JP2000124092A - 水素イオン注入剥離法によってsoiウエーハを製造する方法およびこの方法で製造されたsoiウエーハ - Google Patents
水素イオン注入剥離法によってsoiウエーハを製造する方法およびこの方法で製造されたsoiウエーハInfo
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Abstract
OI層表面に残留するダメージ層、表面粗さを、SOI
層の膜厚均一性を維持しつつ除去することにより、高品
質のSOIウエーハを製造する方法を提供する。 【解決手段】 水素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、結合熱処理後、酸化性
雰囲気下の熱処理によりSOI層に酸化膜を形成した後
に該酸化膜を除去し、次に還元性雰囲気下の熱処理を加
えるSOIウエーハを製造する方法。および、水素イオ
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、剥離熱処理後、酸化性雰囲気下の熱処理により
SOI層に酸化膜を形成した後に該酸化膜を除去し、次
に還元性雰囲気下の熱処理を加えるSOIウエーハを製
造する方法。および、これらの方法で製造されたSOI
ウエーハ。
Description
エーハを結合後に剥離してSOI(Silicon On Insulat
or)ウエーハを製造する、いわゆる水素イオン注入剥離
法(スマートカット法とも呼ばれている)において、剥
離後にSOI層上に残留するダメージ層、表面粗さを除
去するとともに、工程の簡略化を図る方法に関する。
て、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方法(水素イオン注入剥離法:スマ
ートカット法と呼ばれる技術)が新たに注目され始めて
いる。この方法は、二枚のシリコンウエーハの内、少な
くとも一方に酸化膜を形成すると共に、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を注
入し、該ウエーハ内部に微小気泡層(封入層)を形成さ
せた後、該イオンを注入した方の面を酸化膜を介して他
方のシリコン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(特開
平5−211128号参照)である。この方法では、劈
開面(剥離面)は良好な鏡面であり、SOI層の膜厚の
均一性も高いSOIウエーハが比較的容易に得られてい
る。
Iウエーハを作製する場合においては、剥離後のSOI
ウエーハ表面にイオン注入によるダメージ層が存在し、
また表面粗さが通常のシリコンウエーハの鏡面に比べて
大きなものとなる。したがって、水素イオン注入剥離法
では、このようなダメージ層、表面粗さを除去すること
が必要になる。従来、このダメージ層等を除去するため
に、結合熱処理後の最終工程においては、タッチポリッ
シュと呼ばれる研磨代の極めて少ない鏡面研磨が行われ
ていた。
してしまうと、研磨の取り代が均一でないために、水素
イオン注入、剥離によって達成されたSOI層の膜厚均
一性が悪化してしまうという問題が生じる。また、結合
熱処理後に鏡面研磨をするのでは、工程が多く煩雑であ
り、コスト的にも不利である。
雰囲気下の熱処理を行い、SOI層に酸化膜を形成した
後、該酸化膜を除去する、いわゆる犠牲酸化を行うこと
によりダメージ層を除去する方法が提案された。この方
法であれば、機械加工である研磨によらずダメージ層を
除去することができる。
表面の表面粗さを十分に改善することができないため
に、結局、面粗さの改善のために機械研磨であるタッチ
ポリッシュが必要となり、SOI層の膜厚均一性を劣化
させてしまう。また、酸化性雰囲気下の熱処理を行う
と、SOI層表面のダメージに起因してOSF(酸化誘
起積層欠陥)が発生することがある。
SOIウエーハの表面を研磨することなく還元性雰囲気
で熱処理することにより、SOI層のダメージを回復さ
せ、面粗さを改善する方法が提案された。この方法であ
れば、剥離後のSOI層に残るダメージとSOI層表面
の面粗さを膜厚均一性を維持したまま改善することがで
きる。
SOIウエーハのSOI層中のダメージは、表面側が大
きく、内部になるに従い小さくなる。従って、上記のよ
うな還元性の熱処理を加えると、ダメージの回復はSO
I層の内部から表面側に進行することになるが、表面側
のダメージが大きい場合には、高温、長時間の熱処理が
必要とされ、高温、長時間の熱処理を行っても、場合に
よっては完全に回復できないこともあった。
入の注入エネルギーの大きさやドーズ量に起因するもの
であるので、例えば、厚いSOI層や厚い埋め込み酸化
膜を有するSOIウエーハを製造する場合に注入エネル
ギーを大きくする必要があるような場合や、剥離熱処理
を低温で行う目的によりドーズ量を大きくする必要があ
るような場合には、上記の問題は顕著になる。
長時間の熱処理を行うと、SOI層表面のシリコンがエ
ッチングされて膜厚均一性が劣化すると共に、埋め込み
酸化膜にエッチピットが生じることがあった。これは、
SOI層にCOP(CrystalOriginated Particle )の
ような欠陥があり、それが下地の酸化膜までつながって
いると、COPは消滅せずにそのまま残るか、あるいは
拡大することもあるため、欠陥を通して侵入した水素等
によって埋め込み酸化膜までもがエッチングされてしま
い、ここにピットが形成されることが原因である。この
エッチピットは、その近傍のSOI層にも影響を与える
ため問題であった。
って得られるSOIウエーハのダメージ層や表面粗さを
SOI層の膜厚均一性を維持しつつ除去するために、種
々の方法が提案されたが、いまだに満足できるものはな
く、適切な解決方法が望まれていた。
ような問題点に鑑みなされたもので、水素イオン注入剥
離法において、剥離後にSOI層表面に残留するダメー
ジ層、表面粗さを、SOI層の膜厚均一性を維持しつつ
除去することにより、高品質のSOIウエーハを製造す
る方法を提供すると共に、ウエーハ製造の生産性を向上
させることを目的とする。
め、本発明の請求項1に記載した発明は、水素イオン注
入剥離法によってSOIウエーハを製造する方法におい
て、結合熱処理後、酸化性雰囲気下の熱処理によりSO
I層に酸化膜を形成した後に該酸化膜を除去し、次に還
元性雰囲気下の熱処理を加えることを特徴とするSOI
ウエーハを製造する方法である。
下の熱処理によりSOI層に酸化膜を形成してから酸化
膜を除去する犠牲酸化を行うことにより、酸化膜中にS
OI層表面のダメージ層の一部または全部を取り込むこ
とができるので、これを除去すればダメージ層を効率良
く除去することができる。そして、次に還元性雰囲気下
の熱処理を加えることにより、SOI層に残留するダメ
ージ層を回復させるとともに、表面粗さを改善すること
ができ、すでにSOI層表面のダメージ層の一部または
全部を除去しているので熱処理時間も短時間とすること
ができる。そのため、SOI層や埋め込み酸化膜がエッ
チングされることも防止できる。さらに、この方法で
は、機械加工である研磨等を行う必要がないため、SO
I層の膜厚均一性が劣化することもなく、水素イオン注
入剥離法により極めて高品質のSOIウエーハを、より
高生産性で製造することができる。
は、水素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、剥離熱処理後、酸化性雰囲気下の
熱処理によりSOI層に酸化膜を形成した後に該酸化膜
を除去し、次に還元性雰囲気下の熱処理を加えることを
特徴とするSOIウエーハを製造する方法である。
下の熱処理によりSOI層に酸化膜を形成してから酸化
膜を除去することにより、酸化膜中にSOI層表面のダ
メージ層の一部または全部を取り込むことができるの
で、これを除去することによりダメージ層を効率良く除
去することができる。そして、還元性雰囲気下の熱処理
を加えることにより、SOI層に残留するダメージ層を
回復させるとともに、表面粗さを改善することができ、
すでにSOI層表面のダメージ層の一部または全部を除
去しているので短時間で効果的に熱処理を行うことがで
きる。そのため、SOI層や埋め込み酸化膜がエッチン
グされることも防止できる。さらに、この方法では、機
械加工である研磨等を行う必要がないため、SOI層の
膜厚均一性が劣化することもない。
理を行えば、酸化膜が結合熱処理中の表面保護膜の役割
を果たすことになり、結合熱処理を非酸化性雰囲気で行
う場合に生ずるSOI層表面のエッチングを防ぐことが
できる。あるいは、この酸化性雰囲気下での熱処理もし
くは還元性熱処理を、結合熱処理をも兼ねるものとする
こともできる。このようにすれば、結合熱処理を別個独
立して行う必要はなくなり、水素イオン注入剥離法によ
り極めて高品質のSOIウエーハを、より簡略な工程と
し高生産性で製造することができる。
記還元性雰囲気下の熱処理は、急速加熱・急速冷却装置
を用いて1000〜1300℃の温度範囲で、1〜60
秒間行うことが好ましい。このように、還元性雰囲気下
の熱処理を急速加熱・急速冷却装置を用いて、1000
〜1300℃の高い温度で、1〜60秒間の短時間に行
えば、極めて短時間で効率よくSOIウエーハ表面のダ
メージ層および面粗さを改善することができる。さら
に、SOI層や埋め込み酸化膜がエッチングされること
を防止することもできる。
元性雰囲気は、100%水素雰囲気、あるいは水素とア
ルゴンの混合雰囲気とすることが好ましい。このような
熱処理雰囲気とすれば、確実にSOI層の表面のダメー
ジ層および表面粗さを改善することができる。
に、前記酸化性雰囲気下の熱処理によりSOI層に形成
される酸化膜の厚さは、酸化膜形成前におけるSOI層
表面のダメージ層の厚さの2倍以上とすることができ
る。このように、酸化性雰囲気下の熱処理によりSOI
層に形成される酸化膜の厚さを、酸化膜形成前における
SOI層表面のダメージ層の厚さの2倍以上とすれば、
形成される酸化膜中にダメージ層のほぼ全部を取り込む
ことができるので、後に行う還元性雰囲気下の熱処理時
間はさらに短くすることができ、効率良くダメージ層等
の除去を行うことができる。
酸化性雰囲気下の熱処理温度は、前記還元性雰囲気下の
熱処理温度より低温とすることが好ましい。これは、酸
化性雰囲気下の熱処理を行うと、SOI層表面のダメー
ジに起因してOSFが発生することがあるが、酸化性雰
囲気下の熱処理温度よりも高温でその後の還元性雰囲気
下の熱処理を行えば、SOI層表面に発生したOSFが
除去されやすいからである。
酸化性雰囲気下の熱処理温度は、1000℃以下とする
ことが好ましい。このように酸化性雰囲気下の熱処理温
度を1000℃以下とすることにより、SOI層にOS
Fが発生することを防ぐことができる。
項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の方法により
製造されたSOIウエーハは、SOI層のダメージ層が
なく、表面粗さも改善され、且つ膜厚均一性も優れた高
品質のSOIウエーハとなる。
本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、
水素イオン注入剥離法によりSOIウエーハを製造する
に際して、結合熱処理後あるいは剥離熱処理後に、犠牲
酸化と還元性雰囲気下の熱処理とを組み合わせて行うこ
とにより、SOI層の膜厚均一性を維持しつつ、SOI
層のダメージ層及び表面粗さを除去することができるこ
とを見出し、諸条件を精査して完成されたものである。
みを行う方法では、SOI層のダメージ層を除去するこ
とはできても表面粗さを十分に改善することはできず、
結局SOI層の膜厚均一性を劣化させる研磨等を行わな
くてはならなかった。一方、還元性雰囲気下の熱処理の
みを行う方法では、SOI層の表面側のダメージ層を回
復させるのに長時間を要し、長時間の熱処理を行うこと
によりSOI層や埋め込み酸化膜がエッチングされる等
の弊害があった。
み合わせて行うこととした。すなわち、まず犠牲酸化に
より、ダメージの大きい表面側のダメージ層を除去して
しまう。そして還元性雰囲気下の熱処理により、残りの
ダメージの小さいバルク側のダメージ層のダメージを回
復させ、かつ表面粗さを改善する。このようにすれば、
研磨等の機械的な加工は不要であり、SOI層の膜厚均
一性を維持しつつ、ダメージ層の除去と表面粗さの改善
をすることが可能である。さらに、還元性雰囲気下の熱
処理時間を短くすることができるため、SOI層や埋め
込み酸化膜がエッチングされることを防止することがで
きる。さらに、犠牲酸化により生じたOSFを後に行う
還元性雰囲気下の熱処理で除去することができるという
効果も有するものとなる。
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1は本発明の水素イオン注
入剥離法でSOIウエーハを製造する方法の製造工程の
一例を示すフロー図である。
結合する場合を中心に説明する。まず、図1の水素イオ
ン注入剥離法において、工程(a)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
に合った支持基板となるベースウエーハ1とSOI層と
なるボンドウエーハ2を準備する。次に工程(b)で
は、そのうちの少なくとも一方のウエーハ、ここではボ
ンドウエーハ2を熱酸化し、その表面に約0.1〜2.
0μm厚の酸化膜3を形成する。
ボンドウエーハ2の片面に対して水素イオンまたは希ガ
スイオン、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)4
を形成させる。工程(d)は、水素イオンを注入したボ
ンドウエーハ2の水素イオン注入面に、ベースウエーハ
1を酸化膜を介して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。
て剥離することによって、剥離ウエーハ5とSOIウエ
ーハ6(SOI層7+埋め込み酸化膜3+ベースウエー
ハ1)に分離する剥離熱処理工程で、例えば不活性ガス
雰囲気下約500℃以上の温度で熱処理を加えれば、結
晶の再配列と気泡の凝集とによって剥離ウエーハ5とS
OIウエーハ6に分離される。そして、この剥離したま
まのSOIウエーハ表面のSOI層7には、ダメージ層
8が残留する。
の水素イオン注入剥離法と同じである。そして、本発明
は、この剥離工程後、請求項1のような方法と、請求項
2のような方法に分かれる。
後、従来通り工程(f)で、結合熱処理工程を行う。こ
の工程は、前記工程(d)(e)の密着工程および剥離
熱処理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、結合熱処
理としてSOIウエーハ6に高温の熱処理を施し結合強
度を十分なものとする。この熱処理は例えば不活性ガス
雰囲気下、1000〜1300℃で30分から2時間の
範囲で行うことが好ましい。
等の研磨の工程を行い、SOI層7の表面である剥離面
に存在するダメージ層および表面粗さを除去する工程を
行うが、本発明では、工程(g)において、まず酸化性
雰囲気下の熱処理を行い、SOI層7に酸化膜13を形
成して、ダメージ層8を酸化膜13に取り込むようにす
る。
成した酸化膜13を除去する。この酸化膜13の除去
は、例えばHFを含む水溶液でエッチングすることによ
り行えばよい。HFを含む水溶液でエッチングするよう
にすれば、酸化膜13のみがエッチングにより除去さ
れ、犠牲酸化によりダメージ層を除去したSOIウエー
ハ6を得ることができる。しかも、このようなウエーハ
のHF処理は簡単であるとともに低コストであるという
有利性もある。
の熱処理を施し、SOI層7の表面の残留ダメージ層
8、及び表面粗さを改善する。このように、犠牲酸化熱
処理後、還元性雰囲気下の熱処理を加えることによっ
て、SOI層表面に残留するダメージ層8、及び表面粗
さを、膜厚均一性を悪化させることなく除去することが
でき、すでにダメージ層8の一部あるいは全部を工程
(g)(h)の犠牲酸化熱処理で除去してしまっている
ので、還元性雰囲気下の熱処理は短時間で効率良く終了
させることができる。そのためSOI層7や埋め込み酸
化膜3がエッチングされることを防止することができ
る。
工程の後、単独の結合熱処理工程(f)を行うことな
く、SOI層7の表面を研磨することなく、直接工程
(g)の酸化性雰囲気下の熱処理を行う。
囲気下の熱処理を加えた後(工程(g))、酸化膜13
を除去し(工程(h))、還元性雰囲気下の熱処理を加
えることによって(工程(i))、SOI層7の表面に
残留するダメージ層8、表面粗さを除去する。この場
合、酸化性雰囲気下の熱処理(工程(g))と酸化膜1
3の除去(工程(h))の間に、結合熱処理(工程
(f))を行うことができる。このようにすると、機械
的な研磨をする必要がなくなり、膜厚均一性を悪化させ
ることがなくなることに加えて、酸化膜13が結合熱処
理中の表面保護膜の役割を果たすため、結合熱処理の非
酸化性雰囲気によって、SOI層7の表面がエッチング
され、面あれが生ずるのを防ぐ効果がある。一方、結合
熱処理(工程(f))を省略してしまい、還元性雰囲気
下の熱処理(工程(i))を結合熱処理(工程(f))
をも兼ねるものとすることもできる。このようにする
と、結合熱処理を単独で行う必要がなくなるので、より
簡略な工程とすることができ、高品質なSOIウエーハ
の生産性の向上にも寄与することができる。
一性の高いSOI層7を有する高品質のSOIウエーハ
6を製造することができる(工程(j))。
雰囲気下の熱処理で形成される酸化膜13の厚さは、酸
化膜13形成前におけるSOI層7表面のダメージ層8
の厚さの2倍以上とすることが好ましい。これは、シリ
コンの熱酸化は浸透型であり、シリコン表面に熱酸化膜
を形成すると、シリコンの表層部のうち、形成される酸
化膜の厚さの約半分の深さの層が酸化膜に取り込まれる
からである。したがって、ダメージ層8の厚さの2倍以
上の膜厚の酸化膜13を形成するようにすれば、酸化膜
13にダメージ層8の全部分を取り込むことができるの
で、後に行う還元性雰囲気下の熱処理の負担を軽減し、
還元性熱処理時間を短縮することができる。しかし、本
発明はこれに限定されず、SOI層7の厚さや埋め込み
酸化膜3の厚さ等の条件により、形成する酸化膜13の
膜厚を任意に変更し、犠牲酸化によるダメージ層8の除
去と、還元性熱処理によるダメージ層8の回復との割合
を変化させることも可能である。
の熱処理温度は、後に行う還元性熱処理の熱処理温度よ
りも低温とすることが好ましく、より好ましくは100
0℃以下とする。これは、前述したように、酸化性雰囲
気下の熱処理を行うことにより発生するOSFは、後の
還元性熱処理により除去することができるが、酸化性熱
処理の熱処理温度よりも高温でその後の還元性熱処理を
行うことにより、OSFが除去され易くなるからであ
る。さらに酸化熱処理を1000℃以下の温度で行うこ
とにより、OSFの発生自体を抑制することができるた
め、この低い温度範囲で熱処理を行うことがより好まし
いのである。
囲気下の熱処理を効率良く行うためには、急速加熱・急
速冷却装置を用いて1000〜1300℃の温度範囲
で、1〜60秒間行うことが好ましい。このように、犠
牲酸化熱処理後のSOIウエーハに急速加熱・急速冷却
装置を用いて還元性雰囲気下の熱処理を施せば、極めて
短時間で効率よくSOIウエーハ表面のダメージ層8お
よび表面粗さを改善することができる。さらに、短時間
で効率良く還元性熱処理を行うことができるので、SO
I層7や埋め込み酸化膜3のエッチングを防止する効果
はより高いものとなる。
気下で急速加熱・急速冷却することができる装置として
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。また、市販されているものとして、例えば
AST社製、SHS−2800のような装置を挙げるこ
とができ、これらは特別複雑で高価なものではない。
エーハの急速加熱・急速冷却装置(RTA装置)の一例
を示す。図3は、RTA装置の概略図である。図3の熱
処理装置20は、炭化珪素あるいは石英からなるベルジ
ャ21を有し、このベルジャ21内でウエーハを熱処理
するようになっている。加熱は、ベルジャ21を囲繞す
るように配置される加熱ヒータ22,22’によって行
う。この加熱ヒータは上下方向で分割されており、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。もちろん加熱方式は、これに限定されるものではな
く、いわゆる輻射加熱、高周波加熱方式としてもよい。
加熱ヒータ22,22’の外側には、熱を遮蔽するため
のハウジング23が配置されている。
プレート25が配置され、ベルジャ21内と、外気とを
封鎖している。そしてウエーハ28はステージ27上に
保持されるようになっており、ステージ27はモータ2
9によって上下動自在な支持軸26の上端に取りつけら
れている。水冷チャンバ24には横方向からウエーハを
炉内に出し入れできるように、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、ベースプレート25には、ガス流入口と
排気口が設けられており、炉内ガス雰囲気を調整できる
ようになっている。
エーハの急速加熱・急速冷却する熱処理は次のように行
われる。まず、加熱ヒータ22,22’によってベルジ
ャ21内を、例えば1000〜1300℃の所望温度に
加熱し、その温度に保持する。分割された加熱ヒータそ
れぞれを独立して供給電力を制御すれば、ベルジャ21
内を高さ方向に沿って温度分布をつけることができる。
したがって、ウエーハの処理温度は、ステージ27の位
置、すなわち支持軸26の炉内への挿入量によって決定
することができる。
ら、熱処理装置20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を水冷チャン
バ24の挿入口から入れ、最下端位置で待機させたステ
ージ27上に例えばSiCボートを介してウエーハを乗
せる。この時、水冷チャンバ24およびベースプレート
25は水冷されているので、ウエーハはこの位置では高
温化しない。
置が完了したなら、すぐにモータ29によって支持軸2
6を炉内に挿入することによって、ステージ27を10
00℃以上の所望温度位置まで上昇させ、ステージ上の
ウエーハに高温熱処理を加える。この場合、水冷チャン
バ24内のステージ下端位置から、所望温度位置までの
移動には、例えば20秒程度しかかからないので、ウエ
ーハは急速に加熱されることになる。
所定時間停止(1秒間以上)させることによって、ウエ
ーハに停止時間分の高温熱処理を加えることができる。
所定時間が経過し高温熱処理が終了したなら、すぐにモ
ータ29によって支持軸26を炉内から引き抜くことに
よって、ステージ27を下降させ水冷チャンバ24内の
下端位置とする。この下降動作も、例えば20秒程度で
行うことができる。ステージ27上のウエーハは、水冷
チャンバ24およびベースプレート25が水冷されてい
るので、急速に冷却される。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って、
熱処理を完了する。さらに熱処理するウエーハがある場
合には、熱処理装置20の温度を降温させてないので、
次々にウエーハを投入し連続的に熱処理をすることがで
きる。
気下の熱処理の雰囲気としては、100%水素雰囲気、
あるいは水素とアルゴンの混合雰囲気とすることが好ま
しい。このような熱処理雰囲気とすれば、SOIウエー
ハ表面に害となるような被膜を形成することもなく、確
実にSOIウエーハの表面のダメージ層、表面粗さを改
善することができるからである。
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)チョクラルスキー法により作製された結晶方
位〈100〉で、導電型がp型で、抵抗率が20Ω・c
mのシリコン単結晶インゴットから、直径150mmの
シリコン鏡面ウエーハを作製した。これらをボンドウエ
ーハとベースウエーハに分け、図1(a)〜(j)に示
す工程に従った本発明の水素イオン注入剥離法によりS
OIウエーハを製造することにした。
ボンドウエーハ2を剥離して、SOIウエーハ6を得
た。この時、SOI層7の厚さを400nm、埋め込み
酸化膜3の厚さは700nmとし、その他イオンの注入
等の主な条件は次の通りとした。 1)水素注入条件:H+ イオン、注入エネルギー 12
5keV 注入線量 8×1016/cm2 2)剥離熱処理条件:N2 ガス雰囲気下、500℃、3
0分
するSOIウエーハ6を得ることができたが、図1
(e)の剥離したままのSOIウエーハ6の表面(剥離
面)の表面粗さを、原子間力顕微鏡法により1μm角で
測定したところ、それぞれRMS値(二乗平均平方根粗
さ)で、平均7.5nmであった。この値は、通常の鏡
面研磨されたシリコンウエーハの表面粗さの10倍以上
の値で、剥離したままのSOI層の表面は局部的な面粗
れが大きいことがわかる。
Iウエーハ6の剥離面のダメージ層8の深さを調べるた
め、KOH水溶液によるエッチングを行い、表面からの
エッチング除去量を変えたSOIウエーハを準備した。
そして、これらのSOIウエーハを、H.Gassel
(J.Electrochem.Soc.,140,p
p1713,1993)らにより開示された四段セコエ
ッチング法を行った後顕微鏡観察して、その表面に存在
するピット密度をカウントすることによって測定した。
エッチング除去量は、0、50、100、150、20
0、250、300nmとした。測定結果を、図2の曲
線aに示した。
の表面には深さ約150nmのダメージ層があることが
わかる。なお、150nmより深い所で観察されるピッ
トは、もともとボンドウエーハに存在する結晶欠陥の密
度であると思われる。
Iウエーハ6のSOI層7の膜厚を測定し、膜厚均一性
を求めた。膜厚測定は、反射分光法で行い、SOIウエ
ーハ6の面内を外周から10mmを除いて、1mmピッ
チで数千点測定した。測定値のσ(標準偏差)は、0.
9nmであり、従って膜厚均一性(±3σ)は±2.7
nmで、悪くとも±3nm以内であることがわかった。
従って、剥離後のSOI層7の膜厚均一性は極めて良好
であることがわかった。
の工程(i)の還元性雰囲気下の熱処理で兼ねるものと
して省略し、図1(g)で、結合熱処理後のSOIウエ
ーハ6を、研磨することなく、水蒸気を含む酸素雰囲気
中、900℃の温度で150分間熱処理を加え、SOI
層7の表面に約340nmの熱酸化膜を形成した。この
酸化膜の厚さはダメージ層8の厚さの2倍以上であるた
め、ダメージ層8は完全に酸化膜中に取り込まれること
となった。
を有するSOIウエーハ6を、HF濃度10%のフッ酸
水溶液に浸漬することによって、表面の熱酸化を完全に
除去した。この場合、エッチング終了後のウエーハを直
ちに水洗して乾燥することによって、エッチングに伴う
新たな面粗れ等が発生しないようにした。
SOIウエーハ6を、研磨することなく、図3に示した
急速加熱・急速冷却装置を用いて、水素を含む還元性雰
囲気下の熱処理を施した。熱処理条件は、水素100%
雰囲気下、1225℃で45秒間とした。なお、熱処理
前には、SOIウエーハ6を汚染しないように、熱処理
前洗浄をした。この洗浄は、いわゆるRCA洗浄として
広く知られている、(アンモニア/過酸化水素水)、
(塩酸/過酸化水素水)の2段洗浄を行った。
I層7の表面粗さを、原子間力顕微鏡法により1μm角
で再び測定したところ、それぞれRMS値で、平均0.
28nmであり、面粗さは著しく改善されていた。この
値は、通常の鏡面研磨されたシリコンウエーハの表面粗
さと同等であり、還元性雰囲気下の熱処理によって著し
い表面粗さの改善が図られたことがわかる。
の深さを調べるため、KOH水溶液によるエッチングを
行い、表面からのエッチング除去量を変えたSOIウエ
ーハを準備した。そして、これらのSOIウエーハを、
前記H.Gasselらにより開示された四段セコエッ
チング法を行った後顕微鏡観察して、その表面に存在す
るピット密度をカウントすることによって測定した。エ
ッチング除去量は、0、50、100、150nmとし
た。測定結果を、図2の曲線bに示した。この図から、
犠牲酸化と還元性雰囲気下の熱処理後のSOIウエーハ
の表面には、研磨を行っていないにもかかわらず、ダメ
ージ層がなくなっていることがわかる。すなわち、SO
I層7の表面欠陥密度は、約200個/cm2 以下であ
り、深さ方向にこの値は変化せず、確実にダメージ層が
除去されていることがわかる。
厚を前記と同様に反射分光法で測定し、再び膜厚均一性
を求めた。その結果、測定値のσは、0.9nmであ
り、従って膜厚均一性(±3σ)は±2.7nmで、剥
離直後と同一の値であった。従って、本発明で製造され
るSOIウエーハのSOI層の膜厚均一性は、極めて良
好であることがわかった。
(a)〜(e)に従い、水素イオン注入剥離法によっ
て、ボンドウエーハ2を剥離したSOIウエーハ6を得
た。この比較例では、実施例と同様に結合熱処理工程
(f)を省略し、なおかつ工程(g)(h)の犠牲酸化
熱処理工程も行わないこととした。そして、工程(i)
の還元性雰囲気下の熱処理を、実施例と同一の条件で、
急速加熱・急速冷却装置を用いてSOIウエーハ6に施
した。
様に原子間力顕微鏡法により測定した。また、このSO
Iウエーハのダメージ層の状態を前記四段セコエッチン
グ法を行った後顕微鏡観察して、その表面に存在するピ
ット密度をカウントすることによって測定した。エッチ
ング除去量は、0、50、100、150、200、2
50、300nmとした。測定結果を図2の曲線cに示
した。さらにSOI層の膜厚を実施例と同様に反射分光
法により測定した。
S値で平均0.29nmであり、表面粗さは改善されて
いた。また、SOI層の膜厚均一性はσが0.9nm
で、酸化膜厚均一性(±3σ)は±2.7nmであり、
剥離直後の膜厚均一性が維持されていることがわかっ
た。しかし、図2の曲線cに示したように、ダメージが
表面から約50nmの深さまでに残留しており、ダメー
ジ層が完全に除去されていないことがわかった。このダ
メージ層は、結局、研磨等で除去せざるを得ず、SOI
層の膜厚均一性が劣化することが予想される。
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。
を結合してSOIウエーハを作製する場合を中心に説明
したが、本発明は、この場合に限定されるものではな
く、シリコンウエーハにイオン注入後に絶縁性ウエーハ
と結合し、シリコンウエーハを剥離してSOIウエーハ
を製造する場合にも当然に適用可能である。
も、図1に示したものに限定されるものではなく、この
工程には、洗浄、熱処理等の他の工程が付加されること
もあるし、あるいは一部工程順の入れ替え、省略等が目
的に応じて適宜行うことができるものである。
イオン注入剥離法において、剥離後に、犠牲酸化と還元
性雰囲気下の熱処理を組み合わせて行うことにより、S
OI層に残留するダメージ層、表面粗さを、SOI層の
膜厚均一性を維持しつつ、効率良く除去することができ
る。したがって、きわめて高品質のSOIウエーハを高
生産性で製造することができる。
離法によるSOIウエーハの製造工程の一例を示すフロ
ー図である。
た結果図である。
図である。
3…酸化膜、4…水素イオン注入微小気泡層(封入
層)、 5…剥離ウエーハ、6…SOIウエーハ、 7
…SOI層、 8…ダメージ層、20…熱処理装置、
21…ベルジャ、 22,22’…加熱ヒータ、23…
ハウジング、 24…水冷チャンバ、 25…ベースプ
レート、26…支持軸、 27…ステージ、 28…S
OIウエーハ、29…モータ。
Claims (8)
- 【請求項1】 水素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、結合熱処理後、酸化性
雰囲気下の熱処理によりSOI層に酸化膜を形成した後
に該酸化膜を除去し、次に還元性雰囲気下の熱処理を加
えることを特徴とするSOIウエーハを製造する方法。 - 【請求項2】 水素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、剥離熱処理後、酸化性
雰囲気下の熱処理によりSOI層に酸化膜を形成した後
に該酸化膜を除去し、次に還元性雰囲気下の熱処理を加
えることを特徴とするSOIウエーハを製造する方法。 - 【請求項3】 前記還元性雰囲気下の熱処理は、急速加
熱・急速冷却装置を用いて1000〜1300℃の温度
範囲で、1〜60秒間行うことを特徴とする請求項1ま
たは請求項2に記載のSOIウエーハを製造する方法。 - 【請求項4】 前記還元性雰囲気を、100%水素雰囲
気、あるいは水素とアルゴンの混合雰囲気とすることを
特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記
載のSOIウエーハを製造する方法。 - 【請求項5】 前記酸化性雰囲気下の熱処理によりSO
I層に形成される酸化膜の厚さは、酸化膜形成前におけ
るSOI層表面のダメージ層の厚さの2倍以上とするこ
とを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項
に記載のSOIウエーハを製造する方法。 - 【請求項6】 前記酸化性雰囲気下の熱処理温度は、前
記還元性雰囲気下の熱処理温度より低温とすることを特
徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載
のSOIウエーハを製造する方法。 - 【請求項7】 前記酸化性雰囲気下の熱処理温度は、1
000℃以下とすることを特徴とする請求項1ないし請
求項6のいずれか1項に記載のSOIウエーハを製造す
る方法。 - 【請求項8】 請求項1ないし請求項7のいずれか1項
に記載の方法により製造されたSOIウエーハ。
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