JP2005197525A - Ｓｏｉウェーハの作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
スマートカット法によるＳＯＩウェーハの作製で、剥離後の表面を平坦化し、ＳＯＩ層を薄膜化して、ＳＯＩ層の膜厚を均一化する。
【解決手段】
活性層用シリコンウェーハに酸化膜を介して水素ガスをイオン注入し、シリコンバルク中にイオン注入層を形成する。次いで、この活性層用ウェーハを絶縁膜を介して支持ウェーハに貼り合わせる。この貼り合わせウェーハを加熱することにより、イオン注入層を境界にその一部を剥離し、ＳＯＩウェーハを作製する。このイオン注入層を境界として剥離した後、ＳＯＩウェーハを酸化処理し、所定厚さの酸化膜を形成する。この後、ＳＯＩウェーハをＨＣｌガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気にさらす。この結果、ＳＯＩ層の表面に形成された酸化膜は完全に除去される。また、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層が剥離後よりも均一化され、かつ薄膜化が可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明はＳＯＩウェーハの作製方法、詳しくはＳＯＩウェーハの表面を平坦化するＳＯＩウェーハの作製方法に関する。

ＳＯＩウェーハは、従来のシリコンウェーハに比べ、素子間の分離、素子と基板間の寄生容量の低減、３次元構造が可能といった優越性があり、高速・低消費電力のＬＳＩに使用されている。
ＳＯＩウェーハの作製方法の１つに、シリコンウェーハ表面に水素イオンを注入した後、剥離熱処理により、イオン注入層を境界として剥離するスマートカット法がある。しかし、剥離した時のダメージにより、剥離後のＳＯＩウェーハの表面（剥離面）が粗くなってしまう。この問題に対して、例えば、特許文献１に記載のＳＯＩウェーハの作製方法には、剥離後のウェーハの表面を酸化処理して酸化膜を形成する。そして、ＨＦを含む水溶液を用いて酸化膜を除去し、この後、水素を含む還元性雰囲気下で熱処理して、表面を平坦化する技術が提案されている。

特開２０００−１２４０９２号公報

特許文献１に記載のＳＯＩウェーハの作製方法においては、酸化膜はＨＦ液を用いて除去されるのが一般的である。しかし、ＨＦ液を使用して酸化膜を除去すると、微小欠陥が生じてしまう。微小欠陥が発生する理由は、ＳＯＩ層の表面に結晶欠陥に起因するピットの存在である。このピットを通して、ＨＦ溶液が埋め込み酸化膜に浸透する。この浸透したＨＦ溶液により、直下の埋め込み酸化膜が部分的にエッチングされて微小欠陥が発生してしまう。
また、シリコンウェーハのエッジ部は埋め込み酸化膜が露出している。この露出部分からＨＦ液が浸透して、エッジ部の埋め込み酸化膜がエッチングされる問題が生じていた。

この発明は、スマートカット法によるＳＯＩウェーハの作製において、ＳＯＩウェーハの表面に酸化膜を形成し、これをＨＦ溶液を使用しないで酸化膜を除去して剥離後の剥離面を平坦化するＳＯＩウェーハの作製方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、活性層用ウェーハに絶縁膜を介して水素または希ガスをイオン注入して、この活性層用ウェーハにイオン注入層を形成し、次いで、この活性層用ウェーハを絶縁膜を介して支持ウェーハに貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成し、この後、この貼り合わせウェーハを熱処理して、イオン注入層を境界として剥離するＳＯＩウェーハの作製方法であって、貼り合わせウェーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界として剥離した後、このＳＯＩウェーハのＳＯＩ層表面に酸化膜を形成し、この後、このＳＯＩウェーハを所定のガス雰囲気にさらすことによりそのＳＯＩ層表面から酸化膜を除去するＳＯＩウェーハの作製方法である。
ＳＯＩ層表面に酸化膜を形成する方法は、限定されない。例えば、ＨＣｌガス酸化、ドライ酸化、ウェット酸化などである。
ＳＯＩ層表面から酸化膜を除去するためのガス雰囲気は限定されない。例えば、ＨＣｌガス、ＳＦ_６ガス、ＣＦ_４ガス、ＨＦガスなどがある。
また、アルゴンガスや水素ガス雰囲気中での高温熱処理によっても酸化膜を除去するこが可能である。

請求項１に記載のＳＯＩウェーハの作製方法にあっては、スマートカット法によるＳＯＩウェーハの作製方法において、活性層用ウェーハにイオン注入層を形成する。次いで、この活性層用ウェーハを絶縁膜を介して支持ウェーハに貼り合わせる。この結果、絶縁膜を介して２枚のウェーハが貼り合わされた貼り合わせウェーハが作製される。この後、この貼り合わせウェーハを剥離熱処理することにより、イオン注入層を境界として剥離する。
そして、このＳＯＩウェーハを、例えば、ＨＣｌガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気で酸化処理をする。この結果、ＳＯＩ層表面に所定厚さの酸化膜が形成される。
この後、ＳＯＩウェーハを、例えば、ＨＣｌガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気にさらす。これにより、ＳＯＩ層の表面に形成された酸化膜は完全に除去される。また、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層が剥離後よりも均一化され、かつ、薄膜化が可能となる。さらに、ＨＦ液を使用しないため、ＨＦ液による微小欠陥が発生したり、シリコンウェーハのエッジ部の埋め込み酸化膜をエッチングしない。

請求項２に記載の発明は、上記酸化膜の除去は、ＳＯＩウェーハをＨＣｌガス雰囲気にさらすことにより行う請求項１に記載のＳＯＩウェーハの作製方法である。
酸化膜を除去するときのＨＣｌガス雰囲気は、例えば、ＨＣｌガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気である。不活性ガスは、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどである。

請求項２に記載のＳＯＩウェーハの作製方法にあっては、ＨＣｌガス雰囲気は、ＳＯＩウェーハをＨＣｌガスと不活性ガスとの雰囲気である。ＨＣｌガスが酸化膜をエッチングする。よって、ＨＦ液を使用しないため、ＨＦ液により発生する微小欠陥が発生することもない。

請求項３に記載の発明は、上記酸化膜の除去は、１１００℃以上の温度で処理する請求項１または請求項２に記載のＳＯＩウェーハの作製方法である。

請求項３に記載のＳＯＩウェーハの作製方法にあっては、ＨＣｌガス雰囲気は、１１００℃以上の温度で酸化膜を除去する。１１００℃未満では、十分な酸化膜を除去させることが困難である。

請求項４に記載の発明は、上記酸化膜の形成は、ＳＯＩウェーハをドライ酸化雰囲気、ウェット酸化雰囲気またはＨＣｌガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気のいずれか１つにさらすことで行う請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のＳＯＩウェーハの作製方法である。

請求項４に記載のＳＯＩウェーハの作製方法にあっては、例えば、上記酸化膜の形成は、ＳＯＩウェーハをＨＣｌガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気にさらす。これにより、シリコンウェーハの表面に酸化膜が形成される。
この後、シリコンウェーハを、ＨＣｌガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気にさらすことにより、ＳＯＩ層表面の酸化膜が除去される。すなわち、酸化膜形成時の酸素ガスを、不活性ガスに切り換えることで酸化膜除去が行われる。したがって、酸化処理および酸化膜除去は、同一炉内で連続して行うことができる。

この発明によれば、スマートカット法によるＳＯＩウェーハの作製方法において、剥離後のＳＯＩウェーハを、例えば、ＨＣｌガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気で酸化処理をする。これにより、ＳＯＩ層表面に所定厚さの酸化膜が形成される。
この後、酸化膜が形成されたＳＯＩウェーハを、例えば、ＨＣｌガスと不活性ガスとの雰囲気にさらす。これにより、ＳＯＩ層の表面に形成された酸化膜は完全に除去される。また、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層が剥離後よりも均一化され、かつ、薄膜化が可能となる。 さらに、ＨＦ液を使用しないので、ＨＦ液による微小欠陥も発生しない。

以下、この発明の一実施例を、図１および図２を参照して説明する。
ここでは、スマートカット法を用いて、ＳＯＩ層を形成するＳＯＩウェーハの作製方法について説明する。
本実施例に係るスマートカット法によるＳＯＩウェーハの作製は、図１に示すような工程で行われる。
まず、ＣＺ法により育成され、ボロンがドーパントとされたシリコンインゴットからスライスしたシリコンウェーハを２枚準備する。これらのシリコンウェーハを、一方を活性層用ウェーハとして、他方を支持用ウェーハとする。そして、図１（ａ）に示すように、活性層用ウェーハとなるシリコンウェーハの表面に酸化膜を形成する。酸化膜の形成は、酸化炉内にシリコンウェーハを挿入し、これを所定時間、所定温度に加熱することにより行われる。このとき、形成される酸化膜の厚さは１５０ｎｍである。

次に、酸化膜が形成された活性層用ウェーハを、イオン注入装置の真空チャンバの中にセットする。そして、図１（ｂ）に示すように、活性層用ウェーハの表面より酸化膜を介して加速電圧＝５０ｋｅＶ、ドーズ量＝１．０Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の水素イオンを注入する。水素イオンは、活性層用ウェーハの表面から所定深さの位置まで注入され、この結果、活性層用ウェーハの所定深さ位置（シリコン基板中の所定深さ範囲）にイオン注入層が形成される。
次に、図１（ｃ）に示すように、水素イオンが注入された活性層用ウェーハを、そのイオンが注入された面（酸化膜表面）を貼り合わせ面として、支持用ウェーハに貼り合わせる。この結果、貼り合わせ界面に絶縁膜（酸化膜）が介在された貼り合わせウェーハが形成される。
そして、図１（ｄ）に示すように、貼り合わせウェーハを略５００℃、窒素ガス雰囲気で熱処理する。すると、貼り合わせウェーハのイオン注入層において水素ガスのバブルが形成され、このバブルが形成されたイオン注入層を境界として、活性層用ウェーハの一部（貼り合わせウェーハの一部）が剥離する。すなわち、貼り合わせウェーハは、支持ウェーハに酸化膜を介してＳＯＩ層（活性層用ウェーハの一部）が積層されたＳＯＩウェーハと、残りの活性層用ウェーハとに分離される。
ここまでの工程は、一般的なスマートカット法によるＳＯＩウェーハの作製方法の工程と同じである。

次に、図１（ｅ）および図２に示すように、ＳＯＩウェーハについて、酸化処理を行う。このときの条件は、温度が１１００℃でＨＣｌガス雰囲気（５％ＨＣｌガスと希釈酸素ガスとの混合ガス雰囲気）である。この結果、ＳＯＩ層表面に３０００Åの酸化膜が形成される。
そして、図１（ｆ）に示すように、この酸化膜をＨＣｌガス雰囲気でエッチングする。このときの条件は、温度が１１００℃、ＨＣｌガス雰囲気（１０％ＨＣｌガスと希釈窒素ガスとの混合ガス雰囲気）である。また、このときの反応式は以下の通りとなる。
４ＨＣｌ＋ＳｉＯ_２→ＳｉＣｌ_４＋２Ｈ_２Ｏ
これにより、ＳＯＩ層の表面に形成された酸化膜は完全に除去される。また、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層が剥離後よりも均一化され、かつ、薄膜化が可能となる。
なお、上記ＨＣｌガス雰囲気でのエッチングに関しては、事前に形成された酸化膜を除去することを目的としている。これは、ＨＣｌガス雰囲気でのエッチングにより、酸化膜が完全に除去できない場合、再度ＨＣｌガスでのエッチングを行うため、スループットが悪化し生産性が低下する。したがって、ＨＣｌガスのエッチング量は、事前に形成した酸化膜厚を完全に除去する量よりも多めに設定する必要がある。しかし、エッチング量を多めに設定すると、ＳＯＩ層の均一性を悪化させるとともに、この表面を粗してしまう。よって、事前に形成した酸化膜の厚さに、略３００Åの厚さを加えた酸化膜がエッチングできる量であればよい。
上記一連の工程（酸化処理および酸化膜除去）は、複数回行ってもよい。これにより、平坦化された粗さを維持したままで、ＳＯＩ層の薄膜化がより可能である。すなわち、ＳＯＩ層の取り代が大きい場合は、酸化処理で酸化膜を形成した後、ＨＣｌエッチングにより酸化膜を除去する工程を繰り返すことにより、ＳＯＩ層がより薄膜化される。

次に、図１（ｇ）に示すように、剥離熱処理した後のＳＯＩウェーハについて平坦化熱処理を行う。この平坦化熱処理は、ＳＯＩウェーハをアルゴンガス雰囲気中で１１００℃以上の温度に略３時間保持することである。また、この平坦化熱処理は、図２に示すように、酸化膜形成および除去処理と連続して行える。また、剥離熱処理でイオン注入層を境界として貼り合わせウェーハが完全に分離した場合、同じ炉を用いて剥離熱処理から連続して行うことができる。

上述の図１（ａ）〜（ｇ）の工程を経て完成されたＳＯＩウェーハの表面は、酸化膜が完全に除去されていることが確認された。一方、上述の図１（ａ）〜（ｇ）の工程の内、図１（ｆ）に示す酸化膜除去をＨＦ洗浄を使用して実施する。すると、ＳＯＩウェーハ表面を集光灯下にて外観検査を行った場合、結晶欠陥要因に基点（ピット）が観察され、また、このピットを通して、埋め込み酸化膜がエッチングされた微小欠陥が観察された。

この発明の一実施例に係るＳＯＩウェーハの作製方法を示す工程図である。 この発明の一実施例に係るＳＯＩウェーハの作製方法における剥離熱処理から平坦化熱処理までの熱処理温度と時間との関係を示すグラフである。

Claims (4)

1. 活性層用ウェーハに絶縁膜を介して水素または希ガスをイオン注入して、この活性層用ウェーハにイオン注入層を形成し、次いで、この活性層用ウェーハを絶縁膜を介して支持ウェーハに貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成し、この後、この貼り合わせウェーハを熱処理して、イオン注入層を境界として剥離するＳＯＩウェーハの作製方法であって、
   貼り合わせウェーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界として剥離した後、このＳＯＩウェーハのＳＯＩ層表面に酸化膜を形成し、この後、このＳＯＩウェーハを所定のガス雰囲気にさらすことによりそのＳＯＩ層表面から酸化膜を除去するＳＯＩウェーハの作製方法。
2. 上記酸化膜の除去は、ＳＯＩウェーハをＨＣｌガス雰囲気にさらすことにより行う請求項１に記載のＳＯＩウェーハの作製方法。
3. 上記酸化膜の除去は、１１００℃以上の温度で処理する請求項１または請求項２に記載のＳＯＩウェーハの作製方法。
4. 上記酸化膜の形成は、ＳＯＩウェーハをドライ酸化雰囲気、ウェット酸化雰囲気またはＨＣｌガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気のいずれか１つにさらすことで行う請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のＳＯＩウェーハの作製方法。

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