JP2005079109A - 貼合せｓｏｉウェーハの製造方法及び該方法により製造された貼合せｓｏｉウェーハ - Google Patents

Abstract

【課題】埋込み酸化膜層全体が被包され、露出していない貼合せＳＯＩウェーハを製造する方法及び貼合せＳＯＩウェーハを提供する。
【解決手段】（Ａ） 半導体ウェーハと支持ウェーハとを酸化膜を介して重ね合せることにより積層体を形成する工程と、（Ｂ） 半導体ウェーハを所定の厚さに薄膜化することにより支持ウェーハ上に埋込み酸化膜層を介して薄膜の単結晶シリコン層を形成する工程とを含む貼合せＳＯＩウェーハの製造方法の改良であり、その特徴ある構成は、（Ｃ） 埋込み酸化膜層全体を支持ウェーハの重ね合わせ側の主面と単結晶シリコン層により被包するところにある。埋込み酸化膜層全体の被包は、工程（Ａ）と工程（Ｂ）の間で重ね合わせる側の主面の周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去して周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜を残留させることにより行われる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二枚のシリコンウェーハをシリコン酸化膜を介して貼合せてＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハを製造する、いわゆる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法とこの方法により製造された貼合せＳＯＩウェーハに関する。更に詳しくは、埋込み酸化膜層全体が被包され、露出していない貼合せＳＯＩウェーハの製造方法及び該方法により製造された貼合せＳＯＩウェーハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の高集積性、高性能、多機能性、高信頼性に伴い、パターンの寸法はますます細かくなってきている。これに伴い、デバイス形成領域となるウェーハ表面層に酸化膜層を隔てて無欠陥の薄膜化したＳＯＩ層を有するＳＯＩウェーハが要望されている。このようなＳＯＩウェーハを作製する方法としては、薄膜化される活性ウェーハと、支持ウェーハを貼合せて形成する貼合せ法や、ウェーハ表面より酸素イオンを注入してウェーハ表面から所定の深さの領域にＢＯＸ層を形成するＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｎｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ）法等がある。
このうち、貼合せ法によるＳＯＩウェーハの製造方法としては、図７（ａ）に示すように、ＳＯＩウェーハ４は、半導体ウェーハ１と支持ウェーハ２を酸化膜３を介して貼合せ、半導体ウェーハ１を所望の厚さに形成して単結晶シリコン層とすることにより形成される。得られたＳＯＩウェーハ４の埋込みシリコン酸化層３における端縁３ａ，３ａは埋込まれずに側面に露出する。このため、半導体デバイス製造工程においてフッ酸水溶液等によりエッチングされるときに、酸化膜３の露出した端縁３ａ，３ａがエッチングにより除去される。その結果、図７（ｂ）に示すように、上層に相当する単結晶シリコン層１の端面１ａ，１ａがひさし状に張出した状態になる。この張出し部分１ａ，１ａは厚さが薄いため、機械的強度に弱く、後続する種々の処理工程中に欠けたり、剥離する。これにより生じたシリコン片はパーティクルとなって活性領域の単結晶シリコン層１の表面に付着してパターン不良や各種の堆積膜の欠陥の原因となり、製品歩留りが低下する問題がある。またエピタキシャル成長させる場合、露出している酸化膜の部分では、ポリシリコンが成長し、フッ酸処理工程でパーティクルの発生原因となる問題がある。
【０００３】
このような問題を改善する方策として、貼合せ法により作製されたＳＯＩ半導体基板の周辺部を除去した後に、該基板の上層部と下層部との間に介在するシリコン酸化膜層を、少なくとも該基板の側面部でシリコン酸化膜可溶剤に対する保護被膜で被覆し、その後上記被膜の不要部分を除去することを特徴とする半導体基板の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−１２９２６７号公報（特許請求の範囲５．、３頁右下欄１２行目〜５頁右上欄１８行目及び第２図（Ａ）〜（Ｍ））
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に示された方法では、貼合せ法で一般的に行う工程の他に、貼合せた後に埋込み酸化膜の露出した端縁を気相成長により覆う工程や、気相成長により形成した膜を除去する工程が更に付加されており、工程数の増加によって製造コストが増大する問題があった。
本発明の目的は、埋込み酸化膜層全体が被包され、露出していない貼合せＳＯＩウェーハを製造する方法及び該方法により製造された貼合せＳＯＩウェーハを提供することにある。
本発明の別の目的は、製造コストを低減し得る、貼合せＳＯＩウェーハの製造方法及び該方法により製造された貼合せＳＯＩウェーハを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、（Ａ） 半導体ウェーハ１１と支持ウェーハ１２とを酸化膜１１ａを介して重ね合せることにより積層体１３を形成する工程と、（Ｂ） 半導体ウェーハ１１を所定の厚さに薄膜化することにより支持ウェーハ１２上に埋込み酸化膜層１１ａを介して薄膜の単結晶シリコン層１４を形成する工程とを含む貼合せＳＯＩウェーハの製造方法の改良である。
その特徴ある構成は、（Ｃ） 埋込み酸化膜層１１ａ全体を支持ウェーハ１２の重ね合わせ側の主面と単結晶シリコン層１４により被包するところにある。
この請求項１に記載された貼合せＳＯＩウェーハの製造方法では、埋込み酸化膜層１１ａ全体を支持ウェーハ１２の重ね合わせ側の主面と単結晶シリコン層１４により被包するので、埋込み酸化膜１１ａの側面が露出しない。また、気相成長等の工程を付加していないため、製造コストを低減できる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、工程（Ｃ）の埋込み酸化膜層全体の被包が、工程（Ａ）における酸化膜を半導体ウェーハ又は支持ウェーハのいずれか一方の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部に形成するか、或いは半導体ウェーハ又は支持ウェーハのいずれか一方の両主面及び両主面に接続する面取り部に形成し、工程（Ａ）と工程（Ｂ）の間で重ね合わせる側の主面の周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去して周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜を残留させることにより行われる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法である。
この請求項２に記載された貼合せＳＯＩウェーハの製造方法では、周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去することで側面から露出していた酸化膜に起因する製品歩留まりの低下を低減でき、周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜を残留させているため、高品質のＳＯＩウェーハを得ることができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、工程（Ｂ）の半導体ウェーハの薄膜化が、半導体ウェーハの機械加工、化学エッチング又は気相エッチングのいずれかの方法により行われる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法である。
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、工程（Ｂ）の半導体ウェーハの機械加工による薄膜化が、重ね合わせる側と反対側の前記半導体ウェーハを重ね合わせた後で研削研磨することにより行われる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法である。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項３に係る発明であって、工程（Ｂ）の半導体ウェーハの機械加工による薄膜化が、半導体ウェーハを重ね合わせた後で半導体ウェーハを主面と平行に切断することにより行われる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法である。
この請求項５に記載された貼合せＳＯＩウェーハの製造方法では、半導体ウェーハを主面と平行に切断することによって得られる切断ウェーハは、その切断面に生じた加工歪みに研削研磨を施すことで、貼合せ用の半導体ウェーハとして再度利用することができる。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項１に係る発明であって、図２に示すように、工程（Ｂ）の半導体ウェーハ２１の薄膜化が、半導体ウェーハ２１の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部にイオンを注入して半導体ウェーハ２１内部にイオン注入領域２１ｂを形成し、重ね合わせた後の積層体２３を所定の温度で熱処理して半導体ウェーハ２１をイオン注入領域２１ｂで薄膜２４から分離して除去することにより行われる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法である。
この請求項６に記載された貼合せＳＯＩウェーハの製造方法では、イオン注入領域２１ｂで薄膜２４から分離することによって得られる剥離ウェーハ２７は、そのイオン注入で生じた欠陥に研削研磨を施すことで、貼合せ用の半導体ウェーハとして再度利用することができる。
【００１１】
請求項７に係る発明は、請求項１に係る発明であって、図３に示すように、工程（Ｂ）の半導体ウェーハ３１の薄膜化が、半導体ウェーハ３１の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部に多孔質のポーラスシリコン層３７を陽極酸化により作製し、このポーラスシリコン層３７に水素アニール処理を施した後に、エピタキシャル成長によって単結晶シリコン薄膜層３４をこの順に形成し、単結晶シリコン薄膜層３４又は支持ウェーハ３２のいずれか一方の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部に酸化膜３１ａを形成し、重ね合わせた後の積層体３３を所定の温度で熱処理して半導体ウェーハ３１をポーラスシリコン層３７で単結晶シリコン薄膜層３４から分離して除去することにより行われる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法である。
この請求項７に記載された貼合せＳＯＩウェーハの製造方法では、分離した半導体ウェーハ３１は研磨によりポーラスシリコン層３７を除去した後、再度、陽極酸化によりポーラスシリコン層３７を再度形成することで再利用できる。
【００１２】
請求項８に係る発明は、請求項２に係る発明であって、工程（Ａ）と工程（Ｂ）の間における酸化膜の除去が研磨により行われる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法である。
請求項９に係る発明は、請求項２に係る発明であって、工程（Ａ）と工程（Ｂ）の間における酸化膜の除去が化学エッチングにより行われる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法である。
請求項１０に係る発明は、請求項９に係る発明であって、化学エッチングが水とＨＦとの重量割合（ＨＦ：Ｈ_２Ｏ）が１：０〜１０の範囲内にあるＨＦ溶液により行われる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法である。
この請求項８ないし１０いずれかに記載された貼合せＳＯＩウェーハの製造方法では、研磨、化学エッチングを行うことで重ね合わせる側の主面の周端縁及び面取り部に形成された酸化膜のみを除去できる。
【００１３】
請求項１１に係る発明は、請求項１ないし７いずれか１項に係る発明であって、工程（Ａ）の半導体ウェーハ又は支持ウェーハのいずれか一方又はその双方における重ね合わせる側の主面を、酸化性雰囲気下、ＳＣ−１溶液により洗浄した後、重ね合わせる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法である。
請求項１２に係る発明は、請求項１ないし７いずれか１項に係る発明であって、工程（Ａ）の半導体ウェーハ又は支持ウェーハのいずれか一方又はその双方における重ね合わせる側の主面を、酸化性雰囲気下、有機酸及びオゾンを含む溶液により洗浄した後、重ね合わせる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法である。
請求項１３に係る発明は、請求項１ないし７いずれか１項に係る発明であって、工程（Ａ）の半導体ウェーハ又は支持ウェーハのいずれか一方又はその双方における重ね合わせる側の主面を、水とＨＦとの重量割合（ＨＦ：Ｈ_２Ｏ）が１：５０〜４００の範囲内にある希ＨＦ溶液により洗浄した後、重ね合わせる貼合せＳＯＩウェーハの製造方法である。
この請求項１１ないし１３いずれかに記載された貼合せＳＯＩウェーハの製造方法では、ＳＣ−１溶液、有機酸及びオゾンを含む溶液、希ＨＦ溶液により洗浄した後に、重ね合わせることで、貼合せＳＯＩウェーハにおいて過度の熱ストレス、汚染が起きにくく、ＯＳＦも発生しにくくなる。
【００１４】
請求項１４に係る発明は、請求項１ないし１３いずれか１項に記載された方法で製造された貼合せＳＯＩウェーハである。
この請求項１４に係る発明では、埋込み酸化膜の側面が露出しないため、高品質のＳＯＩウェーハが得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法を説明する。
本発明の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法は、（Ａ） 半導体ウェーハと支持ウェーハとを酸化膜を介して重ね合せることにより積層体を形成する工程と、（Ｂ） 半導体ウェーハを所定の厚さに薄膜化することにより支持ウェーハ上に埋込み酸化膜層を介して薄膜の単結晶シリコン層を形成する工程とを含む貼合せＳＯＩウェーハの製造方法の改良である。その特徴ある構成は、（Ｃ） 埋込み酸化膜層全体を支持ウェーハの重ね合わせ側の主面と単結晶シリコン層により被包するところにある。埋込み酸化膜層全体を支持ウェーハの重ね合わせ側の主面と単結晶シリコン層により被包するので、埋込み酸化膜の側面が露出しない。また、気相成長等の工程を付加していないため、製造コストを低減できる。
具体的には、工程（Ｃ）の埋込み酸化膜層全体の被包は、図１に示すように、工程（Ａ）における酸化膜１１ａを半導体ウェーハ１１又は支持ウェーハ１２のいずれか一方の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部に形成するか、或いは半導体ウェーハ１１又は支持ウェーハ１２のいずれか一方の両主面及び両主面に接続する面取り部に形成し、工程（Ａ）と工程（Ｂ）の間で重ね合わせる側の主面の周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去して周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜を残留させることにより行われる。周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去することで側面から露出していた酸化膜に起因する製品歩留まりの低下を低減でき、周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜を残留させているため、高品質のＳＯＩウェーハを得ることができる。
【００１６】
次に本発明第１の実施形態における貼合せＳＯＩウェーハの製造方法を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、先ず、チョクラルスキー法で製造され、同一の直径と同一の厚さを有する半導体ウェーハ１１と支持ウェーハ１２をそれぞれ用意する（図１（ａ）及び図１（ｄ））。この半導体ウェーハ１１を熱酸化することによりウェーハ１１の主面に絶縁膜である酸化膜（ＳｉＯ_２膜）１１ａを形成する（図１（ｂ））。次いで、半導体ウェーハ１１に形成した酸化膜のうち、重ね合わせる側の主面の周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去して周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜を残留させる（図１（ｃ））。ここでの重ね合わせる側の主面の周端縁及び面取り部に形成された酸化膜の除去方法としては研磨、化学エッチング等が挙げられる。
【００１７】
研磨による酸化膜の除去には次の方法が挙げられる。両主面及び両主面に接続する面取り部に酸化膜１１ａが形成された半導体ウェーハ１１を用いて説明する。図５（ａ）に示すように、一般的な片面研磨装置５０を用意する。この片面研磨装置５０は、上面に研磨布５１が展張された研磨定盤５２と、研磨定盤５２の上方に配置される研磨ヘッド５３とを備える。研磨ヘッド５３の下面には環状のテンプレート５６が固着される。このテンプレート５６の内側には、ウェーハの直径より若干大径な孔部５６ａが形成され、この孔内にスエードパット、シリコーンゴム、不織布等の軟質のバックパット５７が収納される。このバックパット５７はウェーハ周端縁及び面取り部のみが接触するようなＯリング形状を有する。研磨定盤５２の上方には研磨布５１に向けて研磨剤を供給するためのノズル５５が配設される。このバックパット５７と研磨布５１の間に、重ね合わせる側の主面を研磨布５１と向かい合わせるように半導体ウェーハ１１を設置する。図５（ｂ）に示すように、半導体ウェーハ１１を研磨定盤５２の研磨布５１に押し付けると、バックパット５７に接触しないウェーハ中央部が上凸に変形して、ウェーハ周端縁の酸化膜のみが研磨され、ウェーハ中央部の酸化膜は殆ど研磨されない。このような研磨方法により、図５（ｃ）に示すように、研磨された半導体ウェーハ１１は、周端縁及び面取り部の酸化膜のみが除去され周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜１１ａは残留する。
【００１８】
化学エッチングによる酸化膜の除去には次の方法が挙げられる。両主面及び両主面に接続する面取り部に酸化膜１１ａが形成された半導体ウェーハ１１を用いて説明する。図６に示すように、半導体ウェーハ１１中央部を上チャック６１及び下チャック６２により保持し、ウェーハ周端縁及び面取り部に沿った形状を有するエッチングローラ６４を半導体ウェーハ１１の面取り部と一定の間隔を開けて設ける。このエッチングローラ６４の上方には連通孔６４ａが形成され、この連通孔６４ａからウェーハ１１の周端縁及び面取り部付近にエッチング液が供給可能となっている。上チャック６１及び下チャック６２により半導体ウェーハ１１を水平回転させ、更に、連通孔６４ａよりエッチング液を供給する。ウェーハ１１の周端縁及び面取り部に接触したエッチング液６３は、表面張力、遠心力によってウェーハの中央部には行き渡らず、周端縁及び面取り部のみに残留する。このようにしてエッチング液をウェーハ１１の周端縁及び面取り部のみに接触させることで、ウェーハ周端縁及び面取り部の酸化膜のみを除去する。これにより半導体ウェーハ１１は、周端縁及び面取り部の酸化膜のみが除去され周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜１１ａは残留する。なお、図１（ｃ）に示す半導体ウェーハ１１はこの図６に示すエッチング方法により施されたものである。
化学エッチングには、水とＨＦとの重量割合（ＨＦ：Ｈ_２Ｏ）が１：０〜１０の範囲内にあるＨＦ溶液により行われる。水とＨＦとの重量割合（ＨＦ：Ｈ_２Ｏ）が１：１０を越えると酸化膜のエッチング速度が遅くなり、均一な酸化膜除去ができなくなるという問題が生じる。
【００１９】
次に、半導体ウェーハ１１と支持ウェーハ１２とを酸化膜１１ａを介して重ね合わせて積層体１３を形成する前に、半導体ウェーハ１１又は支持ウェーハ１２のいずれか一方又はその双方における重ね合わせる側の主面を、酸化性雰囲気下、ＳＣ−１溶液により洗浄するか、又は有機酸及びオゾンを含む溶液により洗浄するか、或いは水とＨＦとの重量割合（ＨＦ：Ｈ_２Ｏ）が１：５０〜４００の範囲内にある希ＨＦ溶液により洗浄した後、重ね合わせることが好ましい。酸化性雰囲気下、ＳＣ−１溶液により洗浄することで、洗浄したウェーハの主面に自然酸化膜が成長し、パーティクル除去に効果がある。また酸化性雰囲気下、有機酸及びオゾンを含む溶液により洗浄することで、洗浄したウェーハの主面に自然酸化膜が成長し、有機物、パーティクル除去に効果がある。更に、希ＨＦ洗浄により洗浄することで、ＨＦ分子がウェーハ表面のＳｉ−Ｏ結合と反応し、Ｓｉ−Ｆ結合となる。このＳｉ−Ｆ結合は分極しているのでＨＦの攻撃を受け易く、これにより重ね合わせる側の主面のＳｉはＳｉＦ_４となって脱離し、重ね合わせる側の主面はＨ基により終端される。このウェーハを重ね合わせ、更に熱処理を施すと、重ね合わせた界面にはＨ_２が生じる。Ｈ_２は体積が非常に小さいため、ここで生じたＨ_２は、熱処理時間が比較的短くても、その重ね合わせた界面から抜け出やすい。この熱処理の結果、貼合せＳＯＩウェーハにおいて過度の熱ストレス、汚染が起きにくく、ＯＳＦも発生しにくい。希ＨＦ溶液を水とＨＦとの重量割合（ＨＦ：Ｈ_２Ｏ）が１：５０〜４００の範囲内に規定したのは、この濃度範囲であれば、ウェーハの重ね合わせ面のＯＨ基の密度が小さくなり、重ね合わせた後に施す熱処理によって、界面に発生するＨ_２Ｏの量が少なくなり、貼合せＳＯＩウェーハの周辺部におけるボイドの発生率をより低減することができるためである。水とＨＦとの重量割合（ＨＦ：Ｈ_２Ｏ）が１：５０未満では、ウェーハ表面のＳｉ−Ｆ結合のＦがＯＨ基に置換した場合にＯＨ基の比率が高くなりすぎて、ウェーハ外周部でのボイド発生率が増大するからである。また、１：４００を越えると、自然酸化膜の除去に時間がかかりすぎる問題を生じる。
【００２０】
次に、図１に戻って、支持ウェーハ１２の主面に半導体ウェーハ１１を酸化膜１１ａを介して室温で重ね合わせて積層体１３を形成する（図１（ｅ））。この積層体１３を酸素（Ｏ_２）又は窒素（Ｎ_２）雰囲気中で９００〜１２００℃の範囲に昇温しこの温度範囲に３０〜１２０分間保持する熱処理を行う。この熱処理は半導体ウェーハ１１の支持ウェーハ１２への貼合せを強固にする熱処理である。次に、半導体ウェーハ１１を所定の厚さに薄膜化する（図１（ｆ））。半導体ウェーハ１１の薄膜化は、半導体ウェーハ１１の機械加工、化学エッチング又は気相エッチングのいずれかの方法により行われる。機械加工による薄膜化としては、重ね合わせる側と反対側の半導体ウェーハ１１を重ね合わせた後で研削研磨するか、或いは、半導体ウェーハ１１を主面と平行に切断することにより行われる。
切断は、例えばダイヤモンド内周刃で半導体ウェーハの所定厚さ位置で主面と平行に、即ち結合面と平行に切断する。内周刃切断装置としては、例えばＳＯＩウェーハを保持して固定する保持盤と、これに対向配置される吸着盤を具備し、切断するＳＯＩウェーハを挟持するようにする。そして、保持盤と吸着盤はそれぞれウェーハ面に垂直方向に進退動可能に構成されており、かつ保持盤は割り出しピッチ機構を備え、ウェーハが傾斜して切断されないように、内周刃と正確にＳＯＩウェーハの結合面が平行になるように、面合わせ機能を有している。このような切断装置を用いれば、簡単に結合ウェーハの半導体ウェーハの所定位置で主面と平行に切断して、ＳＯＩウェーハと切断ウェーハに分割することができる。切断ウェーハは、その切断面に生じた加工歪みに研削研磨を施すことで、貼合せ用の半導体ウェーハとして再度利用することができる。
更に半導体ウェーハ１１の薄膜化した面を１次研磨及びそれに続く仕上げ研磨を行って薄膜１４を平滑化する（図１（ｆ））。これにより側面に埋込み酸化膜１１ａが露出しないＳＯＩウェーハ１６が得られる。
【００２１】
次に本発明第２の実施形態における貼合せＳＯＩウェーハの製造方法を図２に基づいて説明する。
図２に示すように、この第２の実施形態では、工程（Ｂ）の半導体ウェーハ２１の薄膜化が、半導体ウェーハ２１の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部にイオンを注入して半導体ウェーハ２１内部にイオン注入領域２１ｂを形成し、重ね合わせた後の積層体２３を所定の温度で熱処理して半導体ウェーハ２１をイオン注入領域２１ｂで薄膜２４から分離して除去する、いわゆるスマートカット法によって行われる。
【００２２】
この薄膜化の場合、先ず、重ね合わせて積層体２３を形成する前の半導体ウェーハ２１を熱酸化することによりウェーハ２１の主面に絶縁膜である酸化膜（ＳｉＯ_２膜）２１ａを形成した後に、このウェーハ２１の主面に水素ガスイオンである水素イオン（Ｈ^＋）を３．０×１０^１６／ｃｍ^２以上又は水素分子イオン（Ｈ_２ ^＋）を１．５×１０^１６／ｃｍ^２以上のドーズ量でイオン注入する（図２（ａ））。ここで図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｄ）中の符号２１ｂは水素ガスイオン又は水素分子イオンの注入により半導体ウェーハ内部に形成されたイオン注入領域であり、このイオン注入領域２１ｂは酸化膜２１ａに平行に、即ち半導体ウェーハ２１表面に平行に形成される。また水素ガスイオン（Ｈ^＋）の場合には、水素分子イオン（Ｈ_２ ^＋）の場合の約２倍の注入量が必要である。なお、水素ガスイオン及び水素分子イオンの注入に代えて、或いは水素ガスイオン又は水素分子イオンとともに、ヘリウムイオン（Ｈｅ^＋）を注入してもよい。この場合、ヘリウムイオンのドーズ量は０．５×１０^１６／ｃｍ^２以上であることが好ましい。なお、図示しないが、酸化膜２１ａは半導体ウェーハ２１の全面に形成してもよい。
【００２３】
次いで、半導体ウェーハ２１に形成した酸化膜のうち、重ね合わせる側の主面の周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去して周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜を残留させる（図２（ｂ））。この工程では前述した第１実施形態と同様の手法により周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去を除去する。次に、支持ウェーハ２２を用意し（図２（ｃ））、この支持ウェーハ２２の主面に半導体ウェーハ２１を酸化膜２１ａを介して室温で重ね合わせて積層体２３を形成する（図２（ｄ））。この積層体２３を窒素（Ｎ_２）雰囲気中で５００〜８００℃の範囲に昇温し、この温度範囲に５〜３０分間保持して薄膜分離熱処理を行う。これにより半導体ウェーハ２１がイオン注入領域２１ｂのところで割れて上部の厚肉の剥離ウェーハ２７と下部の薄膜２４に分離する（図２（ｅ））。次に上記半導体ウェーハ２１がイオン注入領域２１ｂで割れた積層体２３の温度を下げ、酸化膜２１ａを介して薄膜２４が積層された支持ウェーハ２２から剥離ウェーハ２７を取除く（図２（ｆ）及び図２（ｇ））。上記支持ウェーハ２２を酸素（Ｏ_２）又は窒素（Ｎ_２）雰囲気中で９００〜１２００℃の範囲に昇温しこの温度範囲に３０〜１２０分間保持する熱処理を行う。この熱処理は薄膜２４の支持ウェーハ２２への貼合せを強固にする熱処理である。更に支持ウェーハ２２の分離面をアニール処理するか又は研磨（タッチポリッシング）して平滑化する（図２（ｆ））。これにより側面に埋込み酸化膜２１ａが露出しないＳＯＩウェーハ２６が得られる。なお、剥離ウェーハ２７は、分離面を研磨して平滑化することにより、再び半導体ウェーハ２１として再利用することができる。
【００２４】
次に本発明第３の実施形態における貼合せＳＯＩウェーハの製造方法を図３に基づいて説明する。
図３に示すように、この第３の実施形態では、工程（Ｂ）の半導体ウェーハ３１の薄膜化が、半導体ウェーハ３１の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部に多孔質のポーラスシリコン層３７を陽極酸化により作製し、このポーラスシリコン層３７に水素アニール処理を施した後に、エピタキシャル成長によって単結晶シリコン薄膜層３４をこの順に形成し、単結晶シリコン薄膜層３４又は支持ウェーハ３２のいずれか一方の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部に酸化膜３１ａを形成し、重ね合わせた後の積層体３３を所定の温度で熱処理して半導体ウェーハ３１をポーラスシリコン層３７で単結晶シリコン薄膜層３４から分離して除去する、いわゆるＥＬＴＲＡＮ法によって行われる。
【００２５】
この薄膜化の場合、先ず、重ね合わせて積層体３３を形成する前の半導体ウェーハ３１の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部に多孔質のポーラスシリコン層３７を陽極酸化により作製する（図３（ａ））。次いで、この多孔質のポーラスシリコン層３７に水素アニール処理を施した後に、ポーラスシリコン層３７の上にエピタキシャル成長によって単結晶シリコン薄膜層３４と絶縁膜であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）３１ａを形成する（図３（ｂ））。
【００２６】
次いで、半導体ウェーハ３１に形成した酸化膜のうち、重ね合わせる側の主面の周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去して周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜を残留させる（図３（ｃ））。この工程では前述した第１実施形態と同様の手法により周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去を除去する。次に、支持ウェーハ３２を用意し（図３（ｄ））、この支持ウェーハ３２の主面に半導体ウェーハ３１を酸化膜３１ａを介して室温で重ね合わせて積層体３３を形成する（図３（ｅ））。上記積層体３３を酸素（Ｏ_２）又は窒素（Ｎ_２）雰囲気中で９００〜１２００℃の範囲に昇温しこの温度範囲に３０〜１２０分間保持する熱処理を行う。冷却した後、機械的な力でポーラス層の部分でカットし、分離する（図３（ｆ））。更に支持ウェーハ３２の分離面を水素アニール処理により薄膜３４を平滑化する（図３（ｇ）及び図３（ｉ））。これにより側面に埋込み酸化膜３１ａが露出しないＳＯＩウェーハ３６が得られる。なお、図３（ｈ）に示す分離した半導体ウェーハ３１は、分離面を研磨によってポーラスシリコン層３７を除去した後、再度陽極酸化してポーラスシリコン層３７を形成することで再利用することができる。
【００２７】
更に本発明第４の実施形態における貼合せＳＯＩウェーハの製造方法を図４に基づいて説明する。
図４に示すように、この第４の実施形態では、先ず、重ね合わせて積層体４３を形成する前の半導体ウェーハ４１のうち、中央部のみを研磨してウェーハの周端縁及び面取り部を立たせる（図４（ａ）及び図４（ｂ））。この工程では、第１の実施形態における研磨による酸化膜の除去方法と同様の方法を用いることにより、中央部の厚さは薄く、周端縁及び面取り部の厚さは研磨前の厚さのまま、即ち、ウェーハ４１の断面形状が凹状となるように加工できる。次に、熱酸化することによりウェーハ１１の主面に絶縁膜である酸化膜（ＳｉＯ_２膜）４１ａを形成する（図４（ｃ））。次に、半導体ウェーハ４１に形成した酸化膜のうち、重ね合わせる側の主面の周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去して周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜を残留させる（図４（ｄ））。この工程では通常の研磨方法によりウェーハ表面を研磨して、ウェーハ周端縁及び面取り部の酸化膜を除去する程度の厚さにまで研磨を施すことで、ウェーハ中央部に位置する酸化膜のみを残留させることができる。以下に続く工程、即ち図４（ｆ）〜図４（ｈ）に示す工程は第１実施形態と同様である。
【００２８】
このように上記本発明第１〜第４の実施形態における貼合せＳＯＩウェーハの製造方法により製造された貼合せＳＯＩウェーハは、埋込み酸化膜の側面が露出しないため、通常のシリコンウェーハと同様の品質が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法は、（Ａ） 半導体ウェーハと支持ウェーハとを酸化膜を介して重ね合せることにより積層体を形成する工程と、（Ｂ） 半導体ウェーハを所定の厚さに薄膜化することにより支持ウェーハ上に埋込み酸化膜層を介して薄膜の単結晶シリコン層を形成する工程とを含む貼合せＳＯＩウェーハの製造方法の改良であり、その特徴ある構成は、（Ｃ） 埋込み酸化膜層全体を支持ウェーハの重ね合わせ側の主面と単結晶シリコン層により被包するところにある。具体的には、埋込み酸化膜層全体の被包は、工程（Ａ）と工程（Ｂ）の間で重ね合わせる側の主面の周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去して周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜を残留させることにより行われる。上記方法により、埋込み酸化膜層全体が被包され、露出していない貼合せＳＯＩウェーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１の実施形態における貼合せＳＯＩウェーハの製造方法を工程順に示す図。
【図２】本発明第２の実施形態における貼合せＳＯＩウェーハの製造方法を工程順に示す図。
【図３】本発明第３の実施形態における貼合せＳＯＩウェーハの製造方法を工程順に示す図。
【図４】本発明第４の実施形態における貼合せＳＯＩウェーハの製造方法を工程順に示す図。
【図５】（ａ） 片面研磨装置を用いた半導体ウェーハの周端縁及び面取り部の酸化膜の研磨方法を示す図。
（ｂ） 下定盤に半導体ウェーハを押し付けた状態を示す図５（ａ）に対応する図。
（ｃ） 研磨後の周端縁及び面取り部の酸化膜を除去した半導体ウェーハの断面図。
【図６】半導体ウェーハの周端縁及び面取り部の酸化膜をエッチングする方法を示す図。
【図７】（ａ） 従来の貼合せＳＯＩウェーハを示す構成断面図。
（ｂ） エッチングにより側面に露出した埋込み酸化膜が除去されて単結晶シリコン層が張り出した状態を示す図７（ａ）に対応するＳＯＩウェーハの断面図。
【符号の説明】
１１，２１，３１，４１ 半導体ウェーハ
１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ 埋込み酸化膜層
１２，２２，３２，４２ 支持ウェーハ
１３，２３，３３，４３ 積層体
１４，２４，３４，４４ 単結晶シリコン層
１６，２６，３６，４６ ＳＯＩウェーハ

Claims (14)

1. （Ａ） 半導体ウェーハ（１１，２１，３１，４１）と支持ウェーハ（１２，２２，３２，４２）とを酸化膜（１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ）を介して重ね合せることにより積層体（１３，２３，３３，４３）を形成する工程と、（Ｂ） 前記半導体ウェーハ（１１，２１，３１，４１）を所定の厚さに薄膜化することにより前記支持ウェーハ（１２，２２，３２，４２）上に埋込み酸化膜層（１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ）を介して薄膜の単結晶シリコン層（１４，２４，３４，４４）を形成する工程とを含む貼合せＳＯＩウェーハの製造方法において、
   （Ｃ） 前記埋込み酸化膜層（１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ）全体を前記支持ウェーハ（１２，２２，３２，４２）の重ね合わせ側の主面と前記単結晶シリコン層（１４，２４，３４，４４）により被包することを特徴とする貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
2. 工程（Ｃ）の埋込み酸化膜層（１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ）全体の被包が、工程（Ａ）における酸化膜（１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ）を前記半導体ウェーハ（１１，２１，３１，４１）又は前記支持ウェーハ（１２，２２，３２，４２）のいずれか一方の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部に形成するか、或いは前記半導体ウェーハ（１１，２１，３１，４１）又は前記支持ウェーハ（１２，２２，３２，４２）のいずれか一方の両主面及び両主面に接続する面取り部に形成し、
   前記工程（Ａ）と工程（Ｂ）の間で前記重ね合わせる側の主面の周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去して前記周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜（１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ）を残留させる
   ことにより行われる請求項１記載の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
3. 工程（Ｂ）の半導体ウェーハ（１１，４１）の薄膜化が、前記半導体ウェーハ（１１，４１）の機械加工、化学エッチング又は気相エッチングのいずれかの方法により行われる請求項１記載の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
4. 工程（Ｂ）の半導体ウェーハ（１１，４１）の機械加工による薄膜化が、重ね合わせる側と反対側の前記半導体ウェーハ（１１，４１）を重ね合わせた後で研削研磨することにより行われる請求項３記載の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
5. 工程（Ｂ）の半導体ウェーハ（１１，４１）の機械加工による薄膜化が、前記半導体ウェーハ（１１，４１）を重ね合わせた後で前記半導体ウェーハ（１１，４１）を主面と平行に切断することにより行われる請求項３記載の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
6. 工程（Ｂ）の半導体ウェーハ（２１）の薄膜化が、半導体ウェーハ（２１）の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部にイオンを注入して前記半導体ウェーハ（２１）内部にイオン注入領域（２１ｂ）を形成し、重ね合わせた後の積層体（２３）を所定の温度で熱処理して前記半導体ウェーハ（２１）を前記イオン注入領域（２１ｂ）で薄膜（２４）から分離して除去することにより行われる請求項１記載の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
7. 工程（Ｂ）の半導体ウェーハ（３１）の薄膜化が、半導体ウェーハ（３１）の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部に多孔質のポーラスシリコン層（３７）を陽極酸化により作製し、前記ポーラスシリコン層（３７）に水素アニール処理を施した後に、エピタキシャル成長によって単結晶シリコン薄膜層（３４）をこの順に形成し、前記単結晶シリコン薄膜層（３４）又は支持ウェーハ（３２）のいずれか一方の重ね合わせる側の主面及びこの主面に続く面取り部に酸化膜（３１ａ）を形成し、重ね合わせた後の積層体（３３）を所定の温度で熱処理して前記半導体ウェーハ（３１）を前記ポーラスシリコン層（３７）で前記単結晶シリコン薄膜層（３４）から分離して除去することにより行われる請求項１記載の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
8. 工程（Ａ）と工程（Ｂ）の間における酸化膜の除去が研磨により行われる請求項２記載の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
9. 工程（Ａ）と工程（Ｂ）の間における酸化膜の除去が化学エッチングにより行われる請求項２記載の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
10. 化学エッチングが水とＨＦとの重量割合（ＨＦ：Ｈ_２Ｏ）が１：０〜１０の範囲内にあるＨＦ溶液により行われる請求項９記載の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
11. 工程（Ａ）の半導体ウェーハ（１１，２１，３１，４１）又は支持ウェーハ（１２，２２，３２，４２）のいずれか一方又はその双方における重ね合わせる側の主面を、酸化性雰囲気下、ＳＣ−１溶液により洗浄した後、重ね合わせる請求項１ないし７いずれか１項に記載の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
12. 工程（Ａ）の半導体ウェーハ（１１，２１，３１，４１）又は支持ウェーハ（１２，２２，３２，４２）のいずれか一方又はその双方における重ね合わせる側の主面を、酸化性雰囲気下、有機酸及びオゾンを含む溶液により洗浄した後、重ね合わせる請求項１ないし７いずれか１項に記載の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
13. 工程（Ａ）の半導体ウェーハ（１１，２１，３１，４１）又は支持ウェーハ（１２，２２，３２，４２）のいずれか一方又はその双方における重ね合わせる側の主面を、水とＨＦとの重量割合（ＨＦ：Ｈ_２Ｏ）が１：５０〜４００の範囲内にある希ＨＦ溶液により洗浄した後、重ね合わせる請求項１ないし７いずれか１項に記載の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法。
14. 請求項１ないし１３いずれか１項に記載された方法で製造された貼合せＳＯＩウェーハ。

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