JP2007141946A

JP2007141946A - Ｓｏｉ基板の製造方法及びこの方法により製造されたｓｏｉ基板

Info

Publication number: JP2007141946A
Application number: JP2005330265A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Endo; 昭彦遠藤; Nobuyuki Morimoto; 信之森本; Tatsumi Kusaba; 辰己草場
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】半導体基板の重ね合せ面への有機物又はパーティクルの付着を抑制し、有機物除去フィルタを設置するよりも安価にボイドの発生が抑制されたＳＯＩ基板を作製する。
【解決手段】
ＳＯＩ基板の製造方法は、ＳＯＩ層となる第１半導体基板１１を酸化膜１１ａを介して第２半導体基板１２に重ね合せて積層体１３を形成する。重ね合せる前の第１半導体基板１１及び第２半導体基板１２の洗浄及び重ね合せを行う場所の雰囲気における相対湿度が２５℃換算で４６〜６０％である。
【選択図】図１

Description

本発明は、２枚の半導体基板の主面同士を重ね合せてＳＯＩ基板を製造する方法に関するものである。

従来、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板の製造方法として貼合せ法を用いた製造方法が知られている。この貼合せ法においては第１半導体基板と第２半導体基板を貼合せた後に、ＳＯＩ層となる第１半導体基板を研磨して薄くするグラインドバック法や、ＳＯＩ層となる第１半導体基板に水素イオンを注入してイオン注入領域で剥離させて薄くするイオン注入分離（剥離）法（スマートカット法ともいう。）を用いた製造方法が知られている。
しかし、いずれの貼合せ法においても、第１及び第２半導体基板直径が１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍと大きくなるにつれて、貼合せ面が大きくなり、図４及び図５に示される貼合せ欠陥の１種であるボイド４又はブリスタ５の発生率が高くなる。図４に示すように、ボイド４とは、貼合せ接合面に封じ込められた有機物又はパーティクルが高温の結合熱処理等を受けて気化し、その気化ガスを封じ込めていた酸化膜１ａ及びＳＯＩ層１ｃを弾いてＳＯＩ基板の表面に生じたくぼみをいう。図５に示すように、ブリスタ５とは貼合せ接合面に封じ込められた有機物又はパーティクルが高温の結合熱処理等を受けて気化し、その気化ガスが酸化膜１ａと第２半導体基板２の間に気泡として封じ込められＳＯＩ基板表面に生じた膨れをいう。貼合せ欠陥であるボイド又はブリスタが発生すると、貼合せ歩留まりが低下するため、製造コストが高くなるという不具合が生じる。

これらボイド又はブリスタの発生原因の１つであるパーティクルは、クリーンルーム中に存在するパーティクルやＳＯＩ基板の製造工程中に発生するパーティクルが、静電気等により貼合せ界面に付着する。そして貼り合せ後の結合熱処理等により、このパーティクルが気化することでボイド又はブリスタが形成される。また、ボイド又はブリスタの発生原因の１つである有機物は、クリーンルーム中に存在する有機物や、作業者等から発生する有機物が、室内及び装置内の空気の流動等により貼合せ界面に付着し、剥離熱処理時において、その付着部分の貼合せを阻害する。そして貼合せ後に行う結合熱処理等によりこの有機物が気化することでボイド又はブリスタが形成される。

この点を解消するために、第１及び第２半導体基板表面の有機物汚染の指標となる重ね合せ雰囲気の炭素濃度を１００ｐｐｔ以下に保持したＳＯＩ基板の製造方法（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。
このＳＯＩ基板の製造方法では、重ね合せを行うクリーンルームに有機物除去フィルタを設置してそのクリーンルーム内の炭素濃度を管理し又は炭素濃度を管理したウェーハケースに洗浄後の第１半導体基板及び第２半導体基板を保管して管理する。これにより、洗浄後時間の経過とともに両基板表面の炭素濃度が増大するのを抑制でき、炭素濃度に影響されるボイド又はブリスタの発生率を抑えることができるとしている。また、剥離熱処理後でもＳＯＩ基板の接合強度が高く剥がれが生じないとしている。
特許第３１４２２０６号公報（請求項１、段落［０００７］、段落［０００９］、段落［００１１］、段落［００１２］、図１）

しかし、クリーンルーム内に設置される洗浄装置は、洗浄液の含有成分による人体への薬害を防止する目的で、洗浄後の第１及び第２半導体基板回収のため作業者が洗浄装置の基板取出口のドアを開けたとき、クリーンルーム側のクリーンエアが洗浄装置内へ吸い込まれるように設計されている。このため、クリーンルーム側の作業者に付着していた有機物やゴミ等のパーティクルが第１及び第２半導体基板表面に再付着する可能性がある。よって、クリーンルーム内の炭素濃度を管理してもボイド又はブリスタの発生を十分に抑制することができないという未だ解決すべき課題が残存していた。

本発明の目的は、貼合せ法によるＳＯＩ基板を製造する方法、特にスマートカット法によるＳＯＩ基板を製造する方法において、有機物やパーティクルによるボイド又はブリスタの発生を著しく抑制できるＳＯＩ基板の製造方法及びこの方法により製造されたＳＯＩ基板を提供することにある。

請求項１に係る発明は、図１に示すように、ＳＯＩ層１１ｃとなる第１半導体基板１１に酸化膜１１ａを形成し、この基板１１に貼合わされ支持基板となる第２半導体基板１２の両基板１１，１２をそれぞれ洗浄し、第１半導体基板１１を酸化膜１１ａを介して第２半導体基板１２に重ね合せて積層体１３を形成した後に、第１半導体基板１１を薄膜化してＳＯＩ層１１ｃを形成するＳＯＩ基板の製造方法の改良である。
その特徴ある点は、第１半導体基板１１及び第２半導体基板１２の洗浄及び重ね合せを行う場所の雰囲気における相対湿度が２５℃換算で４６〜６０％であることを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法である。

この請求項１に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、洗浄及び重ね合せを行う場所である洗浄装置１７（図３）内及びクリーンルーム１６（図３）の雰囲気の相対湿度を２５℃換算で４６％以上に制御するので下記の１〜３の理由により第１及び第２半導体基板１１，１２表面へのパーティクル等の付着を抑制することができる。これにより得られたＳＯＩ基板１０におけるボイド又はブリスタの発生を抑制することができる。
第１の理由は、第１及び第２半導体基板１１，１２自体から発生した静電気が空気中の水分を伝って逃げる。これにより、第１及び第２半導体基板１１，１２の静電気の帯電量が小さくなり、第１及び第２半導体基板１１，１２表面へのパーティクルの付着を抑制することができる。
第２の理由は、クリーンルーム１６（図３）環境にわずかに存在し、炭素数が多いために比較的分極しやすいジブチルヒドロキシトルエン分解物（ＢＨＴ）、テトラフルオロシラン、カプロラクタム等の高分子有機物の第１及び第２半導体基板１１，１２表面への付着を静電気の帯電量を小さくすることで抑制することができる。

第３の理由は、相対湿度が２５℃換算で４６〜６０％であるため、洗浄中第１及び第２半導体基板１１，１２表面に洗浄を行う場所の雰囲気中のＨ₂Ｏが付着することで第１及び第２半導体基板１１，１２表面の水素結合数を増加し貼合せ結合力が大きくなり、洗浄完了時には第１及び第２半導体基板１１，１２表面に自然酸化膜が生成された親水性状態になる。第１及び第２半導体基板１１，１２の洗浄処理は、薬液による洗浄、純水によるリンス、続いて乾燥が行われる。第１及び第２半導体基板１１，１２を乾燥させる方法としてはスピン乾燥、蒸気乾燥、ガス吹付け乾燥、真空乾燥、赤外乾燥、熱風乾燥、加熱乾燥等がある。これらの乾燥方法の中で特に一般的な乾燥方法として例えばランプを用いて加熱乾燥を行うと、第１及び第２半導体基板１１，１２表面に付着したＨ₂Ｏの一部が蒸発するため、第１及び第２半導体基板１１，１２表面の親水性状態が失われる。しかし第１及び第２半導体基板１１，１２の重ね合せを行う場所であるクリーンルーム１６（図３）の雰囲気を高湿度に保持することで第１及び第２半導体基板１１，１２表面から蒸発したＨ₂Ｏの補完を行って、親水性状態を保つことができる。この親水性状態はゴミ等のパーティクルが第１及び第２半導体基板１１，１２表面に付着するのを防止することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、第１半導体基板１１に酸化膜１１ａが形成され、酸化膜１１ａの形成された第１半導体基板１１にイオン注入して第１半導体基板１１内部にイオン注入領域１１ｂを形成する工程を更に含み、ＳＯＩ層１１ｃの形成が積層体１３を熱処理によりイオン注入領域１１ｂで分離することにより行われるＳＯＩ基板の製造方法である。
グラインドバック法により作製されるＳＯＩ基板は結合熱処理後に研磨するためＳＯＩ基板の上部を構成する第１半導体基板の剛性が強く、接合面に閉じ込められた有機物が少量であれば気化によりガス化してもボイド又はブリスタを形成せずに拡散して消滅する。一方、スマートカット法により作製されるＳＯＩ基板１０は、剥離熱処理後のＳＯＩ層１１ｃの厚さが１μｍ以下であるためＳＯＩ基板１０の上部を構成する第１半導体基板１１の剛性が弱く、重ね合せ前の第１及び第２半導体基板１１，１２表面にパーティクル又は有機物が付着することによるボイド又はブリスタの発生率が高い。
このスマートカット法では、剥離熱処理により積層体１３をイオン注入領域１１ｂで分離して、第２半導体基板１２より薄いＳＯＩ層１１ｃが酸化膜１１ａ上に形成されるため、この剥離熱処理時において、接合面に存在する有機物又はパーティクルが膨張しようとする。このため第２半導体基板１２より薄くて機械的強度の低い酸化膜１１ａ及びＳＯＩ層１１ｃが上記膨張力により変形して、上記第１及び第２半導体基板１１，１２重ね合せ面に剥離部分が生じ、貼合せ欠陥が発生しやすい。

この請求項２に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、洗浄及び重ね合せを行う場所の雰囲気における相対湿度を２５℃換算で４６〜６０％に制御することにより、第１及び第２半導体基板１１，１２表面への有機物の付着を防止し、ボイド又はブリスタの発生を抑制することができる。また、貼合せ結合力が向上したため、接合面に有機物又はパーティクルが存在し結合熱処理時に膨張しようとしても、第２半導体基板１２とともに、酸化膜１１ａやＳＯＩ層１１ｃが上記膨張力を抑え込むので、第１及び第２半導体基板１１，１２重ね合せ面に剥離部分を発生させずに第２半導体基板１２に酸化膜１１ａを介してＳＯＩ層１１ｃをほぼ完全に貼合せることができる。よっていわゆるスマートカット法であっても上記第１及び第２半導体基板１１，１２重ね合せ面に剥離部分が生じず貼合せ欠陥が発生しない。

請求項３に係る発明は、図１に示すように、上記請求項１ないし２のいずれか１項に記載の方法で製造されたＳＯＩ基板である。
この請求項３に記載されたＳＯＩ基板は、有機物やパーティクルによるボイド又はブリスタの発生が著しく抑制されたものとなる。

以上述べたように、本発明によれば有機物除去フィルタを設置するよりも安価に、有機物やパーティクルによるボイド又はブリスタの発生が抑制されたＳＯＩ基板を作製することができる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明のＳＯＩ基板の製造方法は、ＳＯＩ層１１ｃとなる第１シリコン基板１１又はこの基板１１に酸化膜１１ａを形成する酸化膜形成工程（図１（ｂ））と、この第１シリコン基板１１にイオンを注入して第１シリコン基板１１内部にイオン注入領域１１ｂを形成するイオン注入工程（図１（ｃ））と、第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２をそれぞれ洗浄する洗浄工程（図１（ｃ）〜（ｅ））と、第１シリコン基板１１を第２シリコン基板１２に酸化膜１１ａを介して重ね合せることにより積層体１３を形成する積層体形成工程（図１（ｅ））と、第１シリコン基板１１をイオン注入領域１１ｂで分離し第２シリコン基板１２上に酸化膜１１ａを介して薄膜の単結晶からなるＳＯＩ層１１ｃを形成するＳＯＩ層形成工程（図１（ｆ））と、ＳＯＩ基板１０を所定の条件及び所定の温度に所定の時間保持する結合熱処理工程（図１（ｇ））とを含む。

このＳＯＩ基板の製造方法を各工程別に以下に説明する。
＜酸化膜形成工程＞
図１（ａ）及び（ｄ）に示すように、この工程では、第１シリコン基板１１を熱酸化することにより第１シリコン基板１１の表面に酸化膜１１ａ（ＳｉＯ₂膜）を形成する。第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２はチョクラルスキー法で製造される。図１（ｂ）に示すように、酸化膜の形成は、この単結晶シリコンからなる第１シリコン基板１１を９００℃以上の高温で熱酸化させることにより行われ、この実施の形態では第１シリコン基板１１の全表面に絶縁膜である酸化膜（ＳｉＯ₂膜）１１ａを形成する。上記酸化膜１１ａの厚さは５０〜３００ｎｍ、好ましくは１００〜２００に形成される。ここで、酸化膜１１ａの厚さを５０〜３００ｎｍの範囲に限定したのは、５０ｎｍ未満では高温の貼合せ処理においてボイドが消滅しにくく貼合せ歩留まりが低下するからであり、３００ｎｍを越えると酸化膜１１ａの均一性がデバイス要求より劣化し、また通常のイオン注入機の加速電圧では酸化膜１１ａを介してのイオン注入の深さが不十分なために必要なＳＯＩ層１１ｃの膜厚（２０〜１００ｎｍ）が得られないからである。なお、上記酸化膜１１ａ（ＳｉＯ₂膜）を熱酸化ではなくＣＶＤ法により第１シリコン基板１１の表面にのみ形成してもよい。なお、上記酸化膜１１ａ（ＳｉＯ₂膜）を熱酸化ではなくＣＶＤ法により形成してもよい。また、この実施の形態では、第１シリコン基板１１のみに酸化膜１１ａを形成したが、第１及び第２シリコン基板１１，１２の双方に酸化膜１１ａを形成してもよい。

＜イオン注入工程＞
図１（ｃ）に示すように、この工程では、酸化膜１１ａが形成され、その酸化膜１１ａ上の第１主面１１ａにイオンを注入して、第１シリコン基板１１内部にその酸化膜１１ａに平行なイオン注入領域１１ｂを形成する。具体的に説明すると、この全面に酸化膜１１ａが形成された第１シリコン基板１１に第１主面１１ｄ側から水素ガスイオン（Ｈ⁺）をドーズ量を５．０×１０¹⁶／ｃｍ²以上でイオン注入する（図１（ｃ））。なお、水素分子イオン（Ｈ₂ ⁺）の場合には、水素ガスイオンの場合の約２分の１の注入量が必要である。また、イオン注入領域１１ｂの厚さは２００〜１２００ｎｍ、好ましくは５００〜７００ｎｍに設定される。ここで、イオン注入領域１１ｂの厚さを２００〜１２００ｎｍに限定したのは、２００ｎｍ未満では、分離熱処理後に欠陥が発生し易くなり、１２００ｎｍを越えると通常のイオン注入ではそれ以上の深さで注入できないからである。このイオン注入領域１１ｂは水素分子イオン又は水素ガスイオンの注入により第１シリコン基板１１内部に酸化膜１１ａと平行に形成される、即ち第１主面１１ｄと平行に形成される。
なお、この実施の形態では、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。

＜洗浄工程＞
図示しない図１（ｃ）〜（ｅ）の間におけるこの工程では、上記第１シリコン基板１１と上記第２シリコン基板１２をそれぞれ相対湿度４６〜６０％の雰囲気中でＲＣＡ法により洗浄する。
この洗浄は図３に示すように、まず第１半導体基板１１（図１）と第２半導体基板１２（図１）がそれぞれ、クリーンルーム１６から洗浄装置１７の搬入口１８から搬入台２２へ搬入することにより開始される。次に洗浄装置１７内部に一列に並んだ洗浄槽を両基板１１，１２がそれぞれＳＣ−１洗浄槽２３、リンス槽２４、ＳＣ−２洗浄槽２５、リンス槽２６の順で搬送され洗浄される。続いて乾燥装置２７に搬送され乾燥が行われ、取出台２８まで洗浄装置１７内を搬送される。取出口１９を作業者２０が開扉し第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２はそれぞれ洗浄装置１７内からクリーンルーム１６へ搬送される。この開扉時にクリーンルーム１６のクリーンエア２１が洗浄装置１７内へ流れ込む。

具体的に説明すると、２５℃換算で相対湿度４６〜６０％の雰囲気に制御したクリーンルーム１６内に洗浄装置１７を設置する。上記イオン注入工程を経た第１シリコン基板１１（図１）をイオン注入装置から雰囲気中の相対湿度が４６〜６０％に制御されたクリーンルーム１６の中を洗浄装置１７の搬入口１８を開扉して搬入台２２まで搬送される。その後、酸化性雰囲気に制御された洗浄装置１７内において第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２（図１）に対してそれぞれＲＣＡ法と呼ばれる水酸化アンモニウムと過酸化水素水の混合液を用いたＳＣ−１洗浄槽２３と塩化水素と過酸化水素水の混合液を用いたＳＣ−２洗浄槽２５という２つの洗浄槽において２段階の薬液処理より洗浄が行われる。また、第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２はそれぞれＳＣ−１洗浄槽２３とＳＣ−２洗浄槽２５の間及びＳＣ−２洗浄槽２５の後に、第１及び第２シリコン基板１１，１２表面に付着している薬液を除去するためにリンス槽２４、２６において純水でリンスされる。リンス槽２６における純水によるリンスの後に続いて乾燥装置２７においてランプによる加熱乾燥が行われ、第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２はそれぞれ洗浄装置の取出台２８まで移送される。その後、作業者２０により取出口１９が開扉されることで第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２が洗浄装置１７から取り出されクリーンルーム１６内に設置されている貼合せ装置へ搬送される。

酸化性雰囲気下、ＲＣＡ法により洗浄することで、洗浄した第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２の基板表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。またこの洗浄工程の洗浄方式は、洗浄槽に第１及び第２シリコン基板１１，１２を浸漬するディッピング方式又は第１及び第２シリコン基板１１，１２に洗浄液を吹付ける洗浄液噴射方式のどちらにでも適用できる。この洗浄装置１７内雰囲気の相対湿度は、洗浄液が第１及び第２シリコン基板１１，１２に直接触れる部分を除き、２５℃換算で４６〜６０％、好ましくは５０〜６０％である。相対湿度を４６〜６０％に限定したのは、４６％未満では、図４及び図５に示すようなボイド４又はブリスタ５発生の抑制効果が小さく、６０％を越えると、クリーンルーム１６内の雰囲気中に存在する硫化酸化物（ＳＯｘ−）又は窒素酸化物等（ＮＯｘ−）のイオンが、同じく雰囲気中に存在する水（Ｈ₂Ｏ）と反応し酸となって基板表面に面荒れの一種であるヘイズ（曇り）を発生させ、歩留まりが低下する。また何らかの影響でクリーンルーム１６の温度が下がった場合、クリーンルーム１６内に設置している装置に結露して電気的トラブルが発生する危険性が高い。

＜積層体形成工程＞
図１（ｅ）に示すように、この工程では、上記第１シリコン基板１１を第１主面１１ｄの酸化膜１１ａを介して第２シリコン基板１２に相対湿度４６〜６０％の雰囲気中、室温で重ね合せて積層体１３を形成する（図（ｅ））。具体的には、上記洗浄装置１７（図３）の取出口１９（図３）から第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２が、相対湿度が２５℃換算で４６〜６０％の雰囲気に制御されているクリーンルーム１６（図３）内に設置されている貼合せ装置へ搬送され、上記雰囲気中、室温で、第１シリコン基板１１が第１主面１１ｄの酸化膜１１ａを介して第２シリコン基板１２上へ重ね合わせられる。

洗浄後の第１及び第２シリコン基板１１，１２を回収するために作業者２０（図３）が取出口１９（図３）のドアを開けた場合、クリーンルーム１６（図３）側のクリーンエア２１（図３）を取出口１９から洗浄装置１７（図３）内へ吸い込むように設計されていても、クリーンルーム１６雰囲気中の相対温度及び洗浄装置１７内の相対温度がともに４６〜６０％と高いため、静電気の帯電を小さくすることができ、クリーンルーム１６内に設置している装置や作業者２０に付着する有機物、ゴミ等のパーティクルを低減させることができ、その結果、第１及び第２シリコン基板１１，１２表面に付着することを抑制させることができる。

＜ＳＯＩ層形成工程＞
図１（ｆ）に示すように、この工程では、積層体１３を所定の温度で熱処理して第１シリコン基板１１をイオン注入領域１１ｂで分離して第２シリコン基板１２上に酸化膜１１ａを介して薄膜の単結晶からなるＳＯＩ層１１ｃを形成する。具体的に説明すると、積層体１３を炉に入れて４５０〜８００℃の範囲、好ましくは５００〜７００℃に昇温し、この温度範囲に１〜６０分間、好ましくは１０〜３０分間保持して剥離熱処理を行う。なお上記熱処理時の炉内雰囲気は窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気である。これにより第１シリコン基板１１が水素イオン注入ピーク位置に相当するイオン注入領域１１ｂのところで割れて、酸化膜１１ａを介してＳＯＩ層１１ｃが積層された第２シリコン基板１２からなるＳＯＩ基板１０を得ることができる。

＜結合熱処理工程＞
図１（ｇ）に示すように、この工程では、ＳＯＩ基板１０を所定の温度で熱処理して、第２シリコン基板１２とその上に積層された酸化膜１１ａ及びＳＯＩ層１１ｃの接合を強化する。具体的に説明すると、ＳＯＩ基板１０を不活性ガス雰囲気中で１０００〜１３００℃、好ましくは１１００〜１２００℃の温度に、１〜３時間、好ましくは１〜２時間保持する。この結合熱処理の温度を１０００〜１３００℃の範囲に限定したのは、１０００℃未満では貼合せ面の接合が不十分であり、１３００℃を越えるとスリップ転移が発生するという不具合が生じるからである。この結合熱処理は高温で行われるため、貼合せ面に有機物又はパーティクルが存在すると、この有機物又はパーティクルが膨張しようとする。しかし高湿度にすることにより接合力が高められているため、基板の接合面に存在するパーティクルが膨張しようとしても、比較的厚く機械的強度の高い第２シリコン基板１２とともに、酸化膜１１ａやＳＯＩ層１１ｃが上記膨張力を抑え込むので、上記重ね合せ面に剥離部分を発生させずに第２シリコン基板１２に酸化膜１１ａを介してＳＯＩ層１１ｃをほぼ完全に貼合せることができる。この結果、接合面に有機物又はパーティクルが存在しても、この有機物又はパーティクルはボイドやブリスタ等の貼合せ欠陥になりにくい。

また、上述した実施の形態では、表面に酸化膜が形成されていない第２シリコン基板１２上に第１シリコン基板１１を重ね合せる例を示したが、第２シリコン基板１２の表面に酸化膜を形成する工程を別に設け、表面に酸化膜が形成された第２シリコン基板１２に第１シリコン基板１１を重ね合せて積層体１３を形成するようにしてもよい。
なお、上記実施形態では、半導体としてシリコンを挙げたが、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、Ｇｅ等の半導体にも適用できる。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１に示すように、先ず直径が３００ｍｍであり、抵抗率が１〜１０ΩｃｍであるＰ型シリコンウェーハからなる第１シリコン基板と第２シリコン基板とをそれぞれ準備した。次いで第１シリコン基板を乾燥した酸素雰囲気中で１０５０℃に４時間保持する熱処理を行い、第１シリコン基板表面全体に、０．１５μｍ（１５００Å）の酸化膜を形成した。その後第１シリコン基板の第１主面に５０ｋｅＶの注入エネルギで水素ガスイオン（Ｈ⁺）６×１０¹⁶／ｃｍ²のドーズ量でイオン注入し、第１シリコン基板の内部にイオン注入領域を形成した。次に洗浄及び重ね合せを行う洗浄装置及び貼合せ装置が設置されているクリーンルームの雰囲気及び洗浄装置内の雰囲気が２５℃換算で相対湿度４６％に制御した雰囲気中、第１シリコン基板と第２シリコン基板を洗浄した後、第１シリコン基板の第１主面側の酸化膜が第２シリコン基板に密着するように、第１シリコン基板を第２シリコン基板に重ね合せることにより、積層体を形成した。この積層体を熱処理炉に収容し、この炉内を窒素（Ｎ₂）ガス雰囲気中で５００℃に昇温し、３０分間保持することにより、積層体をイオン注入領域で分離した。これにより酸化膜を介してＳＯＩ層が積層された第２シリコン基板からなるＳＯＩ基板を得た。このＳＯＩ基板を実施例１とした。

＜実施例２＞
洗浄及び重ね合せを行う洗浄装置及び貼合せ装置が設置されているクリーンルームの雰囲気が２５℃換算で相対湿度５０％に制御した雰囲気であることを除き、実施例１と同様にしてＳＯＩ基板を得た。このＳＯＩ基板を実施例２とした。
＜実施例３＞
洗浄及び重ね合せを行う洗浄装置及び貼合せ装置が設置されているクリーンルームの雰囲気が２５℃換算で相対湿度５５％に制御した雰囲気であることを除き、実施例１と同様にしてＳＯＩ基板を得た。このＳＯＩ基板を実施例３とした。
＜実施例４＞
洗浄及び重ね合せを行う洗浄装置及び貼合せ装置が設置されているクリーンルームの雰囲気が２５℃換算で相対湿度６０％に制御した雰囲気であることを除き、実施例１と同様にしてＳＯＩ基板を得た。このＳＯＩ基板を実施例４とした。

＜比較例１＞
洗浄及び重ね合せを行う洗浄装置及び貼合せ装置が設置されているクリーンルームの雰囲気が２５℃換算で相対湿度２０％に制御した雰囲気であることを除き、実施例１と同様にしてＳＯＩ基板を得た。このＳＯＩ基板を比較例１とした。
＜比較例２＞
洗浄及び重ね合せを行う洗浄装置及び貼合せ装置が設置されているクリーンルームの雰囲気が２５℃換算で相対湿度２５％に制御した雰囲気であることを除き、実施例１と同様にしてＳＯＩ基板を得た。このＳＯＩ基板を比較例２とした。
＜比較例３＞
洗浄及び重ね合せを行う洗浄装置及び貼合せ装置が設置されているクリーンルームの雰囲気が２５℃換算で相対湿度３０％に制御した雰囲気であることを除き、実施例１と同様にしてＳＯＩ基板を得た。このＳＯＩ基板を比較例３とした。

＜比較例４＞
洗浄及び重ね合せを行う洗浄装置及び貼合せ装置が設置されているクリーンルームの雰囲気が２５℃換算で相対湿度３５％に制御した雰囲気であることを除き、実施例１と同様にしてＳＯＩ基板を得た。このＳＯＩ基板を比較例４とした。
＜比較例５＞
洗浄及び重ね合せを行う洗浄装置及び貼合せ装置が設置されているクリーンルームの雰囲気が２５℃換算で相対湿度４０％に制御した雰囲気であることを除き、実施例１と同様にしてＳＯＩ基板を得た。このＳＯＩ基板を比較例５とした。
＜比較例６＞
洗浄及び重ね合せを行う洗浄装置及び貼合せ装置が設置されているクリーンルームの雰囲気が２５℃換算で相対湿度７０％に制御した雰囲気であることを除き、実施例１と同様にしてＳＯＩ基板を得た。このＳＯＩ基板を比較例６とした。

＜比較試験及び評価＞
実施例１〜４及び比較例１〜６のＳＯＩ基板の表面の外観を目視で観察し、サイズ１ｍｍ以上の大きさのボイド又はブリスタ等の貼合せ欠陥の個数を数えた。貼合せ欠陥の一種であるボイド、ブリスタのサイズは１〜２０ｍｍと大きく、基板表面は鏡面状態のため特別な装置を用いずとも目視にて確認できる。また、貼合せ歩留まりの定義として、基板の外周端から基板中心に向かって幅５ｍｍの範囲に存在する貼合せ欠陥を除外し、除外した範囲以外の基板表面上に存在する１ｍｍ以上の大きさの貼合せ欠陥が１個も発生していない基板の枚数を試験に使用した全基板枚数で割った値とした。この結果を図２に現す。

図２から明らかなように、クリーンルームの相対湿度が２０〜４０％及び７０％である比較例１〜６の貼合せ歩留まりは５〜３０％と低い数値の範囲であったのに対し、クリーンルームの相対湿度が４６〜６０％である実施例１〜４の貼合せ歩留まりは５０〜７６％と高い数値の範囲であった。実施例１〜４の結果から洗浄及び重ね合わせを行う場所の雰囲気中の相対湿度を４６〜６０％に制御することで、ボイドの発生が抑制されることが判った。

本発明実施形態のＳＯＩ基板の製造方法を工程順に示す図である。実施例及び比較例のクリーンルーム相対湿度と貼合せ歩留まりの関係を示すグラフである。クリーンルーム内と洗浄装置についての平面図である。基板の一部に現れた貼合せ欠陥であるボイドの断面図である。基板の一部に現れた貼合せ欠陥であるブリスタの断面図である。

符号の説明

１０ＳＯＩ基板
１１第１シリコン基板（第１半導体基板）
１１ａ酸化膜
１１ｂイオン注入領域
１１ｃＳＯＩ層
１２第２シリコン基板（第２半導体基板）
１３積層体

Claims

ＳＯＩ層(11c)となる第１半導体基板(11)に酸化膜(11a)を形成し、この基板(11)に貼合わされ支持基板となる第２半導体基板(12)の前記両基板(11,12)をそれぞれ洗浄し、前記第１半導体基板(11)を酸化膜(11a)を介して前記第２半導体基板(12)に重ね合せて積層体(13)を形成した後に、前記第１半導体基板(11)を薄膜化してＳＯＩ層(11c)を形成するＳＯＩ基板の製造方法において、
前記第１半導体基板(11)及び前記第２半導体基板(12)の洗浄及び重ね合せを行う場所の雰囲気における相対湿度が２５℃換算で４６〜６０％であることを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。
第１半導体基板(11)に酸化膜(11a)が形成され、前記酸化膜(11a)の形成された前記第１半導体基板(11)にイオン注入して第１半導体基板(11)内部にイオン注入領域(11b)を形成する工程を更に含み、ＳＯＩ層(11c)の形成が積層体(13)を熱処理により前記イオン注入領域(11b)で分離することにより行われる請求項１記載のＳＯＩ基板の製造方法。
請求項１ないし２のいずれか１項に記載の方法で製造されたＳＯＩ基板。