JP2003347176A - 貼り合わせウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン注入剥離法による貼り合わせウェーハ
の剥離後のダメージや表面粗さを低減させ、その後の平
坦化処理を容易に行うことができ、ひいては、貼り合わ
せウェーハの製造工程を簡略化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、イオン注入工程（ｃ）と、
ウェーハ密着工程（ｄ）と、剥離熱処理工程（ｅ）とを
含む貼り合わせウェーハの製造方法において、前記剥離
熱処理を、急速加熱・急速冷却装置を用いて５℃／秒以
上の昇温速度で行なう条件と、前記密着させたウェーハ
を横向き方向に配置して行なう条件のうち、少なくとも
一方の条件で行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入剥離法
を用いた貼り合わせウェーハの製造方法に関し、典型的
には、水素イオン等を注入したシリコンウェーハを支持
基板となる他のウェーハと密着させた後に剥離してＳＯ
Ｉウェーハを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、ＳＯＩウェーハの製造方法とし
て、イオン注入したウェーハを密着させた後に剥離して
ＳＯＩウェーハを製造する方法（「イオン注入剥離法」
あるいは「スマートカット法（登録商標）」と呼ばれ
る）が注目されている。この方法では、例えば、２枚の
シリコンウェーハのうち、少なくとも一方に酸化膜を形
成すると共に、一方のシリコンウェーハ（ボンドウェー
ハ）の上面から水素イオンまたは希ガスイオンを注入
し、該ウェーハ内部にイオン注入層（「微小気泡層」と
もいう）を形成させる。次いで、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ェーハ（ベースウ
ェーハ）の表面に密着させる。この密着させた２枚のウ
ェーハに対し、横型炉内で１０℃／分程度でゆっくり昇
温させて設定温度で所定時間滞留させる熱処理を行なう
ことにより、イオン注入層を劈開面としてボンドウェー
ハを剥離させて貼り合わせウェーハを形成する。さら
に、この貼り合わせウェーハに高温熱処理（結合熱処
理）を加えることにより、ボンドウェーハから剥離され
たＳＯＩ層とベースウェーハを強固に結合し、ＳＯＩウ
ェーハとする（特開平５−２１１１２８号参照）。この
方法によれば、ＳＯＩ層の膜厚の均一性が高いＳＯＩウ
ェーハを得ることができる。

【０００３】しかし、上記のようなイオン注入剥離法に
よりＳＯＩウェーハを製造する場合、剥離後のＳＯＩウ
ェーハ表面にイオン注入によるダメージ層が存在し、ま
た、表面粗さは、通常のシリコンウェーハの鏡面に比べ
て大きなものとなる。したがって、イオン注入剥離法で
は、このようなダメージ層の除去や表面粗さの改善のた
めの平坦化処理が必要となる。

【０００４】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、タッチポリッシ
ュと呼ばれる取り代（研磨代）の極めて少ない（研磨代
１００ｎｍ程度）鏡面研磨（以下「微量研磨」という）
が行われていた。しかし、ＳＯＩ層に機械加工である研
磨を行うと、研磨代が面内で均一でないために、イオン
注入と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
後に鏡面研磨を行うとなると、工程が煩雑となり、コス
ト的にも不利となるという問題もある。

【０００５】研磨によらずダメージ層を除去する方法と
して、剥離後のＳＯＩウェーハに酸化性雰囲気下で熱処
理を行い、ＳＯＩ層の表面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なうことにより
ダメージ層を除去する方法が提案されている。しかし、
この犠牲酸化のみではＳＯＩ層表面の表面粗さを十分に
改善することは困難である。従って、表面粗さを十分に
改善させるには、結局機械研磨が必要となり、ＳＯＩ層
の膜厚均一性を劣化させてしまうことになる。また、酸
化性雰囲気下の熱処理を行なうと、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
という問題もある。

【０００６】そこで、特開平１０−２４２１５４号公報
では、イオン注入剥離法で得られたＳＯＩウェーハを還
元性雰囲気で熱処理することにより、剥離面を研磨する
ことなく表面粗さを改善する方法が提案されている。こ
の方法によれば、ＳＯＩ層の膜厚均一性を維持したまま
ＳＯＩ層表面の面粗さを改善することができるとされて
いる。しかしながら、剥離直後の表面に存在する面粗さ
をこのような還元性雰囲気の熱処理のみでほぼ完全に除
去するためには、高温、長時間の熱処理が必要であり、
そのような熱処理を行なっても十分平坦化できない場合
もあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、剥離後の
ＳＯＩウェーハのダメージ層の除去や表面粗さの改善を
行う方法として従来様々な提案がなされているが、表面
粗さが十分改善されない場合があるほか、ＳＯＩ層の膜
厚均一性の劣化を招いたり、長時間の熱処理が必要であ
るなど他の問題を生じさせてしまい、剥離後の平坦化を
容易に達成することはできなかった。

【０００８】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものであり、イオン注入剥離法による貼り合
わせウェーハの剥離後のダメージや表面粗さを低減さ
せ、その後の平坦化処理を容易に行うことができ、ひい
ては、貼り合わせウェーハの製造工程を簡略化すること
ができる貼り合わせウェーハの製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、少なくとも、ボンドウェーハの表面か
ら水素イオン、希ガスイオンあるいはこれらの混合ガス
イオンをイオン注入してウェーハ内部にイオン注入層を
形成する工程と、前記ボンドウェーハのイオン注入した
表面とベースウェーハの表面とを直接あるいは絶縁膜を
介して密着させる工程と、該密着させたウェーハに熱処
理を行なうことにより、前記イオン注入層でボンドウェ
ーハを剥離させて貼り合わせウェーハを形成する工程と
を含む貼り合わせウェーハの製造方法において、前記ボ
ンドウェーハを剥離させる熱処理を、急速加熱・急速冷
却装置を用いて５℃／秒以上の昇温速度で行なう条件
と、前記密着させたウェーハを横向き方向に配置して行
なう条件のうち、少なくとも一方の条件で行うことを特
徴とする貼り合わせウェーハの製造方法を提供する（請
求項１）。

【００１０】ボンドウェーハを剥離させる際、上記のよ
うに急速加熱・急速冷却装置を用いて５℃／秒以上の昇
温速度で行うことにより、剥離直後の表面粗さを低減さ
せることができる。そして、このように表面粗さが低減
された貼り合わせウェーハを形成させれば、その後に行
われる平坦化処理により剥離面を容易に平坦化させるこ
とができる。また、急速加熱・急速冷却で剥離熱処理を
行うことができるため、滞留時間がほとんど不要とな
り、処理時間を大幅に低減させることができる。一方、
昇温速度にかかわらず、ボンドウェーハを剥離させる熱
処理を、密着させたウェーハを横向き方向に配置して行
なうことによっても剥離面の表面粗さを低減させること
ができ、その後、剥離面を容易に平坦化させることがで
きる。

【００１１】前記急速加熱・急速冷却装置を用いた剥離
熱処理を行う場合、１０℃／秒以上の昇温速度で行なう
ことが好ましい（請求項２）。このように、より高速で
昇温させて剥離させることにより、剥離後の表面粗さを
一層低減させることができる。

【００１２】また、前記急速加熱・急速冷却装置とし
て、赤外線ランプ加熱方式の装置を用いることが好まし
い（請求項３）。赤外線ランプ加熱方式の装置を用いれ
ば、５℃／秒以上、１０℃／秒以上の昇温速度を容易に
達成することができ、急速加熱・急速冷却装置を用いた
剥離熱処理を好適に行うことができる。

【００１３】また、前記剥離熱処理を、縦型炉を用いて
行うことが好ましい（請求項４）。縦型炉であれば、多
数のウェーハを水平あるいは略水平にした状態で炉内の
縦方向に並べて保持することができるので、簡単かつ多
数のウェーハを横向き方向に配置して剥離熱処理を極め
て効率的に行なうことができ、低コスト化を図ることが
できる。

【００１４】さらに、前記剥離熱処理により形成された
貼り合わせウェーハに対して、不活性ガス、水素ガス、
あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で熱処理することに
より剥離面を平坦化させる工程及び／又は７０ｎｍ以下
の取り代で剥離面を研磨する工程をさらに含むことが好
ましい（請求項５）。例えば本発明による剥離熱処理後
のＳＯＩウェーハに対し、このようなガス雰囲気下で平
坦化のための熱処理（平坦化熱処理）を行えば、表面の
シリコン原子がリフローを生じ、ＳＯＩ層の膜厚均一性
を悪化させることなく容易に平坦化させることができ
る。また、剥離面に対し、取り代が７０ｎｍ以下の微量
研磨を行なうことでも取り代が従来より少ないのでＳＯ
Ｉ層の膜厚均一性をそれほど悪化させることなく容易に
平坦化させることができる。

【００１５】前記ボンドウェーハおよびベースウェーハ
として、シリコン単結晶ウェーハを用いることが好まし
い（請求項６）。シリコン単結晶ウェーハ（単に「シリ
コンウェーハ」ともいう）であれば、汎用性が高く、比
較的安価であり、大口径化も容易である。従って、シリ
コンウェーハを用いて本発明によりＳＯＩウェーハを製
造すれば、極めて高平坦度な大口径のＳＯＩウェーハを
安価に提供することができる。

【００１６】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
従来、剥離熱処理の設定温度としては５００℃程度の温
度が選択され、熱処理装置としては抵抗加熱式で多数枚
を一度に処理可能なバッチ式熱処理炉（横型炉）が用い
られていた。具体的には、熱処理炉の温度を３５０℃程
度に初期設定し、室温で密着させたウェーハ対を数十組
から百数十組程度熱処理ボート上にセットして不活性ガ
ス雰囲気下で熱処理炉に投入する。投入後、目標の５０
０℃程度の温度まで１０℃／分の速度で昇温し、５００
℃で３０分程度保持した後、２℃／分程度の速度で３５
０℃まで降温して取り出される。このような熱処理を加
えた場合でも、結晶の再配列と気泡の凝集とによって剥
離ウェーハとＳＯＩウェーハに分離される。しかし、こ
のような剥離熱処理後に得られた貼り合わせウェーハの
表面は、前記したようにダメージが存在し、表面粗さが
大きいなどの問題があった。

【００１７】そこで、本発明者らは、表面にシリコン酸
化膜を形成したシリコンウェーハに水素イオンを注入し
てベースウェーハ（シリコンウェーハ）と密着させ、上
記の横型炉を用いて剥離熱処理によりＳＯＩウェーハ
（直径２００ｍｍ）を作製し、その剥離面を光学式表面
検査装置により観察してみた。その結果、直径０．３２
μｍ以上のＬＰＤ（Light Point Defect）が約１７００
０個／ウェーハの密度で観察された。さらに、そのＬＰ
ＤをＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により詳細に観察したと
ころ、これらは深さ５０〜１００ｎｍのピットであるこ
とがわかった。

【００１８】そして、本発明者らは、このようなピット
はイオン注入された水素が熱処理によりガス化する際に
発生するものであると考え、剥離熱処理を急速に行なえ
ば、水素のガス化が急激に発生することによって水素ガ
スの急膨張により剥離が一気に生じてピットが発生し難
くなるのではないかと発想した。そこで、エピタキシャ
ル成長装置（エピ炉）を用い、剥離熱処理の昇温速度と
剥離面のＬＰＤの個数との関係を求める実験を行ったと
ころ、図２に示される結果が得られた。図２に示される
ように、エピ炉を用いても昇温速度が１℃／秒程度の低
速であるとＬＰＤの数が非常に多いが、昇温速度が約５
℃／秒以上になるとＬＰＤの数が急減に減少し、横型炉
を用いた場合よりも減少していることがわかる。

【００１９】一方、横型炉と同等にゆっくりとした昇降
温速度であるが、炉内でウェーハを横向き方向に配置
（水平置き＝横置き）して熱処理が行なわれる縦型炉を
使用し、横型炉と同一条件で剥離熱処理を行い、ＬＰＤ
の密度と面内分布を調査する実験を行なったところ、横
型炉を用いた場合とは異なる結果が得られた。すなわ
ち、横型炉でウェーハの主面が略垂直となるようにウェ
ーハを立てて（たて置き）剥離熱処理を行なった場合、
図３（Ｂ）に示される様にＬＰＤが面内の特定位置に密
集して発生し、その密度が非常に大きく（約１７０００
個／ウェーハ）なったのに対し、縦型炉でウェーハを水
平置きして剥離熱処理を行なった場合には、図３（Ａ）
に示される様に、ＬＰＤはウェーハの周辺付近で密集せ
ず、面内全体での密度も低く（約６０００個／ウェー
ハ）抑えられていた。

【００２０】さらに、本発明者らは、横型炉を用い、２
組の密着されたウェーハのノッチ位置を９０°ずらした
状態でウェーハボートに載置（たて置き）して同時に剥
離熱処理を行ない、剥離後のＬＰＤの面内分布を調査し
たところ、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、いずれのウ
ェーハも横型炉内の上方向に相当する位置にＬＰＤが三
日月状に密集していることがわかった。すなわち、横型
炉を用いてウェーハを略垂直に立てて剥離熱処理を行な
うと、それによって生ずるウェーハ面内の荷重や温度分
布に起因し、剥離現象が偏って生ずることによりＬＰＤ
の密集（偏り）が発生するものと考えられる。

【００２１】以上の図２〜図４に示される実験結果か
ら、剥離熱処理を行なう際、昇温速度を５℃／秒以上の
高速にすることと、ウェーハを横向き方向に配置するこ
との２つの条件のうち、少なくとも一方を実施すること
により、横型炉を用いた従来の剥離熱処理に比べ、剥離
面に発生するＬＰＤを大幅に低減することができること
がわかった。

【００２２】このように、剥離面のＬＰＤを低減するこ
とができれば、剥離面に形成されたピットが低減された
ことになるので、その後に行なわれる平坦化処理で剥離
面を平坦化するのが容易となり、例えば微量研磨ではそ
の研磨代を低減することができる。また、研磨の代替と
して平坦化熱処理を行う場合には、シリコン原子のリフ
ローする量が少なくても十分に平坦化することができる
ので、平坦化熱処理を短時間化、低温化することが可能
になる。本発明は、これらの知見に基づき完成されたも
のである。

【００２３】

【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、本発明はこれに限定される
ものではない。ここでは、好適な態様として、２枚のシ
リコンウェーハからＳＯＩウェーハを製造する場合につ
いて説明する。

【００２４】図１は、本発明の方法により２枚のシリコ
ンウェーハからＳＯＩウェーハを製造する工程の一例を
示すフロー図である。本発明は、貼り合わせウェーハの
製造において、ボンドウェーハを剥離させる熱処理を、
急速加熱・急速冷却装置を用いて５℃／秒以上の昇温速
度で行なう条件と、前記密着させたウェーハを横向き方
向に配置した状態で行なう条件のうち、少なくとも一方
の条件で行うことを主な特徴とするが、ウェーハの準備
からＳＯＩウェーハを完成させるまで順に説明する。

【００２５】まず、工程（ａ）では、２枚のシリコン鏡
面ウェーハを準備する。デバイスの仕様に合った支持基
板となるベースウェーハ１と、一部がＳＯＩ層となるボ
ンドウェーハ２を準備する。

【００２６】次に工程（ｂ）では、２枚のウェーハのう
ちの少なくとも一方のウェーハに絶縁膜としての酸化膜
３を形成する。ここでは、ボンドウェーハ２の表面に酸
化膜３を形成している。酸化膜３の厚さ等は特に限定さ
れるものではないが、熱酸化により約０．１〜２．０μ
ｍの厚さの酸化膜を形成させれば良い。

【００２７】工程（ｃ）では、表面に酸化膜３を形成し
たボンドウェーハ２の表面から水素イオン、希ガスイオ
ンあるいはこれらの混合ガスイオンをイオン注入してウ
ェーハ内部にイオン注入層を形成する。ここでは水素イ
オンＨ^＋を注入し、イオンの平均進入深さにおいて表面
に平行なイオン注入層（微小気泡層）４を形成させてい
る。

【００２８】工程（ｄ）では、ボンドウェーハ２のイオ
ン注入した表面とベースウェーハ１の表面とを絶縁膜
（酸化膜）３を介して密着させる。ここでは、水素イオ
ンを注入したボンドウェーハ２の水素イオン注入面とベ
ースウェーハ１の表面を重ね合せて密着させている。こ
のように２枚のウェーハ１，２の鏡面同士を常温の清浄
な雰囲気下で接触させることにより、接着剤等を用いる
ことなくウェーハ同士が接着する。

【００２９】次に、工程（ｅ）では、密着させたウェー
ハに熱処理を行なうことにより、前記イオン注入層４で
ボンドウェーハ２を剥離させて貼り合わせウェーハ６を
形成する。本発明では、このボンドウェーハを剥離させ
る熱処理（剥離熱処理）を、急速加熱・急速冷却装置を
用いて５℃／秒以上の昇温速度で行なう条件と、前記密
着させたウェーハを横向き方向に配置して行なう条件の
うち、少なくとも一方の条件で行う。これにより剥離ウ
ェーハ５とＳＯＩウェーハ６（ＳＯＩ層７＋埋め込み酸
化膜３＋ベースウェーハ１）に分離されるとともに、剥
離直後のＳＯＩ層７の表面粗さを大幅に低減させること
ができる。

【００３０】本発明で行う剥離熱処理に関してさらに具
体的に説明する。まず、急速加熱・急速冷却装置を用い
て５℃／秒以上の昇温速度で行なうには、密着させたウ
ェーハを、例えば赤外線ランプ加熱方式を採用している
ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置やエピタキシ
ャル成長装置などの急速加熱・急速冷却装置に投入し、
５℃／秒以上の昇温速度で設定温度まで昇温してイオン
注入層でボンドウェーハを剥離させる。例えば、水素イ
オンを注入した場合、上記のように急速加熱を行うこと
でイオン注入層の水素が急膨張され、イオン注入層で一
気に剥離させることができる。これにより剥離面のＬＰ
Ｄを低減することができる。ここで、本発明でいう急速
加熱・急速冷却装置とは、５℃／秒以上の急速昇温が可
能な全ての熱処理炉を示すものであり、特にその加熱方
式等が限定されるものではない。また、昇温速度の上限
は特に限定されるものではないが、一般的なランプ加熱
式のＲＴＡ装置では、５０℃／秒や１００℃／秒、ある
いはそれ以上の高速昇温が可能であり、本発明に好適に
用いることができる。

【００３１】設定温度としては、イオン注入層での剥離
が可能な温度、例えば４００〜６００℃、あるいはそれ
以上の温度、好ましくは５００℃程度に設定し、その設
定温度まで５℃／秒以上で昇温して剥離を生じさせれば
良い。このような熱処理によりイオン注入層４を境界と
して剥離することによって、設定温度で滞留させずに剥
離ウェーハ５とＳＯＩウェーハ６に分離させることがで
きる。なお、先に説明した図２に示されているように、
昇温速度を１０℃／秒以上、より好ましくは１５℃／秒
以上とすれば、剥離直後の表面粗さをより一層低減させ
ることができる。

【００３２】また、本発明では、剥離熱処理を、昇温速
度にかかわらず、密着させたウェーハを横向き方向に配
置した状態で行なう条件で行なうのが好ましく、これに
より剥離直後の特定方向に生じる表面粗さを低減させる
ことができる。ここで、密着させたウェーハを横向き方
向に配置するとは、換言すればウェーハの主面が水平あ
るいは略水平となるように配置した状態を意味する。こ
のようにウェーハを横向き方向に配置して剥離熱処理を
行なえば、剥離熱処理中、ウェーハ面内の荷重や温度分
布が均一となり、ＬＰＤが密集せず、しかも全体として
その密度も低く抑えることができる。

【００３３】なお、このような剥離熱処理を行なう場
合、ウェーハ面内の荷重や温度分布を均一にするために
ウェーハの主面が水平となるように配置することが特に
好ましいが、剥離現象が偏らない程度、例えば、水平か
ら５°程度傾けて剥離熱処理を行なっても、剥離現象が
偏らず、剥離面の表面粗さを大幅に低減させることがで
きる。また、上記のようにウェーハを横向きに配置する
ことで、たとえ昇温速度を高速にせずとも、特定方向に
高密度に発生するＬＰＤを確実に低減させることができ
る。従って、従来のように横型炉内でウェーハを立てて
剥離熱処理を行なう場合と同様の昇温速度である、例え
ば１０℃／分程度でゆっくり昇温させる場合であって
も、水平方向にウェーハを配置すれば、高密度ＬＰＤの
発生を防止することができる。

【００３４】本発明で剥離熱処理を行なう場合、炉の形
式は特に限定されないが、縦型炉を用いれば、ウェーハ
の主面が水平あるいは略水平となるように多数のウェー
ハを炉内の縦方向に並べて保持することができる。従っ
て、特に、密着させたウェーハを横向き方向に配置して
剥離熱処理を行なう場合には、非常に効率的に熱処理を
行なうことができる。ただし、横型炉であっても、剥離
熱処理を、５℃／秒以上の昇温速度で行なうことができ
るもの、あるいはウェーハを横向き方向に配置して行な
うことができるものであれば、そのような横型炉を使用
できることは言うまでもない。

【００３５】上記のように、本発明に係る剥離熱処理
は、急速加熱・急速冷却装置を用いて５℃／秒以上の昇
温速度で行なう条件と、前記密着させたウェーハを横向
きに配置した状態で行なう条件のうち、少なくとも一方
の条件で剥離熱処理を行なえば従来よりＬＰＤを減少さ
せることができるが、両方の条件を満たして行なうのが
一層望ましい。すなわち、密着させたウェーハを、急速
加熱・急速冷却装置を用い、炉内に横向き方向に配置
し、５℃／秒以上の昇温速度で剥離熱処理を行なえば、
剥離現象が偏らず、剥離直後の表面粗さをより一層低減
させることができる。

【００３６】剥離熱処理後、工程（ｆ）で結合熱処理を
行なう。前記密着工程（ｄ）および剥離熱処理工程
（ｅ）により、ＳＯＩ層とベースウェーハはある程度の
結合力で結合されるが、この結合力では、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Ｓ
ＯＩウェーハ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時間の範囲で行な
うことが好ましい。ただし、本発明においては、この結
合熱処理を省略し、図１のｆ´で示されるように次工程
（ｇ）に進んでもよく、工程（ｇ）で結合熱処理を兼ね
ることもできる。

【００３７】工程（ｇ）は、貼り合わせウェーハ６のＳ
ＯＩ層７の表面を平坦化させる工程である。本発明で
は、剥離熱処理により剥離面のＬＰＤを低減することが
できるので、従来に比べて短時間の平坦化熱処理等でＳ
ＯＩ層表面の表面粗さの改善とダメージ層８の除去を達
成することができる。

【００３８】具体的には、剥離熱処理後（または結合熱
処理後）のＳＯＩウェーハ６に対して、不活性ガス、水
素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下、通常のヒ
ータ加熱式の熱処理炉（バッチ炉）を使用して熱処理
（平坦化熱処理）を行い、ＳＯＩ層の表面粗さの改善と
ダメージの除去により平坦化させる。前記したように、
従来、剥離直後に存在する表面粗さを還元性雰囲気の熱
処理のみで完全に除去するためには、高温、長時間の熱
処理が必要とされ、場合によっては、そのような熱処理
を行なっても完全に平坦化できない場合があった。しか
し、本発明では、剥離熱処理後の表面粗さが低減されて
いるため、上記のような雰囲気下での熱処理により従来
に比べ平坦度を向上することができる。

【００３９】熱処理雰囲気として、水素ガスの割合が多
いと貼り合わせ界面への侵食が発生しやすくなること、
および、安全上の問題から、水素ガスは爆発限界（４
％）以下の含有量とすることが好ましい。不活性ガスと
しては、最も安価で汎用性が高いアルゴンガスが好適で
ある。

【００４０】ここでの熱処理温度は１１００℃〜１３５
０℃が適切である。１１００℃未満であると、表面粗さ
の改善が不十分となるか、極めて長時間が必要となる。
また、１３５０℃を超える温度では重金属不純物による
汚染や熱処理炉の耐久性に問題が発生する。また、熱処
理時間は熱処理温度にも依存するが１０分〜８時間の範
囲が適切である。これより短時間では表面粗さの改善が
不十分になりやすく、これより長時間では生産性が低下
してしまうおそれもある。

【００４１】なお、本発明においては、上記のような平
坦化熱処理として、剥離熱処理と同様に急速加熱・急速
冷却装置を用いて行うこともできる。例えば、剥離熱処
理により剥離したボンドウェーハ（剥離ウェーハ）５の
みを装置から取り出し、ＳＯＩウェーハ６は装置のウェ
ーハ支持具に支持したまま所定の温度で熱処理を行えば
よい。これにより、剥離熱処理工程後、ウェーハの洗浄
等を行うことなく、平坦化熱処理工程（ｇ）を行うこと
ができ、ＳＯＩウェーハの製造工程をさらに簡略化する
ことができる。

【００４２】また、熱処理と微量研磨を併用することも
できる（工程（ｈ））。なお、併用する場合には、図１
のフローのように、熱処理後に微量研磨を行なうことに
限らず、微量研磨後に熱処理を行なっても良い。

【００４３】あるいは、ｇ´で示されるように、工程
（ｆ）の結合熱処理後、（ｇ）工程の平坦化熱処理を省
略して微量研磨による平坦化を行っても良い。本発明で
は、剥離面のＬＰＤが低減されているので、微量研磨を
行なう際、研磨代（取り代）を従来の約１００ｎｍに比
べて大幅に低減することができ、７０ｎｍ以下の取り代
で剥離面を研磨することで十分平坦化することができ
る。特に、前述のように熱処理と微量研磨を併用する場
合には、更に研磨代を低減することができる。従って、
研磨を行ったとしてもＳＯＩ層の膜厚均一性の悪化を最
小限に防ぐことができる。なお、膜厚均一性の悪化を極
力抑制するという観点からすれば、前記研磨代を５０ｎ
ｍ以下とすることが好ましい。

【００４４】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明をよ
り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）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１０Ω・
ｃｍのシリコン単結晶インゴットから、直径２００ｍｍ
のシリコン鏡面ウェーハを作製した。これらをボンドウ
ェーハ２とベースウェーハ１に分け、図１の（ａ）〜
（ｅ）にしたがいＳＯＩウェーハ６を作製した。この
時、ボンドウェーハ２に形成した埋め込み酸化膜３の厚
さは４００ｎｍとし、注入イオンはＨ^＋イオン、注入エ
ネルギー９０ｋｅＶ、注入線量６．５×１０^１６／ｃｍ
^２とした。

【００４５】剥離熱処理は、ランプ加熱式のエピタキシ
ャル成長装置（アプライド・マテリアル社製「Centur
a」）を用い、１５℃／秒の昇温速度で５００℃まで昇
温し、水素１００％雰囲気下、１０分間の熱処理を行な
った。剥離したままのＳＯＩウェーハの表面（剥離面）
をＫＬＡ−テンコール社製の表面検査装置「ＳＰ−１」
により測定した結果、０．３２μｍ以上の大きさを有す
るＬＰＤが約４０００個／ウェーハの密度で観察され
た。さらに、その表面（剥離面）を微量研磨（研磨代７
０ｎｍ）した後、再度ＬＰＤを測定した結果、ＬＰＤは
５０個／ウェーハ以下に低減した。

【００４６】（実施例２）剥離熱処理として縦型炉を用
いた以外は実施例１と同一の条件でＳＯＩウェーハを作
製した。剥離熱処理は、密着させたウェーハを３５０℃
でスタンバイしたヒータ加熱式の縦型炉に投入し（ウェ
ーハは水平置き）、１０℃／分（約０．１７℃／秒）の
昇温速度で５００℃まで昇温し、Ａｒ雰囲気下、３０分
の熱処理を行なった後、１．５℃／分の速度で３５０℃
まで降温してＳＯＩウェーハを取り出した。剥離したま
まのＳＯＩウェーハの表面（剥離面）には、０．３２μ
ｍ以上の大きさを有するＬＰＤが約６０００個／ウェー
ハの密度で観察された。そして、そのＳＯＩウェーハを
Ａｒ１００％雰囲気下、１２００℃、１時間の熱処理を
行った後、さらに、その表面を微量研磨（研磨代５０ｎ
ｍ）した後、再度ＬＰＤを測定した結果、ＬＰＤは４０
個／ウェーハ以下に低減した。

【００４７】（実施例３）ランプ加熱式のＲＴＡ装置を
用い、密着させたウェーハを横向き（水平置き）に配置
した状態で２５℃／秒の昇温速度で５００℃まで昇温
し、Ａｒ雰囲気下、２分間の熱処理を行なった。剥離し
たままのＳＯＩウェーハの表面（剥離面）には、０．３
２μｍ以上の大きさを有するＬＰＤが約３０００個／ウ
ェーハの密度で観察され、さらに、その表面を微量研磨
（研磨代６０ｎｍ）した後、再度ＬＰＤを測定した結
果、ＬＰＤは６０個／ウェーハ以下に低減した。

【００４８】（比較例）図１の（ａ）〜（ｄ）まで、実
施例と同様の条件でボンドウェーハとベースウェーハを
密着させた。次に、剥離熱処理として、３５０℃でスタ
ンバイしたヒータ加熱式の横型炉に密着させたウェーハ
を投入し、１０℃／分（約０．１７℃／秒）の昇温速度
で５００℃まで昇温し、Ａｒ１００％雰囲気下、３０分
間の熱処理を行なった後、１．５℃／分の速度で３５０
℃まで降温してＳＯＩウェーハを取り出した。

【００４９】剥離したままのＳＯＩウェーハの表面（剥
離面）には、０．３２μｍ以上の大きさを有するＬＰＤ
が約１７０００個／ウェーハの密度で観察された。さら
に、その表面を微量研磨（研磨代１００ｎｍ）した後、
再度ＬＰＤを測定した結果、５００個／ウェーハ以上の
ＬＰＤが残存していた。

【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。上記実施形態は単なる例示であり、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】また、上記実施態様では、２枚のシリコン
ウェーハを結合してＳＯＩウェーハを製造する場合を中
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、シリコンウェーハ（ボンドウェーハ）にイオ
ン注入した後、絶縁性ウェーハ（ベースウェーハ）と直
接密着させて結合し、シリコンウェーハを剥離してＳＯ
Ｉウェーハを製造する場合や、イオン注入するウェーハ
としてＧａＡｓ等の化合物半導体ウェーハを用いる場合
にも当然に適用可能である。

【００５２】また、本発明の貼り合わせウェーハの製造
工程も、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なうことができるものである。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、ボンドウェーハを剥離さ
せる際、急速加熱・急速冷却装置を用いて５℃／秒以上
の昇温速度で行なう条件と、前記密着させたウェーハを
横向きに配置して熱処理を行なう条件のうち、少なくと
も一方の条件で行うことにより、剥離直後の表面粗さを
低減させることができる。そして、このように表面粗さ
が低減された貼り合わせウェーハを形成させれば、その
後、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス
雰囲気下で熱処理したり、７０ｎｍ以下の取り代で剥離
面を研磨して平坦化処理をすることにより、容易に平坦
化させることができ、貼り合わせウェーハの品質を向上
させることができるとともに、貼り合わせウェーハの製
造工程の簡略化もすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る貼り合わせウェーハの製造工程の
一例を示すフロー図である。

【図２】エピタキシャル成長装置と横型炉を用いて剥離
熱処理を行った場合の昇温速度と剥離面のＬＰＤ数の関
係を示すグラフである。

【図３】剥離熱処理後のＬＰＤの面内分布を示す図であ
る。 （Ａ）縦型炉を使用した場合（水平置き＝横置き） （Ｂ）横型炉を使用した場合（たて置き）

【図４】（Ａ）（Ｂ）は、横型炉を用いて剥離熱処理を
行なった場合のＬＰＤの面内分布を示す図である。

【符号の説明】

１…ベースウェーハ、 ２…ボンドウェーハ、 ３…酸
化膜（絶縁膜）、４…イオン注入層、 ５…剥離ウェー
ハ、６…貼り合わせウェーハ（ＳＯＩウェーハ）、７…
ＳＯＩ層、 ８…ダメージ層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿賀 浩司 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 (72)発明者 三谷 清 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） 5F032 AA06 AA91 DA33 DA53 DA60 DA71 DA74

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、ボンドウェーハの表面から
   水素イオン、希ガスイオンあるいはこれらの混合ガスイ
   オンをイオン注入してウェーハ内部にイオン注入層を形
   成する工程と、前記ボンドウェーハのイオン注入した表
   面とベースウェーハの表面とを直接あるいは絶縁膜を介
   して密着させる工程と、該密着させたウェーハに熱処理
   を行なうことにより、前記イオン注入層でボンドウェー
   ハを剥離させて貼り合わせウェーハを形成する工程とを
   含む貼り合わせウェーハの製造方法において、前記ボン
   ドウェーハを剥離させる熱処理を、急速加熱・急速冷却
   装置を用いて５℃／秒以上の昇温速度で行なう条件と、
   前記密着させたウェーハを横向き方向に配置して行なう
   条件のうち、少なくとも一方の条件で行うことを特徴と
   する貼り合わせウェーハの製造方法。
2. 【請求項２】 前記急速加熱・急速冷却装置を用いた剥
   離熱処理を、１０℃／秒以上の昇温速度で行なうことを
   特徴とする請求項１に記載された貼り合わせウェーハの
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記急速加熱・急速冷却装置として、赤
   外線ランプ加熱方式の装置を用いることを特徴とする請
   求項１または請求項２に記載された貼り合わせウェーハ
   の製造方法。
4. 【請求項４】 前記剥離熱処理を、縦型炉を用いて行う
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一
   項に記載された貼り合わせウェーハの製造方法。
5. 【請求項５】 前記剥離熱処理により形成された貼り合
   わせウェーハに対して、不活性ガス、水素ガス、あるい
   はこれらの混合ガス雰囲気下で熱処理することにより剥
   離面を平坦化させる工程及び／又は７０ｎｍ以下の取り
   代で剥離面を研磨する工程をさらに含むことを特徴とす
   る請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載された
   貼り合わせウェーハの製造方法。
6. 【請求項６】 前記ボンドウェーハおよびベースウェー
   ハとして、シリコン単結晶ウェ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のいずれか一項に記載さ
   れた貼り合わせウェーハの製造方法。