JP2001274368A - 貼り合わせウエーハの製造方法およびこの方法で製造された貼り合わせウエーハ - Google Patents
貼り合わせウエーハの製造方法およびこの方法で製造された貼り合わせウエーハInfo
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 イオン注入剥離法において、剥離に必要な注
入線量の低減による生産性の向上とコストダウンをはか
り、剥離温度の低温化による熱膨張係数が異なるウエー
ハと結合する場合でもウエーハの割れを発生させること
なく貼り合わせを可能とすることができる貼り合わせウ
エーハの製造方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも、第１ウエーハの表面より水
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
ることにより第１ウエーハ内部に微小気泡層（注入層）
を形成するイオン注入工程と、前記第１ウエーハのイオ
ン注入が行われた表面と第２ウエーハの表面とを密着さ
せる密着工程と、密着した状態の前記第１ウエーハと第
２ウエーハに熱処理を加えることにより前記微小気泡層
で第１ウエーハを剥離する剥離工程とを有する貼り合わ
せウエーハの製造方法において、前記イオン注入工程に
おける第１ウエーハの温度を２０℃未満の温度に保持し
てイオン注入を行う。
入線量の低減による生産性の向上とコストダウンをはか
り、剥離温度の低温化による熱膨張係数が異なるウエー
ハと結合する場合でもウエーハの割れを発生させること
なく貼り合わせを可能とすることができる貼り合わせウ
エーハの製造方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも、第１ウエーハの表面より水
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
ることにより第１ウエーハ内部に微小気泡層（注入層）
を形成するイオン注入工程と、前記第１ウエーハのイオ
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２ウエーハに熱処理を加えることにより前記微小気泡層
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せウエーハの製造方法において、前記イオン注入工程に
おける第１ウエーハの温度を２０℃未満の温度に保持し
てイオン注入を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素イオンまたは
希ガスイオンを注入したウエーハ（第１ウエーハ、ボン
ドウエーハ）を、他のウエーハ（第２ウエーハ、ベース
ウエーハ）と密着させた後、熱処理して第1ウエーハを
剥離することによって貼り合わせウエーハを製造する、
いわゆるイオン注入剥離法に関し、従来に比べ注入イオ
ンのドーズ量を低減し、かつ剥離温度を低くすることが
可能な、イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウエーハ
の製造方法に関する。
希ガスイオンを注入したウエーハ（第１ウエーハ、ボン
ドウエーハ）を、他のウエーハ（第２ウエーハ、ベース
ウエーハ）と密着させた後、熱処理して第1ウエーハを
剥離することによって貼り合わせウエーハを製造する、
いわゆるイオン注入剥離法に関し、従来に比べ注入イオ
ンのドーズ量を低減し、かつ剥離温度を低くすることが
可能な、イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウエーハ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】貼り合わせ法を用いた貼り合わせＳＯＩ
（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハ
の作製方法として、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わせる技術、例えば特公平５−４
６０８６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が、従来より知ら
れている。
（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハ
の作製方法として、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わせる技術、例えば特公平５−４
６０８６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が、従来より知ら
れている。
【０００３】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（第1ウエーハ、
ボンドウエーハ）を研削及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。
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（第1ウエーハ、
ボンドウエーハ）を研削及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。
【０００４】このようにして作製された貼り合わせＳＯ
Ｉ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が
ある。しかし、第1ウエーハを研削及び研磨により薄膜
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ＳＯＩ層の膜厚均一性は高々目標膜厚±
０．３μｍ程度しか得られないという欠点があった。
Ｉ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が
ある。しかし、第1ウエーハを研削及び研磨により薄膜
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ＳＯＩ層の膜厚均一性は高々目標膜厚±
０．３μｍ程度しか得られないという欠点があった。
【０００５】一方、近年の半導体デバイスの高集積化、
高速度化に伴い、ＳＯＩ層の厚さは更なる薄膜化と膜厚
均一性の向上が要求されており、具体的には０．１±
０．０１μｍ程度の膜厚及び膜厚均一性が必要とされて
いる。
高速度化に伴い、ＳＯＩ層の厚さは更なる薄膜化と膜厚
均一性の向上が要求されており、具体的には０．１±
０．０１μｍ程度の膜厚及び膜厚均一性が必要とされて
いる。
【０００６】このような膜厚及び膜厚均一性をもつ薄膜
ＳＯＩウエーハを貼り合わせウエーハで実現するために
は従来の研削・研磨のみによる減厚加工では不可能であ
る。そこで、貼り合わせウエーハの新たな薄膜化技術と
して、特開平５−２１１１２８号公報に開示されている
ようなイオン注入剥離法あるいは水素イオン剥離法と呼
ばれる方法が開発された。
ＳＯＩウエーハを貼り合わせウエーハで実現するために
は従来の研削・研磨のみによる減厚加工では不可能であ
る。そこで、貼り合わせウエーハの新たな薄膜化技術と
して、特開平５−２１１１２８号公報に開示されている
ようなイオン注入剥離法あるいは水素イオン剥離法と呼
ばれる方法が開発された。
【０００７】このイオン注入剥離法による貼り合わせＳ
ＯＩウエーハの作製方法は、例えば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、このイオン注入面
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することによっ
てＳＯＩウエーハを作製する技術である。
ＯＩウエーハの作製方法は、例えば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、このイオン注入面
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することによっ
てＳＯＩウエーハを作製する技術である。
【０００８】この方法では、剥離面は良好な鏡面であ
り、ＳＯＩ層の膜厚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
も有する。
り、ＳＯＩ層の膜厚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
も有する。
【０００９】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、サファイア、窒化珪
素、窒化アルミニウム等のシリコンとは熱膨張係数の異
なる絶縁性ウエーハと結合したり、絶縁性ウエーハにイ
オン注入して他のウエーハと結合することにより、これ
らの薄膜を有するウエーハを作製する場合等にも用いら
れる。
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、サファイア、窒化珪
素、窒化アルミニウム等のシリコンとは熱膨張係数の異
なる絶縁性ウエーハと結合したり、絶縁性ウエーハにイ
オン注入して他のウエーハと結合することにより、これ
らの薄膜を有するウエーハを作製する場合等にも用いら
れる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このイオン注入剥離法
は、貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法として極めて
優れた方法であるが、実用的には下記の問題点を有して
いた。その１つは、剥離を発生させるためには注入線量
（ドーズ量）をある程度高くしなければならないため、
製造コストが高くなるということである。すなわち、剥
離を発生させるための注入線量は、特開平５−２１１１
２８号公報に開示されているように、１×１０１６／ｃ
ｍ２を超える（例えば５×１０１６／ｃｍ２）注入線量
が必要とされる。従って、注入時間の長時間化をまね
き、スループットの低下によるコストアップを引き起こ
している。したがって、注入線量の低減が求められてい
る。
は、貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法として極めて
優れた方法であるが、実用的には下記の問題点を有して
いた。その１つは、剥離を発生させるためには注入線量
（ドーズ量）をある程度高くしなければならないため、
製造コストが高くなるということである。すなわち、剥
離を発生させるための注入線量は、特開平５−２１１１
２８号公報に開示されているように、１×１０１６／ｃ
ｍ２を超える（例えば５×１０１６／ｃｍ２）注入線量
が必要とされる。従って、注入時間の長時間化をまね
き、スループットの低下によるコストアップを引き起こ
している。したがって、注入線量の低減が求められてい
る。
【００１１】また、特開平５−２１１１５８号には、上
記線量を注入したシリコンウエーハを他のウエーハと密
着させた状態で熱処理してイオン注入層で剥離を発生さ
せるためには、約５００℃を超える温度が必要であるこ
とが記載されている。しかしながら、シリコンウエーハ
と例えば絶縁性ウエーハのようなシリコンとは熱膨張係
数の異なるウエーハとの貼り合わせを行う場合に、両ウ
エーハを密着させた状態で５００℃を超える熱処理を加
えると、加熱中或いは冷却中に一方のウエーハが破損し
てしまうという問題があった。この問題を解決するた
め、本出願人は先の出願（特開平１１−１４５４３８
号、特開平１１−３３０４３８号）において、熱処理と
薄膜化を繰り返す方法や、重水素イオンを注入する方法
を提案したが、いずれの方法も必ずしも簡便な方法とは
言えなかった。
記線量を注入したシリコンウエーハを他のウエーハと密
着させた状態で熱処理してイオン注入層で剥離を発生さ
せるためには、約５００℃を超える温度が必要であるこ
とが記載されている。しかしながら、シリコンウエーハ
と例えば絶縁性ウエーハのようなシリコンとは熱膨張係
数の異なるウエーハとの貼り合わせを行う場合に、両ウ
エーハを密着させた状態で５００℃を超える熱処理を加
えると、加熱中或いは冷却中に一方のウエーハが破損し
てしまうという問題があった。この問題を解決するた
め、本出願人は先の出願（特開平１１−１４５４３８
号、特開平１１−３３０４３８号）において、熱処理と
薄膜化を繰り返す方法や、重水素イオンを注入する方法
を提案したが、いずれの方法も必ずしも簡便な方法とは
言えなかった。
【００１２】さらに、イオン注入剥離法では、上述のよ
うにＳＯＩ層の膜厚均一性が極めて高いＳＯＩウエーハ
が得られるが、剥離面には、鏡面ではあるものの多少表
面粗さが生じるとともに、イオン注入により結晶欠陥が
生じる。したがって、これを除去する目的で、ＳＯＩ層
の表面をわずかながらではあるが研磨することが必要に
なる。この研磨はタッチポリッシュと呼ばれる研磨代
（５ｎｍ〜４００ｎｍ）の極めて少ない鏡面研磨である
が、研磨代が増加するに伴いイオン注入剥離法によっ
て、せっかく向上した膜厚均一性を悪化させることがあ
るという問題もある。
うにＳＯＩ層の膜厚均一性が極めて高いＳＯＩウエーハ
が得られるが、剥離面には、鏡面ではあるものの多少表
面粗さが生じるとともに、イオン注入により結晶欠陥が
生じる。したがって、これを除去する目的で、ＳＯＩ層
の表面をわずかながらではあるが研磨することが必要に
なる。この研磨はタッチポリッシュと呼ばれる研磨代
（５ｎｍ〜４００ｎｍ）の極めて少ない鏡面研磨である
が、研磨代が増加するに伴いイオン注入剥離法によっ
て、せっかく向上した膜厚均一性を悪化させることがあ
るという問題もある。
【００１３】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おいて、剥離に必要な注
入線量の低減による生産性の向上とコストダウンをはか
り、剥離温度の低温化による熱膨張係数が異なるウエー
ハと結合する場合でもウエーハの割れを発生させること
なく貼り合わせを可能とすることができる貼り合わせウ
エーハの製造方法を提供することを目的とする。
たもので、イオン注入剥離法において、剥離に必要な注
入線量の低減による生産性の向上とコストダウンをはか
り、剥離温度の低温化による熱膨張係数が異なるウエー
ハと結合する場合でもウエーハの割れを発生させること
なく貼り合わせを可能とすることができる貼り合わせウ
エーハの製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかかる貼り合わせウエーハの製造方法は、
少なくとも、第１ウエーハの表面より水素イオンまたは
希ガスイオンの少なくとも一方を注入することにより第
１ウエーハ内部に微小気泡層（注入層）を形成するイオ
ン注入工程と、前記第１ウエーハのイオン注入が行われ
た表面と第２ウエーハの表面とを密着させる密着工程
と、密着した状態の前記第１ウエーハと第２ウエーハに
熱処理を加えることにより前記微小気泡層で第１ウエー
ハを剥離する剥離工程とを有する貼り合わせウエーハの
製造方法において、前記イオン注入工程における第１ウ
エーハの温度を２０℃未満の温度に保持してイオン注入
を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法
である（請求項１）。
め、本発明にかかる貼り合わせウエーハの製造方法は、
少なくとも、第１ウエーハの表面より水素イオンまたは
希ガスイオンの少なくとも一方を注入することにより第
１ウエーハ内部に微小気泡層（注入層）を形成するイオ
ン注入工程と、前記第１ウエーハのイオン注入が行われ
た表面と第２ウエーハの表面とを密着させる密着工程
と、密着した状態の前記第１ウエーハと第２ウエーハに
熱処理を加えることにより前記微小気泡層で第１ウエー
ハを剥離する剥離工程とを有する貼り合わせウエーハの
製造方法において、前記イオン注入工程における第１ウ
エーハの温度を２０℃未満の温度に保持してイオン注入
を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法
である（請求項１）。
【００１５】このように、第１ウエーハの温度を２０℃
未満の温度に保持してイオン注入を行うようにすれば、
イオン注入されるウエーハ中の格子の乱れを小さくする
ことができるので、注入プロファイルを改善することが
できる。その結果、剥離に必要な注入線量の低減および
剥離温度の低温化による結合熱処理時のウエーハ割れの
防止をはかることができる。
未満の温度に保持してイオン注入を行うようにすれば、
イオン注入されるウエーハ中の格子の乱れを小さくする
ことができるので、注入プロファイルを改善することが
できる。その結果、剥離に必要な注入線量の低減および
剥離温度の低温化による結合熱処理時のウエーハ割れの
防止をはかることができる。
【００１６】この場合、前記イオン注入工程の第１ウエ
ーハの温度を０℃以下とするのがより好ましい（請求項
２）。このように、注入プロファイルの改善効果を高め
るためには第１ウエーハの温度を０℃以下とするのが好
ましい。特に、０℃以下の温度に保持するために比較的
安価で入手しやすい液体窒素を使用すれば−１９６℃ま
で低温保持が可能であり、液体ヘリウムを使用すれば−
２６９℃程度まで低温保持ができ、理論プロファイルに
近づけることができるため、注入線量をより低減するこ
とができ、剥離温度の低温化にも有利である。
ーハの温度を０℃以下とするのがより好ましい（請求項
２）。このように、注入プロファイルの改善効果を高め
るためには第１ウエーハの温度を０℃以下とするのが好
ましい。特に、０℃以下の温度に保持するために比較的
安価で入手しやすい液体窒素を使用すれば−１９６℃ま
で低温保持が可能であり、液体ヘリウムを使用すれば−
２６９℃程度まで低温保持ができ、理論プロファイルに
近づけることができるため、注入線量をより低減するこ
とができ、剥離温度の低温化にも有利である。
【００１７】また、本発明では、前記剥離工程の熱処理
温度を５００℃未満とすることができる（請求項３）。
このように、本発明では、注入プロファイルが改善され
るため、５００℃未満の温度で剥離させることが可能と
なる。したがって、熱膨張係数が異なるウエーハと結合
する場合でもウエーハの割れを発生させることなく貼り
合わせをすることができる。
温度を５００℃未満とすることができる（請求項３）。
このように、本発明では、注入プロファイルが改善され
るため、５００℃未満の温度で剥離させることが可能と
なる。したがって、熱膨張係数が異なるウエーハと結合
する場合でもウエーハの割れを発生させることなく貼り
合わせをすることができる。
【００１８】そして、本発明では、第１ウエーハとして
シリコン単結晶ウエーハを用いることができる(請求項
４)。このように、第１ウエーハとしてシリコン単結晶
ウエーハを用いれば、膜厚が極めて均一なＳＯＩ層を有
するＳＯＩウエーハを低コストで作製できるので、各種
デバイスへ広範囲に適用することができる。
シリコン単結晶ウエーハを用いることができる(請求項
４)。このように、第１ウエーハとしてシリコン単結晶
ウエーハを用いれば、膜厚が極めて均一なＳＯＩ層を有
するＳＯＩウエーハを低コストで作製できるので、各種
デバイスへ広範囲に適用することができる。
【００１９】また、イオン注入前の第１ウエーハの表面
に予め酸化膜を形成するのが好ましい（請求項５）。こ
れは、イオン注入前の表面に熱酸化膜、あるいはＣＶＤ
酸化膜等を形成しておくと、イオン注入時にチャネリン
グ現象による注入プロファイルの悪化（深さ方向の広が
り）を低減することができるし、第２ウエーハとの結合
時にボイド（未結合部）の発生を低減できるからであ
る。
に予め酸化膜を形成するのが好ましい（請求項５）。こ
れは、イオン注入前の表面に熱酸化膜、あるいはＣＶＤ
酸化膜等を形成しておくと、イオン注入時にチャネリン
グ現象による注入プロファイルの悪化（深さ方向の広が
り）を低減することができるし、第２ウエーハとの結合
時にボイド（未結合部）の発生を低減できるからであ
る。
【００２０】また、本発明では、第２ウエーハとして
は、シリコン単結晶ウエーハを用いることができるし
（請求項６）、第１ウエーハと熱膨張係数が異なるウエ
ーハを用いることもできる（請求項７）。
は、シリコン単結晶ウエーハを用いることができるし
（請求項６）、第１ウエーハと熱膨張係数が異なるウエ
ーハを用いることもできる（請求項７）。
【００２１】第２ウエーハ、すなわちベースウエーハと
してシリコン単結晶ウエーハを用いれば、平坦度に優れ
たウエーハが得られ、しかも直径２００ｍｍや３００ｍ
ｍ或いはそれ以上の大口径ウエーハも得ることができ
る。
してシリコン単結晶ウエーハを用いれば、平坦度に優れ
たウエーハが得られ、しかも直径２００ｍｍや３００ｍ
ｍ或いはそれ以上の大口径ウエーハも得ることができ
る。
【００２２】一方、本発明は、剥離温度を低温化するこ
とができるので、第１ウエーハと熱膨張係数が異なるウ
エーハを結合する場合でもウエーハの割れを発生させる
ことなく貼り合わせウエーハの製造が可能となる。した
がって、例えば第１ウエーハをシリコン単結晶ウエーハ
とし、第２ウエーハとしてシリコンと熱膨張係数が異な
る石英、サファイア、窒化珪素、窒化アルミニウム等か
らなる絶縁性ウエーハを用いても、割れを生じさせずに
容易に貼り合わすことができる。
とができるので、第１ウエーハと熱膨張係数が異なるウ
エーハを結合する場合でもウエーハの割れを発生させる
ことなく貼り合わせウエーハの製造が可能となる。した
がって、例えば第１ウエーハをシリコン単結晶ウエーハ
とし、第２ウエーハとしてシリコンと熱膨張係数が異な
る石英、サファイア、窒化珪素、窒化アルミニウム等か
らなる絶縁性ウエーハを用いても、割れを生じさせずに
容易に貼り合わすことができる。
【００２３】さらに、密着前の第２ウエーハの表面に予
め酸化膜を形成するようにしてもよい（請求項８）。こ
のように、第２ウエーハ表面に熱酸化膜、あるいはＣＶ
Ｄ酸化膜等を形成しておくことにより、第１ウエーハと
の結合によるボイドの発生を低減することができる。
め酸化膜を形成するようにしてもよい（請求項８）。こ
のように、第２ウエーハ表面に熱酸化膜、あるいはＣＶ
Ｄ酸化膜等を形成しておくことにより、第１ウエーハと
の結合によるボイドの発生を低減することができる。
【００２４】そして、本発明の方法によって、極めて高
品質な貼り合わせウエーハを得ることができる（請求項
９）。特に、本発明では、極めて膜厚の均一性が高いＳ
ＯＩ層を有するＳＯＩウエーハとすることが出来るし、
シリコンウエーハ同士を貼り合わせたもののみならず、
シリコンウエーハと絶縁ウエーハ、絶縁ウエーハ同士を
貼り合わせたものも提供することができる。
品質な貼り合わせウエーハを得ることができる（請求項
９）。特に、本発明では、極めて膜厚の均一性が高いＳ
ＯＩ層を有するＳＯＩウエーハとすることが出来るし、
シリコンウエーハ同士を貼り合わせたもののみならず、
シリコンウエーハと絶縁ウエーハ、絶縁ウエーハ同士を
貼り合わせたものも提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を詳細に
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、イオン注入剥離法において、剥離に
必要な注入線量の低減と剥離温度の低温化をはかるた
め、イオン注入中のウエーハの温度に着目した。
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、イオン注入剥離法において、剥離に
必要な注入線量の低減と剥離温度の低温化をはかるた
め、イオン注入中のウエーハの温度に着目した。
【００２６】すなわち、従来のイオン注入剥離法におい
て、イオン注入を行っているウエーハの温度について
は、特開平５−２１１１２８号公報に記載されているよ
うに、注入イオンによって発生されたガスが急速に拡散
し且つ半導体から放出する臨界温度よりも低く維持さ
れ、シリコンの場合には、２０〜４５０℃の注入温度が
好ましいとされていた。そのため、通常は室温で水素イ
オン注入される場合が多いが、室温とはいえ、高エネル
ギーでイオン注入がされているので、注入されているウ
エーハの温度は６０〜７０℃になっていると推定され
る。従って、注入された水素は、熱によりある程度乱れ
た格子内を拡散し、理論的に得られるイオン注入層の注
入プロファイルに比べ、ウエーハの深さ方向に広がった
分布を有するものと考えられる。
て、イオン注入を行っているウエーハの温度について
は、特開平５−２１１１２８号公報に記載されているよ
うに、注入イオンによって発生されたガスが急速に拡散
し且つ半導体から放出する臨界温度よりも低く維持さ
れ、シリコンの場合には、２０〜４５０℃の注入温度が
好ましいとされていた。そのため、通常は室温で水素イ
オン注入される場合が多いが、室温とはいえ、高エネル
ギーでイオン注入がされているので、注入されているウ
エーハの温度は６０〜７０℃になっていると推定され
る。従って、注入された水素は、熱によりある程度乱れ
た格子内を拡散し、理論的に得られるイオン注入層の注
入プロファイルに比べ、ウエーハの深さ方向に広がった
分布を有するものと考えられる。
【００２７】そこで本発明者らは、イオン注入時にウエ
ーハを強制冷却してできるだけ低温に保持すれば注入プ
ロファイルは改善され、絶対零度を仮定した理論プロフ
ァイルに近いシャープな分布が期待できることを発想
し、本発明を完成させたものである。
ーハを強制冷却してできるだけ低温に保持すれば注入プ
ロファイルは改善され、絶対零度を仮定した理論プロフ
ァイルに近いシャープな分布が期待できることを発想
し、本発明を完成させたものである。
【００２８】すなわち、上記低温によるイオン注入の効
果を確認するため、以下のような実験を行った。 （実験方法）まず、熱酸化により表面に４００ｎｍのシ
リコン酸化膜を形成した面方位（１００）のシリコン単
結晶ウエーハを用意した。このウエーハの表面酸化膜を
通して下記条件により水素イオン注入を行った。 注入エネルギー ： ８８ｋｅＶ ドーズ量 ： ５×１０１６／ｃｍ２、６．５×１０１６／ｃｍ２ ウエーハ保持温度 ： 室温（２５℃）、低温（−２０℃、−５５℃）
果を確認するため、以下のような実験を行った。 （実験方法）まず、熱酸化により表面に４００ｎｍのシ
リコン酸化膜を形成した面方位（１００）のシリコン単
結晶ウエーハを用意した。このウエーハの表面酸化膜を
通して下記条件により水素イオン注入を行った。 注入エネルギー ： ８８ｋｅＶ ドーズ量 ： ５×１０１６／ｃｍ２、６．５×１０１６／ｃｍ２ ウエーハ保持温度 ： 室温（２５℃）、低温（−２０℃、−５５℃）
【００２９】（実験装置）用いた装置の概略は、図１Ａ
に示したように、一般のイオン注入装置と略同じである
が、イオン注入されるウエーハの保持部は、通常室温の
冷却水により冷却されているだけであるのに対し、ここ
では図１Ｂに示したように液体窒素、液体ヘリウム等の
冷媒により冷却することが出来るようにされるととも
に、ウエーハの温度が制御できるように、温度調節機能
が付加されている。
に示したように、一般のイオン注入装置と略同じである
が、イオン注入されるウエーハの保持部は、通常室温の
冷却水により冷却されているだけであるのに対し、ここ
では図１Ｂに示したように液体窒素、液体ヘリウム等の
冷媒により冷却することが出来るようにされるととも
に、ウエーハの温度が制御できるように、温度調節機能
が付加されている。
【００３０】すなわち、イオン注入装置は図１Ａのよう
に、イオン原材料をイオン化するイオン源１と、これら
のイオンを引き出す引出し電極２と、引き出した多種類
のイオンを分離する質量分析器３と、イオンを高電圧で
加速する加速器４と、イオンビームを保持部６に保持さ
れたウエーハＷ上に均一に照射するための複数の偏向プ
レート５からなる。
に、イオン原材料をイオン化するイオン源１と、これら
のイオンを引き出す引出し電極２と、引き出した多種類
のイオンを分離する質量分析器３と、イオンを高電圧で
加速する加速器４と、イオンビームを保持部６に保持さ
れたウエーハＷ上に均一に照射するための複数の偏向プ
レート５からなる。
【００３１】ウエーハＷの保持部６は、図１Ｂに示した
ように、ウエーハＷを保持するウエーハホルダ７には制
御弁８を介して冷媒タンク９が連結されており、ウエー
ハＷを保持させる温度に応じて選択される所望の冷媒を
用いて冷却できるようになっている。ウエーハホルダ７
の温度は温度計１０で測温され、そのデータは温度調節
器１１に送られる。温度調節器１１は、ウエーハＷを所
定温度に保持できるように、制御弁８の開度等を調節す
ることにより冷媒の流量や温度を制御するようになって
いる。
ように、ウエーハＷを保持するウエーハホルダ７には制
御弁８を介して冷媒タンク９が連結されており、ウエー
ハＷを保持させる温度に応じて選択される所望の冷媒を
用いて冷却できるようになっている。ウエーハホルダ７
の温度は温度計１０で測温され、そのデータは温度調節
器１１に送られる。温度調節器１１は、ウエーハＷを所
定温度に保持できるように、制御弁８の開度等を調節す
ることにより冷媒の流量や温度を制御するようになって
いる。
【００３２】（評価方法）これらの水素イオン注入が行
われたウエーハを次の３つの方法で評価した。 １．ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析装置）による水素の
注入プロファイル測定 ２．熱処理後のブリスタ（気泡）のＳＥＭ（走査型電子
顕微鏡）観察 ３．熱処理前後のウエーハ断面ＴＥＭ（透過型電子顕微
鏡）観察
われたウエーハを次の３つの方法で評価した。 １．ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析装置）による水素の
注入プロファイル測定 ２．熱処理後のブリスタ（気泡）のＳＥＭ（走査型電子
顕微鏡）観察 ３．熱処理前後のウエーハ断面ＴＥＭ（透過型電子顕微
鏡）観察
【００３３】（結果） １．水素の注入プロファイルについて 図２に、ドーズ量が５×１０１６／ｃｍ２のウエーハの
注入プロファイル（曲線Ａ：室温注入、曲線Ｂ：−５５
℃注入）と、ドーズ量が６．５×１０１６／ｃｍ２のウ
エーハの注入プロファイル（曲線Ｃ：室温注入、曲線
Ｄ：−５５℃注入）を合わせて記載した。どちらのドー
ズ量においても、低温注入の方がプロファイルの深さ方
向の広がりが狭く、シャープな形状になっていることが
わかる。
注入プロファイル（曲線Ａ：室温注入、曲線Ｂ：−５５
℃注入）と、ドーズ量が６．５×１０１６／ｃｍ２のウ
エーハの注入プロファイル（曲線Ｃ：室温注入、曲線
Ｄ：−５５℃注入）を合わせて記載した。どちらのドー
ズ量においても、低温注入の方がプロファイルの深さ方
向の広がりが狭く、シャープな形状になっていることが
わかる。
【００３４】２．熱処理後のブリスタの観察結果 熱処理後のブリスタの密度は剥離に直接関係するので、
それぞれのウエーハに４００、４５０、５００℃の各温
度で３０分の熱処理を加えた後、ウエーハ表面をＳＥＭ
観察することによりブリスタ密度を測定し、図３に示し
た。
それぞれのウエーハに４００、４５０、５００℃の各温
度で３０分の熱処理を加えた後、ウエーハ表面をＳＥＭ
観察することによりブリスタ密度を測定し、図３に示し
た。
【００３５】図３の結果から、熱処理を加えることによ
り、ドーズ量が５×１０１６／ｃｍ ２の−５５℃注入の
ウエーハ（白丸プロット）および、ドーズ量が５×１０
１６／ｃｍ２ 、６．５×１０１６／ｃｍ２ の−２０
℃注入のウエーハ（白四角、黒四角プロット）は、同一
ドーズ量の室温注入（白三角、黒三角）に比べて、極め
て高密度のブリスタを発生させることがわかった。従っ
て、低温注入は室温注入に比べて剥離に必要な熱処理温
度を低下させることができ、例えば５００℃未満、特に
は４５０℃以下にすることも可能であることがわかる。
尚、ドーズ量が６．５×１０１６／ｃｍ２の−５５℃注
入のウエーハ（黒丸プロット）で高密度のブリスタが得
られなかった理由は後述する。
り、ドーズ量が５×１０１６／ｃｍ ２の−５５℃注入の
ウエーハ（白丸プロット）および、ドーズ量が５×１０
１６／ｃｍ２ 、６．５×１０１６／ｃｍ２ の−２０
℃注入のウエーハ（白四角、黒四角プロット）は、同一
ドーズ量の室温注入（白三角、黒三角）に比べて、極め
て高密度のブリスタを発生させることがわかった。従っ
て、低温注入は室温注入に比べて剥離に必要な熱処理温
度を低下させることができ、例えば５００℃未満、特に
は４５０℃以下にすることも可能であることがわかる。
尚、ドーズ量が６．５×１０１６／ｃｍ２の−５５℃注
入のウエーハ（黒丸プロット）で高密度のブリスタが得
られなかった理由は後述する。
【００３６】３．熱処理前後のウエーハ断面ＴＥＭ観察
結果 −５５℃注入ウエーハについて、４００℃の熱処理前後
のウエーハ断面の注入層近傍をＴＥＭにより観察した。
ドーズ量が５×１０１６／ｃｍ２の場合、熱処理前の注
入層には、剥離に必要な欠陥（微小気泡）が観察され、
熱処理後には注入層の中央部付近にブリスタが集まった
亀裂が観察された。一方、ドーズ量が６．５×１０１６
／ｃｍ２の場合は、熱処理前の注入層には剥離に必要な
欠陥が観察されず、注入層に相当する部分の結晶はアモ
ルファスとなっていた。また、熱処理後には５×１０
１６／ｃｍ２の場合に見られた注入層の中央部付近のブ
リスタは観察されず、アモルファス層とそれよりも深い
部分の結晶層との境界にわずかなブリスタが見られただ
けであった。
結果 −５５℃注入ウエーハについて、４００℃の熱処理前後
のウエーハ断面の注入層近傍をＴＥＭにより観察した。
ドーズ量が５×１０１６／ｃｍ２の場合、熱処理前の注
入層には、剥離に必要な欠陥（微小気泡）が観察され、
熱処理後には注入層の中央部付近にブリスタが集まった
亀裂が観察された。一方、ドーズ量が６．５×１０１６
／ｃｍ２の場合は、熱処理前の注入層には剥離に必要な
欠陥が観察されず、注入層に相当する部分の結晶はアモ
ルファスとなっていた。また、熱処理後には５×１０
１６／ｃｍ２の場合に見られた注入層の中央部付近のブ
リスタは観察されず、アモルファス層とそれよりも深い
部分の結晶層との境界にわずかなブリスタが見られただ
けであった。
【００３７】この結果は、低温注入（この場合は−５５
℃）の場合、ドーズ量が５×１０１ ６／ｃｍ２では、そ
の後の熱処理により剥離が発生するが、ドーズ量が６．
５×１０１６／ｃｍ２では、熱処理による剥離が発生し
にくいことを示している。この原因は、低温注入によ
り、室温注入と比較して水素の分布が改善され、効果的
に剥離のための欠陥が形成された結果、ドーズ量が６．
５×１０１６／ｃｍ２ではドーズ量が過剰となり、結晶
は欠陥ではなくアモルファス化し、ブリスタが発生しに
くくなったものと考えられる。
℃）の場合、ドーズ量が５×１０１ ６／ｃｍ２では、そ
の後の熱処理により剥離が発生するが、ドーズ量が６．
５×１０１６／ｃｍ２では、熱処理による剥離が発生し
にくいことを示している。この原因は、低温注入によ
り、室温注入と比較して水素の分布が改善され、効果的
に剥離のための欠陥が形成された結果、ドーズ量が６．
５×１０１６／ｃｍ２ではドーズ量が過剰となり、結晶
は欠陥ではなくアモルファス化し、ブリスタが発生しに
くくなったものと考えられる。
【００３８】以上の結果から、低温注入を行うことによ
り、剥離に必要なドーズ量を低減することができるとと
もに、剥離温度を低温化することができることがわかっ
た。また、低温注入を行う場合には、ドーズ量が過剰で
あると注入層がアモルファス化して剥離が発生しにくく
なるため、ドーズ量をウエーハ温度に合わせて適切に調
整する必要があることがわかった。
り、剥離に必要なドーズ量を低減することができるとと
もに、剥離温度を低温化することができることがわかっ
た。また、低温注入を行う場合には、ドーズ量が過剰で
あると注入層がアモルファス化して剥離が発生しにくく
なるため、ドーズ量をウエーハ温度に合わせて適切に調
整する必要があることがわかった。
【００３９】さらに、上記のように低温注入では、注入
プロファイルが改善され、注入水素イオンの深さ方向の
広がりが少なくなる。したがって、剥離後の剥離面の面
粗さが小さくなる傾向があった。したがって、剥離面の
面粗さを除去するために行われる研磨における取り代を
減少させることができ、イオン注入剥離法で形成された
ＳＯＩ層の膜厚均一性を悪化させることもなくなると言
う効果も得られた。
プロファイルが改善され、注入水素イオンの深さ方向の
広がりが少なくなる。したがって、剥離後の剥離面の面
粗さが小さくなる傾向があった。したがって、剥離面の
面粗さを除去するために行われる研磨における取り代を
減少させることができ、イオン注入剥離法で形成された
ＳＯＩ層の膜厚均一性を悪化させることもなくなると言
う効果も得られた。
【００４０】こうして、イオン注入剥離法において、第
１ウエーハにイオン注入をする場合に、従来２０℃以上
の温度で行われていたのを、強制冷却をすることによっ
て２０℃未満の温度に保持してイオン注入を行うように
すれば、イオン注入されるウエーハ中の格子の乱れを小
さくすることができ、注入プロファイルを改善すること
ができる。その結果、剥離に必要な注入線量の低減およ
び剥離温度の低温化による結合熱処理時のウエーハ割れ
の防止をはかることができる。
１ウエーハにイオン注入をする場合に、従来２０℃以上
の温度で行われていたのを、強制冷却をすることによっ
て２０℃未満の温度に保持してイオン注入を行うように
すれば、イオン注入されるウエーハ中の格子の乱れを小
さくすることができ、注入プロファイルを改善すること
ができる。その結果、剥離に必要な注入線量の低減およ
び剥離温度の低温化による結合熱処理時のウエーハ割れ
の防止をはかることができる。
【００４１】このイオン注入されるウエーハの温度とし
ては、格子の乱れを最小にするために絶対零度であるこ
とが最も好ましいが、従来行なわれていた２０〜４５０
℃での注入に比べれば、２０℃未満の温度に保持するこ
とにより、確実に注入プロファイルの改善効果が得られ
る。
ては、格子の乱れを最小にするために絶対零度であるこ
とが最も好ましいが、従来行なわれていた２０〜４５０
℃での注入に比べれば、２０℃未満の温度に保持するこ
とにより、確実に注入プロファイルの改善効果が得られ
る。
【００４２】特に、注入プロファイルの改善効果を高め
るためには０℃以下が好ましく、その温度を保持するた
めに比較的安価で入手しやすい液体窒素を使用すれば−
１９６℃まで低温保持が可能である。また、液体ヘリウ
ムを使用すれば−２６９℃程度まで低温保持ができ、理
論プロファイルに近づけることができるため、注入線量
をより低減でき、剥離温度の低温化にも有利である。
るためには０℃以下が好ましく、その温度を保持するた
めに比較的安価で入手しやすい液体窒素を使用すれば−
１９６℃まで低温保持が可能である。また、液体ヘリウ
ムを使用すれば−２６９℃程度まで低温保持ができ、理
論プロファイルに近づけることができるため、注入線量
をより低減でき、剥離温度の低温化にも有利である。
【００４３】そして、低温イオン注入により注入プロフ
ァイルが改善されるため、剥離工程における熱処理温度
を、５００℃未満、特には４５０℃以下とすることが可
能となる。また、極低温で注入すれば、剥離熱処理をせ
ずに室温でも剥離できる可能性がある。このように、剥
離熱処理は、従来５００℃以上の温度で行う必要があっ
たものを、５００℃未満の温度で剥離させることができ
るので、シリコンウエーハと絶縁ウエーハを貼り合わせ
る場合のように、相互に熱膨張係数が異なるウエーハ同
士を結合する場合であっても、従来のようにウエーハの
割れを発生させることはなく、また熱処理と薄膜化を繰
り返す等の面倒なことを行う必要もないと言う利点があ
る。
ァイルが改善されるため、剥離工程における熱処理温度
を、５００℃未満、特には４５０℃以下とすることが可
能となる。また、極低温で注入すれば、剥離熱処理をせ
ずに室温でも剥離できる可能性がある。このように、剥
離熱処理は、従来５００℃以上の温度で行う必要があっ
たものを、５００℃未満の温度で剥離させることができ
るので、シリコンウエーハと絶縁ウエーハを貼り合わせ
る場合のように、相互に熱膨張係数が異なるウエーハ同
士を結合する場合であっても、従来のようにウエーハの
割れを発生させることはなく、また熱処理と薄膜化を繰
り返す等の面倒なことを行う必要もないと言う利点があ
る。
【００４４】本発明では、貼り合わせるウエーハとして
は、目的に応じて任意に選択することができ、特に限定
されるものではないが、例えば第１ウエーハとしてシリ
コン単結晶ウエーハを用いれば、膜厚が極めて均一なＳ
ＯＩ層を有するＳＯＩウエーハを低コストで作製するこ
とができ、各種デバイスへ広範囲に適用することができ
る。また、シリコンウエーハであれば大口径化にも適し
ている。
は、目的に応じて任意に選択することができ、特に限定
されるものではないが、例えば第１ウエーハとしてシリ
コン単結晶ウエーハを用いれば、膜厚が極めて均一なＳ
ＯＩ層を有するＳＯＩウエーハを低コストで作製するこ
とができ、各種デバイスへ広範囲に適用することができ
る。また、シリコンウエーハであれば大口径化にも適し
ている。
【００４５】また、第１ウエーハは、注入前に予め表面
に酸化膜を形成しておくのが好ましい。これは、イオン
注入前の表面に熱酸化膜、あるいはＣＶＤ酸化膜等の酸
化膜を形成しておくと、イオン注入時にチャネリング現
象による注入イオンの深さ方向の広がりを低減すること
ができるので、より注入プロファイルを安定化させるこ
とができるからである。また、第１ウエーハに酸化膜を
形成しておけば、貼り合わせ時にも、未結合部であるボ
イドが発生することを低減することができる。
に酸化膜を形成しておくのが好ましい。これは、イオン
注入前の表面に熱酸化膜、あるいはＣＶＤ酸化膜等の酸
化膜を形成しておくと、イオン注入時にチャネリング現
象による注入イオンの深さ方向の広がりを低減すること
ができるので、より注入プロファイルを安定化させるこ
とができるからである。また、第１ウエーハに酸化膜を
形成しておけば、貼り合わせ時にも、未結合部であるボ
イドが発生することを低減することができる。
【００４６】また、第２ウエーハとしては、シリコン単
結晶ウエーハを用いることができるし、目的に応じシリ
コン以外のウエーハを用いることもできる。第２ウエー
ハ、すなわちベースウエーハ（支持基板）としてシリコ
ン単結晶ウエーハを用いれば、高度に平坦なウエーハが
得られるので、貼り合わせ後のウエーハの平坦度も向上
し、その後のデバイス工程でも好ましいものとなる。し
かも直径２００ｍｍや３００ｍｍ或いはそれ以上の大口
径ウエーハを得ることも比較的容易である。
結晶ウエーハを用いることができるし、目的に応じシリ
コン以外のウエーハを用いることもできる。第２ウエー
ハ、すなわちベースウエーハ（支持基板）としてシリコ
ン単結晶ウエーハを用いれば、高度に平坦なウエーハが
得られるので、貼り合わせ後のウエーハの平坦度も向上
し、その後のデバイス工程でも好ましいものとなる。し
かも直径２００ｍｍや３００ｍｍ或いはそれ以上の大口
径ウエーハを得ることも比較的容易である。
【００４７】一方、本発明では、剥離温度を低温化する
ことができるので、剥離熱処理時にウエーハの割れが発
生しにくい。したがって、第１ウエーハと熱膨張係数が
異なる種々のウエーハを第２ウエーハとして採用するこ
とが可能である。この場合、第１ウエーハをシリコン単
結晶ウエーハとし、第２ウエーハとして石英、サファイ
ア、窒化珪素、窒化アルミニウム等からなる絶縁性ウエ
ーハを用いれば、ＴＦＴ−ＬＣＤ用として好適なＳＯＩ
ウエーハを得ることができる。
ことができるので、剥離熱処理時にウエーハの割れが発
生しにくい。したがって、第１ウエーハと熱膨張係数が
異なる種々のウエーハを第２ウエーハとして採用するこ
とが可能である。この場合、第１ウエーハをシリコン単
結晶ウエーハとし、第２ウエーハとして石英、サファイ
ア、窒化珪素、窒化アルミニウム等からなる絶縁性ウエ
ーハを用いれば、ＴＦＴ−ＬＣＤ用として好適なＳＯＩ
ウエーハを得ることができる。
【００４８】さらに、第２ウエーハの表面にも、予め酸
化膜を形成し、しかる後に貼り合わすようにするのが好
ましい。これにより、第１ウエーハとの貼り合わせ時に
ボイドが発生することを防止することができる。
化膜を形成し、しかる後に貼り合わすようにするのが好
ましい。これにより、第１ウエーハとの貼り合わせ時に
ボイドが発生することを防止することができる。
【００４９】
【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を示し
て、本発明を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１）第１ウエーハとして、熱酸化により表面に
４００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した、直径１５０ｍ
ｍ、面方位（１００）、厚さ６２５μmのシリコン単結
晶ウエーハを用意した。このウエーハを、図１に示した
ようなイオン注入装置のウエーハホルダ７にセットし
て、温度調節器１１を用いて−５５℃の低温に保持した
状態で、ウエーハ表面から酸化膜を通して、注入エネル
ギー８８ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１６／ｃｍ２の条件
で水素イオンを注入した。次に、イオン注入後のウエー
ハと、このウエーハと同一形状で表面に酸化膜の形成さ
れていないシリコン単結晶ウエーハ(第２ウエーハ)とを
室温で密着させ、この密着させたウエーハに窒素雰囲気
下、４２０℃、３０分の剥離熱処理を施した。
て、本発明を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１）第１ウエーハとして、熱酸化により表面に
４００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した、直径１５０ｍ
ｍ、面方位（１００）、厚さ６２５μmのシリコン単結
晶ウエーハを用意した。このウエーハを、図１に示した
ようなイオン注入装置のウエーハホルダ７にセットし
て、温度調節器１１を用いて−５５℃の低温に保持した
状態で、ウエーハ表面から酸化膜を通して、注入エネル
ギー８８ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１６／ｃｍ２の条件
で水素イオンを注入した。次に、イオン注入後のウエー
ハと、このウエーハと同一形状で表面に酸化膜の形成さ
れていないシリコン単結晶ウエーハ(第２ウエーハ)とを
室温で密着させ、この密着させたウエーハに窒素雰囲気
下、４２０℃、３０分の剥離熱処理を施した。
【００５０】その結果、４２０℃と従来に比べ低温で熱
処理をしているにもかかわらず、イオン注入を行った第
１ウエーハはイオン注入層できれいに剥離し、膜厚約
０．４μｍのＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハが作製さ
れた。
処理をしているにもかかわらず、イオン注入を行った第
１ウエーハはイオン注入層できれいに剥離し、膜厚約
０．４μｍのＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハが作製さ
れた。
【００５１】（比較例１）イオン注入時のウエーハ温度
を２５℃とした以外は実施例１と同一条件で作製した室
温密着ウエーハに、実施例１と同様に窒素雰囲気下、４
２０℃、３０分の熱処理を施した。
を２５℃とした以外は実施例１と同一条件で作製した室
温密着ウエーハに、実施例１と同様に窒素雰囲気下、４
２０℃、３０分の熱処理を施した。
【００５２】その結果、イオン注入層での剥離は発生せ
ず、第１ウエーハを剥離するためには、より高温の熱処
理を行うか、またはイオン注入量をさらに増加させる必
要があった。
ず、第１ウエーハを剥離するためには、より高温の熱処
理を行うか、またはイオン注入量をさらに増加させる必
要があった。
【００５３】（実施例２）第１ウエーハとして熱酸化に
より表面に４００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した、直
径１００ｍｍ、面方位（１００）、厚さ２００μmのシ
リコン単結晶ウエーハを用意した。このウエーハを図１
に示したようなイオン注入装置のウエーハホルダ７にセ
ットして、温度調節器１１により第１ウエーハを−５５
℃の低温に保持した状態で、ウエーハ表面から酸化膜を
通して、注入エネルギー８８ｋｅＶ、ドーズ量５×１０
１６／ｃｍ２の条件で水素イオンを注入した。次に、イ
オン注入後のウエーハと、このウエーハと同一形状を有
する石英ウエーハ（第２ウエーハ）とを室温で密着さ
せ、この密着させたウエーハに窒素雰囲気下、４２０
℃、３０分の熱処理を行った。
より表面に４００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した、直
径１００ｍｍ、面方位（１００）、厚さ２００μmのシ
リコン単結晶ウエーハを用意した。このウエーハを図１
に示したようなイオン注入装置のウエーハホルダ７にセ
ットして、温度調節器１１により第１ウエーハを−５５
℃の低温に保持した状態で、ウエーハ表面から酸化膜を
通して、注入エネルギー８８ｋｅＶ、ドーズ量５×１０
１６／ｃｍ２の条件で水素イオンを注入した。次に、イ
オン注入後のウエーハと、このウエーハと同一形状を有
する石英ウエーハ（第２ウエーハ）とを室温で密着さ
せ、この密着させたウエーハに窒素雰囲気下、４２０
℃、３０分の熱処理を行った。
【００５４】その結果、イオン注入を行ったウエーハは
熱処理により破損することなくイオン注入層できれいに
剥離し、石英ウエーハ上に厚さ約０．４μｍのＳＯＩ層
を有するＳＯＩウエーハを作製することが出来た。
熱処理により破損することなくイオン注入層できれいに
剥離し、石英ウエーハ上に厚さ約０．４μｍのＳＯＩ層
を有するＳＯＩウエーハを作製することが出来た。
【００５５】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。
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。
【００５６】
【発明の効果】イオン注入剥離法において、イオン注入
時のウエーハを強制冷却して低温に保持することによ
り、注入プロファイルが改善され、シャープな分布にす
ることができる。その結果、剥離に必要な注入線量を低
減することができ、生産性が向上し、コストダウンが可
能となる。また、注入プロファイルが改善され、ウエー
ハ内部の注入ダメージ層が浅くなるので、剥離面の面粗
さが小さくなる。その結果、剥離面に行われる研磨の研
磨代を少なくすることができ、研磨による薄膜層の厚さ
精度の劣化を最小限に抑制することができるという効果
も得られる。さらに、剥離温度の低温化が可能になるの
で、熱膨張係数が異なるウエーハ同士を結合する場合で
もウエーハの割れを発生させることなく、繰り返し熱処
理等の面倒な工程も行うこともなく高品質の貼り合わせ
ウエーハを製造することが可能となる。
時のウエーハを強制冷却して低温に保持することによ
り、注入プロファイルが改善され、シャープな分布にす
ることができる。その結果、剥離に必要な注入線量を低
減することができ、生産性が向上し、コストダウンが可
能となる。また、注入プロファイルが改善され、ウエー
ハ内部の注入ダメージ層が浅くなるので、剥離面の面粗
さが小さくなる。その結果、剥離面に行われる研磨の研
磨代を少なくすることができ、研磨による薄膜層の厚さ
精度の劣化を最小限に抑制することができるという効果
も得られる。さらに、剥離温度の低温化が可能になるの
で、熱膨張係数が異なるウエーハ同士を結合する場合で
もウエーハの割れを発生させることなく、繰り返し熱処
理等の面倒な工程も行うこともなく高品質の貼り合わせ
ウエーハを製造することが可能となる。
【図１】本発明で用いたイオン注入装置の概略図であ
る。（Ａ）装置主要部概略構成図、（Ｂ）ウエーハ保持
部を説明する模式図。
る。（Ａ）装置主要部概略構成図、（Ｂ）ウエーハ保持
部を説明する模式図。
【図２】水素の注入プロファイルの測定結果図である。
【図３】熱処理後のブリスタの観察結果図である。
１…イオン源、 ２…引出し電極、 ３…質量分析器、
４…加速器、 ５…偏向プレート、 ６…ウエーハ保
持部、 ７…ウエーハホルダ、 ８…制御弁、９…冷媒
タンク、 １０…温度計、 １１…温度調節器。
４…加速器、 ５…偏向プレート、 ６…ウエーハ保
持部、 ７…ウエーハホルダ、 ８…制御弁、９…冷媒
タンク、 １０…温度計、 １１…温度調節器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｑ (72)発明者 横川 功 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 Ｆターム(参考） 4G077 BA04 FB04 FD03 FF07 FG14 4K029 AA06 BA32 CA10 EA08 GA05
Claims (9)
- 【請求項１】 少なくとも、第１ウエーハの表面より水
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
ることにより第１ウエーハ内部に微小気泡層（注入層）
を形成するイオン注入工程と、前記第１ウエーハのイオ
ン注入が行われた表面と第２ウエーハの表面とを密着さ
せる密着工程と、密着した状態の前記第１ウエーハと第
２ウエーハに熱処理を加えることにより前記微小気泡層
で第１ウエーハを剥離する剥離工程とを有する貼り合わ
せウエーハの製造方法において、前記イオン注入工程に
おける第１ウエーハの温度を２０℃未満の温度に保持し
てイオン注入を行うことを特徴とする貼り合わせウエー
ハの製造方法。 - 【請求項２】 前記イオン注入工程の第１ウエーハの温
度を０℃以下とすることを特徴とする請求項１に記載し
た貼り合わせウエーハの製造方法。 - 【請求項３】 前記剥離工程の熱処理温度を５００℃未
満とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載した貼り合わせウエーハの製造方法。 - 【請求項４】 前記第１ウエーハとしてシリコン単結晶
ウエーハを用い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項に記載した貼り合わせウエーハの製
造方法。 - 【請求項５】 前記イオン注入前の第１ウエーハの表面
に予め酸化膜を形成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項に記載した貼り合わせウエー
ハの製造方法。 - 【請求項６】 前記第２ウエーハとしてシリコン単結晶
ウエーハを用い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項に記載した貼り合わせウエーハの製
造方法。 - 【請求項７】 前記第２ウエーハとして、前記第１ウエ
ーハと熱膨張係数が異なるウエーハを用いることを特徴
とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載し
た貼り合わせウエーハの製造方法。 - 【請求項８】 前記密着前の第２ウエーハの表面に予め
酸化膜を形成することを特徴とする請求項１ないし請求
項７のいずれか１項に記載した貼り合わせウエーハの製
造方法。 - 【請求項９】 前記請求項１ないし請求項８のいずれか
１項に記載した方法によって製造されたことを特徴とす
る貼り合わせウエーハ。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP2000086255A JP2001274368A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 貼り合わせウエーハの製造方法およびこの方法で製造された貼り合わせウエーハ |
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| EP01914187A EP1189285A4 (en) | 2000-03-27 | 2001-03-21 | PROCESS FOR PRODUCING LINK PADS AND LINK PADS PRODUCED THEREBY |
| US09/979,105 US20020157790A1 (en) | 2000-03-27 | 2001-03-21 | Method for producing a bonded wafer using ion implantation delamination |
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|---|---|---|---|
| JP2000086255A JP2001274368A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 貼り合わせウエーハの製造方法およびこの方法で製造された貼り合わせウエーハ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001274368A true JP2001274368A (ja) | 2001-10-05 |
Family
ID=18602453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000086255A Pending JP2001274368A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 貼り合わせウエーハの製造方法およびこの方法で製造された貼り合わせウエーハ |
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