、最終用途アプリケーションにとって、好適な条件下にある。
【００３８】
図８は、劈開された表面と、バック表面と、を備えるＳＯＩウェハを処理する方法を示したフロー図である。当該実施の形態において、期間が短縮された非接触スムージングプロセス（具体的には、エピ−スムージング）が従前の方法から留保されている。
【００３９】
当該方法は、ＳＯＩウェハの劈開された表面をエッチングすることにより開始される（ブロック８１０）。当該エッチングは、上記劈開された表面上において、シリコン層の少なくとも一部を除去する。いくつかの実施の形態において、当該エッチングは、上記劈開された表面上に存在するあらゆる酸化物を実質的に除去する。他の実施の形態において、酸化物の薄膜層は、エッチング後、劈開された表面上に残っている。換言すれば、上記劈開された表面上に酸化物の薄膜層が残るようにエッチングプロセスを実行する。当該薄膜層は、上記劈開された表面上に不動態コーティング若しくは不動態層を含んでもよいし、若しくはこれらから構成されていてもよい。図７に関連して述べたように、ウェハスピンエッチング装置において劈開された表面を回転させている間、エッチャントがＳＯＩウェハの劈開された表面に対して散布される。エッチャントにより除去されるシリコン層の厚さは、エッチャントの成分、ＳＯＩウェハの回転の角速度、若しくはエッチャントが上記劈開された表面上に散布されるノズルヘッドのフロー特性を変更することにより、選択してもよいし若しくは調整してもよい。
【００４０】
ブロック８２０において、非接触スムージングプロセスがＳＯＩウェハの劈開された表面上において実行される。当該実施の形態の非接触スムージングプロセスは、不活性雰囲気中においてＳＯＩウェハをアニールする工程を含む。エッチング後酸化物の薄膜層が上記劈開された表面上に残る実施の形態において、ＳＯＩウェハのアニールにより、当該酸化物の薄膜層を除去してもよい。上述のように、非接触スムージングプロセスは、エピ−スムージングプロセスにＳＯＩウェハを供する工程を含む。当該プロセスの間、上記劈開された表面を高温において気体のエッチャント（具体的には塩酸）に接触させる。エッチャントの量は、従前の方法において用いられていたものより低減することができ、ＳＯＩウェハに酸を接触させるのに要する時間を低減することができる。ブロック８２０の完了後、ＳＯＩウェハは、最終用途アプリケーションにとって、好適な条件下にある。
【００４１】
図９は、ＳＯＩウェハを処理する方法を示したフロー図である。ＳＯＩウェハは、劈開された表面と、バック表面と、を備える。従前の方法において用いられるプロセスは、エッチングが完了した後、期間が限られたアニールにＳＯＩウェハを供する。当該方法は、ＳＯＩウェハの劈開された表面のエッチングにより開始される（ブロック９１０）。当該ウェハは、上述した方法と実質的に同様にエッチングされる。
【００４２】
ブロック９２０において、ＳＯＩウェハは、不活性雰囲気（具体的にはアルゴン）若しくはアルゴン、水素若しくはこれらの混合物を含む雰囲気中においてアニールされる。他の実施の形態によれば、当該雰囲気は、酸化物雰囲気であってもよく、これにより、上記劈開された表面において酸化物フィルムが形成される。アニールオペレーションにより、上記劈開された表面において欠陥若しくは非均一性が低減され、ＳＯＩウェハの層間の結合が強化されるとともに、イオン注入プロセスから生じるダメージが治癒される。
【００４３】
図７の実施の形態は、ＳＯＩウェハの劈開された表面を滑らかにするため、よく知られた従前の方法において用いられているプロセスを利用することが留保されている。当該形態では、当該プロセスにおいて要求される長さ及び温度が低減され、それにより、ＳＯＩウェハの処理の全コストが低減される。図８の実施の形態では、期間が短縮されたエピ−スムージングプロセスのみ従前の方法から留保されている。図９の実施の形態では、従前の方法において用いられていた全てのプロセスが排除され、エッチングが完了した後、期間が限定されたアニールにＳＯＩウェハが供される。期間が限定されたアニールは、ＳＯＩウェハの層間の結合を強化し、いくつかの実施の形態において、ウェハを所望の粗さレベルまで滑らかにする。
【００４４】
用いる実施態様を選択することは、表面の滑らかさのレベル、劈開された表面をエッチングすることにより達成される表面ダメージの回復、最終用途アプリケーションに適した表面滑らかさの要求されるレベルに基づく。例えば、表面滑らかさのレベル、劈開された表面のエッチングから生じる表面ダメージの回復が、最終用途アプリケーションに対する要求を満たす若しくはこれを超える可能性がある場合、図９に関連して記載された実施の形態を用いてもよい。しかしながら、エッチング後、エッチングされた表面の非均一性のレベルが、最終用途アプリケーションに対する要求を満たさない可能性がある場合は、図７及び８に関連して述べた実施の形態にＳＯＩウェハを供してもよい。
【００４５】
本発明若しくはその実施の形態の構成要素を導入する際、冠詞”ａ”、”ａｎ”、”ｔｈｅ”、”ｓａｉｄ”により、１以上の構成要素が存在していることが意図されている。用語”ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”、”ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”及び”ｈａｖｉｎｇ”は、包括的であり、列挙された構成要素以外の付加的な構成要素が存在することが意図されている。
【００４６】
本発明の技術的範囲から逸脱しない限り上述の構成に置いて様々な変更が可能であるため、上記記載に含まれ添付の図面に示された全ての事項は、例示と解釈されるべきであり、限定するものではないことが意図されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2012510180.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2012510180.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月11日(2010.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルウェハ、シリコン層、上記ハンドルウェハと上記シリコン層との間の誘電体層を含み、上記シリコン層が、シリコン−オン−インシュレータ構造体の外表面を規定する劈開された表面を有するシリコン−オン−インシュレータ構造体を処理する方法であって、
当該構造体をアニールする工程と、
上記劈開された表面の少なくとも一部を除去するため、上記劈開された表面に対して液体のエッチャントを放射することにより、上記劈開された表面をエッチングする工程と、
上記劈開された表面上で非接触スムージングプロセスを実行する工程と、を備える方法。
【請求項２】
上記エッチング工程は、上記構造体の劈開された表面の少なくとも一部を除去することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記エッチング工程は、スピンエッチング装置上において上記構造体を回転させながら、エッチャントを上記劈開された表面に放射することを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
上記エッチング工程は、上記劈開された表面に対して層流でエッチャントを放射することを含む請求項３記載の方法。
【請求項５】
上記エッチング工程は、上記劈開された表面に対して乱流でエッチャントを放射することを含む請求項３記載の方法。
【請求項６】
上記非接触スムージングプロセスは、上記劈開された表面においてエピ−スムージングプロセスを実行することを含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
上記非接触スムージングプロセスは、不活性雰囲気中において上記構造体をアニールすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
上記アニール工程は、上記構造体を酸化雰囲気中でアニールすることを含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
上記アニール工程は、アルゴン及び水素の混合物を含む雰囲気中に上記構造体を配置することを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
上記アニールが、バッチアニールプロセスである請求項１記載の方法。
【請求項１１】
上記アニール工程が、急速熱アニールである請求項１記載の方法。
【請求項１２】
上記構造体をアニールする前に上記劈開された表面を洗浄する工程をさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１３】
ハンドルウェハ、シリコン層、上記ハンドルウェハと上記シリコン層との間の誘電体層を含み、上記シリコン層が、シリコン−オン−インシュレータ構造体の外表面を規定する劈開された表面を有するシリコン−オン−インシュレータ構造体を処理する方法であって、
上記劈開された表面に対して液体のエッチャントを放射することによって、上記構造体の劈開された表面の少なくとも一部を除去することにより当該構造体の劈開された表面をエッチングする工程と、
上記構造体の劈開された表面上で非接触スムージングプロセスを実行する工程と、を備え、上記のエッチング工程は、上記劈開された表面上に酸化物の薄膜層を残存させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
上記エッチング工程は、上記シリコン層上の酸化物を実質的に除去することをさらに含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
上記酸化物の薄膜層が、上記劈開された表面上に不動態コーティングを有する請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
上記非接触スムージングプロセスが、上記劈開された表面上においてエピ−スムージングプロセスを実行することを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
上記非接触スムージングプロセスが、アルゴンを含む不活性雰囲気中において上記構造体をアニールすることを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
上記非接触スムージングプロセスが、アルゴン及び水素の混合物を含む雰囲気中において上記構造体をアニールすることを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
上記非接触スムージングプロセスが、気体のエッチャントを、上記構造体の劈開された表面に接触させることを含む請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
上記構造体を回転させながら上記劈開された表面をエッチングする工程をさらに含む請求項１３記載の方法。
【請求項２１】
上記エッチャントの組成、上記構造体の回転速度、上記劈開された表面上にエッチャントを散布するノズルヘッドのフロー特性からなる群から選択された少なくとも一つを変更することにより、エッチングで除去されるシリコン層の量を変更する工程をさらに含む請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
ハンドルウェハ、シリコン層、上記ハンドルウェハと上記シリコン層との間の誘電体層を含み、上記シリコン層が、シリコン−オン−インシュレータ構造体の外表面を規定する劈開された表面を有するシリコン−オン−インシュレータ構造体を処理する方法であって、
上記劈開された表面の少なくとも一部を除去するため、上記劈開された表面に対して液体のエッチャントを放射することにより、当該構造体の劈開された表面をエッチングする工程と、
上記構造体をアニールする工程と、を備え、
エッチングで除去された劈開された表面の量は、上記エッチャントの組成、上記構造体の回転速度、上記劈開された表面上にエッチャントを散布するノズルヘッドのフロー特性からなる群から選択された少なくとも一つを変更することにより変更されことを特徴とする方法。
【請求項２３】
上記アニール工程が、上記構造体をアルゴンを含む不活性雰囲気中に配置することを含む請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
上記アニール工程が、上記構造体をアルゴン及び水素の混合物を含む雰囲気中に配置することを含む請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
上記エッチング工程により、上記劈開された表面上において酸化物を実質的に除去する請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
上記エッチング工程が、上記劈開された表面において酸化物の薄膜層を残存させることを含む請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
上記酸化物の薄膜層が、上記劈開された表面において不動態コーティングを有する請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
上記構造体を回転させながら上記劈開された表面をエッチングする工程をさらに備える請求項２２記載の方法。
【国際調査報告】
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