JP2006216826A - Ｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スマートカット法における犠牲酸化の処理によっても、結晶完全性を阻害することなく表面ラフネスの改善を図ることができるＳＯＩウェーハの製造方法を提供。
【解決手段】活性層ウェーハに絶縁膜を介して水素イオンまたは希ガスをイオン注入してイオン注入層を形成した後、当該活性層ウェーハを絶縁膜を介して支持ウェーハに貼り合わせ、形成された貼り合わせウェーハに熱処理を施し前記イオン注入層を剥離することにより、埋め込み酸化膜上にＳＯＩ層が形成されたＳＯＩウェーハを製造する方法において、前記活性層ウェーハとして単結晶インゴットの育成過程で炭素（Ｃ）ドープされたウェーハを用いることを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法である。前記炭素濃度を１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上にするのがよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、イオン注入した活性層ウェーハと支持ウェーハとを貼り合わせた後に剥離してＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハを製造する、いわゆるスマートカット（Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ：登録商標）法に関し、さらに詳しくは、剥離後にＳＯＩ層表面に存在するダメージ層を除去し、表面ラフネスを改善するとともに、ダメージ層に起因する積層欠陥（Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）の発生を抑制することができるＳＯＩウェーハの製造方法に関するものである。

最近では、絶縁体上にシリコン層（ＳＯＩ層）が形成されたＳＯＩ構造を有するＳＯＩウェーハが、デバイスの高速性、低消費電力性、高耐圧性、および耐環境性等に優れていることから、電子デバイス用の高性能ＬＳＩ用ウェーハとして、特に注目されるようになっている。

このＳＯＩウェーハの代表的な製造方法として、シリコンウェーハに酸素イオンを高濃度で打ち込み、その後に高温で熱処理を行ってウェーハ内部に酸化膜を形成するＳＩＭＯＸ法の他に、貼り合わせ法がある。この貼り合わせ法は、ＳＯＩ層を形成する活性層ウェーハに酸化膜を形成し、その酸化膜を介して支持ウェーハを貼り合わせた後、活性層ウェーハを薄膜化することによって、絶縁体である埋め込み酸化膜上にＳＯＩ層が形成されたＳＯＩウェーハを製造する方法である。

この貼り合わせ法を利用したＳＯＩウェーハの製造方法には、特許文献１、２で提案されるスマートカット法がある。このスマートカット法では、活性層ウェーハに酸化膜を形成するとともに、このウェーハの上面から酸化膜を介して水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、活性層ウェーハ内部にイオン注入層（微小気泡層）を形成させた後、酸化膜を介して支持ウェーハと密着させ、その後、剥離熱処理を施し注入層を境界として、活性層ウェーハを薄膜状に剥離し、さらに貼り合わせ強化熱処理を施し強固に結合してＳＯＩウェーハを得る。

ところが、このスマートカット法によりＳＯＩウェーハを製造する場合には、剥離後のＳＯＩ層表面にイオン注入によるダメージ層が形成され、また表面ラフネスも著しく劣化した表面状態となる。剥離熱処理後にＳＯＩ層表面には厚さが７００〜１０００Åのダメージ層が形成され、このダメージ層が要因となって多くの結晶欠陥が存在する。そして、このようなウェーハを用いたデバイス工程では、これらの結晶欠陥の誘因により、ＳＯＩ層上に形成させたデバイスの特性が劣化することになる。

このため、スマートカット法では、このようなダメージ層を除去するため、貼り合わせ強化熱処理後の最終工程において、機械式研摩または化学機械式研摩（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）が行われる。しかしながら、近年において、ＳＯＩ層の薄膜化にともなう面内の膜厚ばらつきに対する要求が厳しくなり、ＳＯＩウェーハを製造する際に、このように機械加工の要素を含む鏡面研磨を最終工程で実施すると、研摩エッチング代の制御性が十分でないため、イオン注入および剥離によって達成されたＳＯＩ層の膜厚均一性が悪化することになる。

そこで、剥離後のＳＯＩウェーハに酸化性雰囲気下の熱処理を行い、ＳＯＩ層に酸化膜を形成した後、当該酸化膜にダメージ層を吸収して除去する、いわゆる犠牲酸化を行う方法が提案されている。例えば、特許文献３で提案のＳＯＩウェーハの製造方法には、剥離後のウェーハの表面を酸化処理して酸化膜を形成した後、フッ酸（ＨＦ）を含む溶液を用いて酸化膜を除去し、これに続いて、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開示されている。提案の犠牲酸化による処理方法であれば、機械加工である研磨によらず、優れた制御性でダメージ層を除去するとともにＳＯＩ層の薄膜化を図ることができる。

特開平５−２１１１２８号公報 特開平１０−５０６２８号公報 特開２０００−１２４０９２号公報

前述の通り、ＳＯＩ層に酸化膜を形成しその後除去する犠牲酸化によって、ＳＯＩ層表面に形成されるダメージ層の除去、およびＳＯＩ層の薄膜化を行えば、ＳＯＩ層の膜厚均一性を悪化させることなく、ＳＯＩ層表面のダメージ層を除去できるとともに、ＳＯＩ層を所定の膜厚まで容易に薄膜化することができる。

具体的なＳＯＩ層の膜厚均一性に関し、ＣＭＰなどの研磨方式によれば±数１００Åの均一性であるのに対し、犠牲酸化による処理であれば±数１０Åの均一性を満足することができ、優れた制御性を発揮することができる。このようなことから、犠牲酸化は、ＳＯＩ層の膜厚均一性を劣化させることなく、ＳＯＩ層表面に形成されるダメージ層を除去する処理方法として有効である。

ところが、ＳＯＩウェーハに酸化性雰囲気下の熱処理を施すと、ＳＯＩ層表面のダメージ層に起因して積層欠陥が発生する。例えば、酸化性雰囲気で１０５０℃の加熱による犠牲酸化を行い、ダメージ層を除去した後に透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した結果によれば、１×１０⁹／ｃｍ²程度の積層欠陥が存在することが確認された。

図１は、犠牲酸化の処理後に透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてＳＯＩ層中で観察された積層欠陥を示している。この積層欠陥は格子間シリコンの凝集体である。すなわち、ＳＯＩウェーハの酸化熱処理にともなって、ＳＯＩ層中に放出される格子間シリコンがダメージ層（特にダメージ層とダメージのないＳＯＩ層との界面近傍）を起点に凝集し、凝集した格子間シリコンにより積層欠陥が形成される。

ＳＯＩ層中に積層欠陥が発生すると、ＳＯＩ層の結晶完全性が阻害されるだけでなく、表面ラフネスの劣化も引き起こされる。さらに、ＨＦ溶液を使用して酸化膜を除去することにより、ＨＦ溶液が埋め込み酸化膜に浸透し、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するという問題もある。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、スマートカット法における犠牲酸化の処理によっても、ＳＯＩ層の膜厚均一性を悪化させることなく、ＳＯＩ層表面に形成されるダメージ層を除去し、結晶完全性を阻害することなく表面ラフネスの改善を図るとともに、ＳＯＩ層を所定の膜厚まで効率的に薄膜化することができるＳＯＩウェーハの製造方法を提供することを目的としている。

本発明者らは、上記課題を解決するため、シリコン単結晶に炭素（Ｃ）をドープすると、ドープされたＣは格子間位置に存在し、格子間シリコン（Ｓｉ）と結合することにより、格子間Ｓｉの凝集を抑制する効果があることに着目して、種々の検討を行った。この格子間Ｓｉの凝集を抑える効果は、単結晶に含有されるＣ濃度が１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（ＡＳＴＭ Ｆ１２３−１９８１）以上になると顕著に現れ、Ｃ濃度が高くなればなるほど、格子間Ｓｉの凝集を抑制する効果も顕著になることを明らかにした。

本発明のＳＯＩウェーハの製造方法は、活性層ウェーハに絶縁膜を介して水素イオンまたは希ガスをイオン注入してイオン注入層を形成した後、当該活性層ウェーハを絶縁膜を介して支持ウェーハに貼り合わせ、形成された貼り合わせウェーハに熱処理を施し前記イオン注入層を剥離することにより、埋め込み酸化膜上にＳＯＩ層が形成されたＳＯＩウェーハを製造する方法において、前記活性層ウェーハとして単結晶インゴットの育成過程でＣドープされたウェーハを用いることを特徴としている。

すなわち、シリコン単結晶をＣドープすることによる、格子間Ｓｉの凝集を抑制する効果をスマートカット法に適用することにより、ＳＯＩウェーハに酸化性雰囲気下の熱処理を施した場合であっても、ＳＯＩ層中に放出される格子間Ｓｉの凝集を抑制することができるので、積層欠陥の発生を防止することができる。

これにより、ＳＯＩ層に酸化膜を形成し、その酸化膜を除去する犠牲酸化を行えば、ＳＯＩ層の膜厚均一性を悪化させることなく、ＳＯＩ層表面に形成されるダメージ層を除去し、結晶完全性を阻害することなく表面ラフネスの改善を図るとともに、ＳＯＩ層の薄膜化を効率的に行うことができる。

本発明のＳＯＩウェーハの製造方法では、前記活性層ウェーハが含有する炭素濃度が１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（ＡＳＴＭ Ｆ１２３−１９８１）以上にするのが望ましい。格子間Ｓｉの凝集を抑える効果が顕著に発揮されることによる。

さらに、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法では、前記貼り合わせウェーハに熱処理を施しイオン注入層を剥離した後、ＳＯＩ層表面に存在するダメージ層を除去するため、酸化性雰囲気下の熱処理により前記ＳＯＩ層表面に酸化膜を形成し、次いでＨＦ溶液を用いて当該酸化膜を除去することができる。

ＨＦ溶液を使用して酸化膜を除去しても、ＳＯＩ層の表面に結晶欠陥に起因するピットが存在することがなく、ＨＦ溶液が埋め込み酸化膜に浸透することもないので、ＳＯＩウェーハに微小欠陥が発生することがない。

そして、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法によれば、前記ＳＯＩ層表面に形成された酸化膜の除去後に透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察した場合に、積層欠陥が１×１０⁴／ｃｍ²以下の特性を満足するようにすることができる。

本発明のＳＯＩウェーハの製造方法によれば、活性層ウェーハとして単結晶インゴットの育成過程でＣドープされたウェーハを用いることにより、格子間Ｓｉの凝集を抑える効果を発揮し、ＳＯＩウェーハに酸化性雰囲気下での熱処理（熱酸化処理）を施した場合であっても、ＳＯＩ層中に放出される格子間Ｓｉの凝集を抑制するので、積層欠陥の発生を防止することができる。

これにより、スマートカット法によるＳＯＩウェーハの製造に犠牲酸化を適用でき、ＳＯＩ層の膜厚均一性を悪化させることなく、ＳＯＩ層表面に形成されるダメージ層を除去し、結晶完全性を阻害することなく表面ラフネスの改善を図るとともに、ＳＯＩ層を所定の厚さまで効率的に薄膜化することができる。

しかも、ＨＦ溶液を使用して酸化膜を除去しても、ＳＯＩ層の表面に結晶欠陥に起因するピットが存在することがなく、ＨＦ溶液が埋め込み酸化膜に浸透することもないので、ＳＯＩウェーハに微小欠陥が発生することがない。

本発明のＳＯＩウェーハの製造方法では、ＳＯＩ層を構成する活性層ウェーハとして、単結晶インゴットの育成過程でＣドープされたウェーハを用いる。Ｃドープによる効果から、熱酸化処理に際しても、ＳＯＩ層中に誘起される積層欠陥が抑制され、その結果、結晶欠陥の少なくなり、結晶の完全性が担保される。

活性層ウェーハが含有するＣ濃度は、格子間Ｓｉの凝集を抑制する効果が顕著に発揮されることから、１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（ＡＳＴＭ Ｆ１２３−１９８１）以上にするのが望ましい。

本発明のＳＯＩウェーハの製造方法では、Ｃ濃度を高くすればするほど、格子間Ｓｉの凝集を抑える効果も顕著になることから、その上限を特に規定しないが、自ずからその上限は、Ｓｉに対するＣの固溶限界の４〜５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³によって律される。

一方、Ｃの固溶限界近くの環境における、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の育成では、引き上げ条件の若干の変動によっても結晶欠陥が導入され易くなる。このため、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法では、Ｃ濃度を１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³とするのが望ましい。さらに、スループットに優れ、ＳＯＩ層に積層欠陥が発生し易い、より高温での犠牲酸化（１０５０℃超え）が可能となるように、Ｃ濃度を５×１０¹⁶〜１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³とするのがより望ましい。

本発明のＳＯＩウェーハの製造方法では、活性層ウェーハとして、上記で規定するＣ濃度の他に、初期格子間酸素濃度を８×１０¹⁷〜１４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−１９７９）とすることができる。通常のチョクラルスキー法によって育成される汎用のシリコン単結晶が具備する固溶酸素を包含させることを意図するものである。この場合であっても、高酸素濃度であると、熱処理条件によってはＳＯＩ層内に酸素析出物が発生する畏れがあることから、８×１０¹⁷〜１１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³とするのが望ましい。

図２は、本発明のスマートカット法によるＳＯＩウェーハの製造方法を模式的に示す工程フローチャートを示す。以下に、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法の実施形態を図２に示すステップ１〜ステップ９に沿って説明する。

ステップ１では、Ｃドープされた活性層ウェーハ１と支持ウェーハ２とを準備し、少なくとも結合すべき面には鏡面研磨が施される。

ステップ２では、活性層ウェーハ１の表面に酸化膜３を形成する。この酸化膜３はＳＯＩウェーハの埋め込み酸化膜３となるので、その厚さは用途および顧客要望に応じて設定される。酸化膜３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。

Ｃドープされた活性層ウェーハは析出を促進する効果あり、その効果を発揮するためには低温処理（６００〜８００℃）および高温処理（９００〜１１００℃）の２ｓｔｅｐ処理が必要になる。しかし、ＳＯＩウェーハの場合には析出は避けたいので、ここでの酸化処理温度は後工程の熱処理でＳＯＩ層内に酸素析出物を析出させないため、９００〜１１００℃の高温処理するのが望ましい。

ステップ３では、酸化膜が形成された活性層用ウェーハ１を、イオン注入装置の真空チャンバの中にセットし、活性層ウェーハ１の表面より酸化膜３を介して加速電圧、およびドーズ量を選択して水素イオンまたは希ガスイオンを注入する。水素イオンまたは希ガスイオンは、活性層ウェーハ１の表面から所定深さの位置まで注入され、活性層ウェーハ１の所定深さ位置にイオン注入層４が形成される。このとき、水素剥離できるドーズ量を選択する必要があり、下限は４×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、上限はスループットを考慮して１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とするのが望ましい。

ステップ４では、水素イオンまたは希ガスイオンが注入された活性層ウェーハ１を、そのイオンが注入された面（酸化膜３表面）を貼り合わせ面として、支持ウェーハ２に貼り合わせることにより、貼り合わせ面に絶縁膜３（酸化膜）を介在させた貼り合わせウェーハを得る。

貼り合わせ前には、表面の不純物を除去するため、水酸化アンモニウムと過酸化水素水の混合液を用いるＳＣ−１洗浄、および塩化水素と過酸化水素水の混合液を用いるＳＣ−２洗浄を単独でまたは組み合わせて洗浄する。

ステップ５では、貼り合わせウェーハを不活性ガス雰囲気中で熱処理し、イオン注入層において水素ガスのバブルを形成し、イオン注入層を境界として活性層ウェーハ１の一部を剥離し、剥離ウェーハ５とＳＯＩウェーハ６に分離される。水素イオンを注入した場合に、活性層ウェーハ１を剥離するための温度は、水素ガスのバブルを形成するために４００℃以上が必要であるが、高い温度でも剥離できるがスループットを考慮すると７００℃以下にするのが望ましい。

ステップ６では、ＳＯＩ層７の表面に存在するダメージ層を除去し、表面粗さを改善するため、熱酸化処理にて酸化膜８を形成する。ダメージ層の厚さは７００〜１０００Åであり、少なくともこれに相当するＳｉ層を酸化する必要があることから、酸化膜８の厚さはその２倍となる１５００〜２０００Åとする必要がある。熱酸化温度が高いほど酸化レートが大きいことから、高温が望ましいが、酸化温度が高温になるほど積層欠陥が発生し易い。

このため、ＳＯＩ層７の品質特性およびスループットの観点から、酸化温度は８００℃〜１１００℃であり、さらに望ましくは８５０℃〜１０００℃である。Ｃドープしないウェーハでは積層欠陥が誘起し易いことから、酸化温度を９００℃以下にする必要がある。

また、低温の酸化温度であっても酸化レートを上げるため、酸素（Ｏ_２）ガスと水素（Ｈ_２）ガスを反応させたＨ_２Ｏ雰囲気で酸化するパイロジェニック酸化や、酸素（Ｏ_２）ガスにＨＣｌを混合したガスで酸化する塩酸酸化なども適用することができる。

ステップ７では、ＳＯＩ層７に形成した酸化膜８を除去する。この酸化膜８の除去は、例えば、ＨＦを含む溶液でエッチングすることにより行う。ＨＦを含む溶液でエッチングすることにより、酸化膜８のみがエッチングにより除去され、これにともなってダメージ層を除去したＳＯＩウェーハ６を得ることができる。

ステップ８では、貼り合せ強化熱処理として高温の熱処理を施し、貼り合せ強度を十分に確保する。十分な貼り合せ強度を得るには、処理温度を１１００℃以上にする必要があるが、高温ではスリップが発生し易いことから、上限は１２００℃とする。好適例としては、１１００℃以上の温度で１ｈｒ以上の処理時間であり、雰囲気はＮ_２若しくはＡｒ、またはＨ_２などの非酸化性雰囲気を採用できる。

一方、ドープされたＣはＳＯＩ製品のＳＯＩ層内に高濃度に残存した場合、デバイス特性を劣化させる畏れがあるが、高温状態におけるＣは外方拡散し易いことから、上述した１１００℃以上で熱処理を行えば、ＳＯＩ層内に含有されるＣ濃度は５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下となり、デバイス特性を劣化させる畏れは解消される。

ＡｒまたはＨ_２雰囲気で１１００℃以上の高温で処理すれば、ＳＯＩ層表面を平坦化する作用があり、表面ラフネスの改善に有効である。

ステップ９はＳＯＩウェーハの薄膜化の工程であり、貼り合せ強化熱処理を行ったのち、必要に応じて犠牲酸化等を適用して、所定膜厚に薄膜化し製品ＳＯＩウェーハを製造する。以下では、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法による効果を、本発明例、比較例１および比較例２の供試ウェーハを作製して、具体的な実施例に基づいて説明する。

本発明例として、チョクラルスキー法でＣドープにより作製された導電型がｐ型で、抵抗率が１〜２０Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットから、直径２００ｍｍで切り出した後、鏡面研磨したウェーハを作製した。なお、Ｃドープ単結晶は所定量のＣ粉末をドープしたシリコン融液から単結晶を引き上げることで作製した。

得られたウェーハのＣ濃度は１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³、５×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³、１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の３水準であり、酸素濃度は８×１０¹⁷〜１４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であり、これらを活性層ウェーハと支持ウェーハに区分した。なお、Ｃ濃度は赤外線吸収スペクトル（ＩＲ吸収）により確認した。

比較例１として、Ｃドープなしで作製された導電型がｐ型で、抵抗率が１〜２０Ω・ｃｍで、直径２００ｍｍのシリコン鏡面ウェーハを用い、酸素濃度は８×１０¹⁷〜１４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³のウェーハを準備し、これらを活性層ウェーハと支持ウェーハに区分した。

比較例２として、本発明例と同様に、Ｃドープにより作製された導電型がｐ型で、抵抗率が１〜２０Ω・ｃｍで、直径３００ｍｍのシリコン鏡面ウェーハを用い、Ｃ濃度は５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であり、酸素濃度は８×１０¹⁷〜１４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³のウェーハを準備し、これらを活性層ウェーハと支持ウェーハに区分した。

準備した活性層ウェーハと支持ウェーハを用いて、前記図３に示すステップに沿ってスマートカット法によりＳＯＩウェーハを製造した。まず、前記ステップ２で示すように、活性層ウェーハ表面への酸化膜の形成は、酸化炉内にシリコンウェーハを挿入し、ドライ酸素雰囲気中で１０００℃×４ｈｒの条件で熱酸化処理することにより、形成される酸化膜の厚さを１５００Åとした。

次に、前記ステップ３で示すように、酸化膜が形成された活性層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し、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＝６×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の水素イオン（Ｈ⁺イオン）を注入し、活性層ウェーハにイオン注入層を形成した。その後、ＳＣ−１洗浄（２９％ＮＨ_４ＯＨ水溶液：３０％Ｈ_２Ｏ_２：純水＝１：１：８、液温８０℃）を４分間行い、さらにＳＣ−２（３６％ＨＣｌ水溶液：３０％Ｈ_２Ｏ_２：純水＝１：１：６、液温８０℃）を４分間行って、活性層ウェーハと支持ウェーハを貼り合わせた。

前記ステップ５で示すように、貼り合わせウェーハを窒素ガス雰囲気中で、５００℃×３０ｍｉｎの熱処理することにより、活性層ウェーハの一部（トップ部）を剥離した。次いで、前記ステップ６で示すように、ＳＯＩ層の表面に存在するダメージ層を除去するため、ドライ酸素雰囲気中で１０００℃×４ｈｒの条件で加熱することにより、酸化膜を厚さ１５００Åで形成した。ただし、比較例１は、Ｃドープしていないので積層欠陥が発生し易いことから、加熱温度は９００℃の条件で酸化膜を厚さ１５００Åで形成した。

前記ステップ７で示すように、ＳＯＩ層表面に酸化膜を有するＳＯＩウェーハを、ＨＦ濃度５０％のＨＦ溶液に５ｍｉｎ浸漬することによって、表面の酸化膜を完全に除去し、ＳＯＩ層表面に存在するダメージ層を除去した。このとき、エッチングにともなう新たなピッチング等が発生しないように、直ちにウェーハを水洗して乾燥した。

前記ステップ７でダメージ層を除去した後、ＳＯＩ層の欠陥密度をＴＥＭを用いて測定した。その結果を表１に示す。

表１の結果から、比較例１、２はＳＯＩ層中で測定される欠陥密度は１×１０⁹／ｃｍ²であるのに対し、Ｃ濃度が１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上ドープされた本発明例では欠陥密度は全て１×１０⁴／ｃｍ²以下と良好であり、優れた品質特性を示すことが分かる。特にＣ濃度が５×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上では欠陥密度が１×１０³／ｃｍ²オーダーと優れた効果が確認された。さらに、本発明例では、ＳＯＩ層の膜厚均一性が良好であるとともに、表面ラフネスの改善を図れることも確認している。

本発明のＳＯＩウェーハの製造方法によれば、活性層ウェーハとして単結晶インゴットの育成過程でＣドープされたウェーハを用いることにより、格子間Ｓｉの凝集を抑える効果を発揮し、ＳＯＩウェーハに熱酸化処理を施した場合であっても、ＳＯＩ層中に放出される格子間Ｓｉの凝集を抑制できるので、積層欠陥の発生を防止することができる。

さらに、ＳＯＩウェーハの製造に犠牲酸化を適用することができ、ＳＯＩ層の膜厚均一性を悪化させることなく、ＳＯＩ層表面に形成されるダメージ層を除去し、結晶完全性を阻害することなく表面ラフネスの改善を図るとともに、ＳＯＩ層を所定の厚さまで効率的に薄膜化することができる。

しかも、ＨＦ溶液を使用して酸化膜を除去しても、ＳＯＩ層表面に結晶欠陥に起因するピットが存在することがなく、ＨＦ溶液が埋め込み酸化膜に浸透することもないので、ＳＯＩウェーハに微小欠陥が発生することがない。これらにより、好適なＳＯＩウェーハの製造方法として、広く利用することができる。

犠牲酸化の処理後に透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてＳＯＩ層中で観察された積層欠陥を示している。 本発明のスマートカット法によるＳＯＩウェーハの製造方法を模式的に示す工程フローチャートを示す。

符号の説明

１：活性層ウェーハ、 ２：支持ウェーハ
３：酸化膜（埋め込み酸化膜）、絶縁膜
４：イオン注入層、 ５：剥離ウェーハ
６：ＳＯＩウェーハ、 ７：ＳＯＩ層
８：酸化膜

Claims (4)

1. 活性層ウェーハに絶縁膜を介して水素イオンまたは希ガスをイオン注入してイオン注入層を形成した後、当該活性層ウェーハを絶縁膜を介して支持ウェーハに貼り合わせ、形成された貼り合わせウェーハに熱処理を施し前記イオン注入層を剥離することにより、埋め込み酸化膜上にＳＯＩ層が形成されたＳＯＩウェーハを製造する方法において、
   前記活性層ウェーハとして単結晶インゴットの育成過程で炭素（Ｃ）ドープされたウェーハを用いることを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。
2. 前記活性層ウェーハが含有する炭素濃度が１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（ＡＳＴＭＦ１２３−１９８１）以上であることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
3. 前記貼り合わせウェーハに熱処理を施しイオン注入層を剥離した後、ＳＯＩ層表面に存在するダメージ層を除去するため、酸化性雰囲気下の熱処理により前記ＳＯＩ層表面に酸化膜を形成し、次いでフッ酸（ＨＦ）溶液を用いて当該酸化膜を除去することを特徴とする請求項１または２に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
4. 前記ＳＯＩ層表面に形成された酸化膜の除去後に透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察した場合に、前記ダメージ層に起因する積層欠陥が１×１０⁴／ｃｍ²以下であることを特徴とする請求項４に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
   

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