JP2012186292A - 貼り合わせウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、外部衝撃を付与する部分では熱処理による脆弱化が十分であるためテラス幅の広がりが生じず、一方で、他の剥離面では剥離しうる最小限の熱処理が実現され面粗れの少ない良質な薄膜層を有する貼り合わせウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】 イオン注入層形成工程と、貼り合わせ体形成工程と、熱処理工程と、剥離工程とを有する貼り合わせウェーハを製造する方法であって、少なくとも、前記熱処理工程において、前記貼り合わせ体の外周端に温度分布が生じるように熱処理を加え、前記剥離工程において、前記温度分布の中で最高温度を示す前記貼り合わせ体の端部に外部衝撃を付与することによって、前記イオン注入層を境界として前記ボンドウェーハを機械的に剥離し前記薄膜層を形成することを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、イオン注入をしたボンドウェーハをベースウェーハと貼り合わせ、イオン注入層で剥離する貼り合わせウェーハの製造方法に関する。

デバイス世代が進むにつれ、高性能化トレンド目標を満たす為には、従来のバルクシリコンウェーハを用いたスケーリング効果だけでは対応できず、新たなデバイス構造が必要とされ、その出発原料として貼り合わせウェーハ、特にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハが着目されている。さらに、ＳＯＩウェーハを使用したデバイスの種類の広がりから、ＳＯＩ層の厚さと共に、埋め込み酸化膜の厚さについても、幅広い範囲での要求がある。

ＳＯＩウェーハの作製方法には、貼り合わせ法、ＳＩＭＯＸ法（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ法）などがあるが、薄いＳＯＩ層の作製においては、幅広い膜厚範囲でのＳＯＩ作製の柔軟性の観点から、貼り合わせ法の一つとしてイオン注入剥離法が知られている。この方法には、ボンドウェーハにイオン注入をして貼り合わせた後に、３５０℃よりも高温にて熱処理を施すことによりイオン注入層でボンドウェーハを剥離して薄膜層を形成する熱剥離法（スマートカット（登録商標）法とも呼ばれる。）と、熱処理のみでは剥離が発生しない熱処理条件（例えば、３５０℃以下の低温熱処理）にて熱処理することでイオン注入層を脆弱化して、その後室温にて貼り合わせ体の貼り合わせ面付近の端部に、例えばクサビ状部材を挿入することを起点として機械的にボンドウェーハを剥離して薄膜層を形成する室温機械剥離法（ｒＴ−ＣＣＰ、ＳｉＧｅｎ法とも呼ばれる）とがある（特許文献１、特許文献２）。

このようなイオン注入をして剥離する方法においては、イオン注入のドーズ量と熱処理条件（熱処理温度や時間）との組み合わせにより、ボンドウェーハ剥離後の薄膜層の面粗さが異なる。室温機械剥離法においては、イオン注入のドーズ量を一定とした場合には、熱処理の温度が低く時間が短い方が剥離後の薄膜層の面粗さは良くなる。その一方で、熱処理の温度が低すぎたり時間が短すぎたりすると、ボンドウェーハ自体の剥離が実現されない。従って、剥離直後の薄膜層の剥離面の面粗さ向上という観点においては、ボンドウェーハの剥離を実現しうる最小限の熱処理を加えることが、熱処理条件を選択する上で理想的である。

特開２００８−３００６６０号公報 特開２００８−２７７５５２号公報

しかしながら、従来の室温機械剥離法では、クサビを挿入する貼り合わせ体の端部においてイオン注入層がある程度脆弱化されていることが必要であり、これが不十分である場合にはイオン注入層でボンドウェーハが剥離する代わりに貼り合わせ面にて剥れが生じる。その結果として、貼り合わせウェーハの端での未結合部であるテラス幅が広がるという問題が発生していた。しかし、ボンドウェーハ全体としては、一端剥離が開始すれば面全体的には剥離は実現される。

その一方で、クサビ挿入部にてテラスの幅の広がりが生じない十分な温度で貼り合わせ体を熱処理すると、テラス部よりも内側では過分な熱処理量が加えられてしまうため、ボンドウェーハ剥離後の薄膜層の面粗さが悪化するという問題が発生する。このように、クサビ挿入部（剥離の起点）でのテラス幅の広がりを回避できる必要最小限の熱処理量と、外部衝撃での剥離に必要な最小限の熱処理量は異なり、従来のような均一な熱処理では両者の必要最小限な熱処理は両立しないという問題があった。そのため、従来の室温機械剥離法による剥離直後の貼り合わせウェーハは、クサビ挿入部にてテラスの幅の広がりが見られたり、剥離面の面粗さの悪化が見られたりすることが問題であった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、外部衝撃で剥離しうる最小限の熱処理量で熱処理しながらも、同時に剥離の起点においてテラス幅の広がりを回避できる必要最小限の熱処理をすることで、外部衝撃を付与する部分におけるテラス幅の広がりが生じず、一方で、他の剥離面では面粗れの少ない良質な薄膜層を形成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。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ボンドウェーハに表面から水素イオンまたは希ガスイオン或いはこれらの両方を注入してイオン注入層を形成するイオン注入層形成工程と、
前記ボンドウェーハのイオン注入した面と、ベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して、或いは直接密着させて貼り合わせ体を形成する貼り合わせ体形成工程と、
該貼り合わせ体に対し前記イオン注入層において剥離が発生しない温度の熱処理を加えて前記イオン注入層を脆弱化する熱処理工程と、
前記貼り合わせ体の貼り合わせ面付近の端部に外部衝撃を付与することによって、前記イオン注入層を境界として前記ボンドウェーハを機械的に剥離し、薄膜層を形成する剥離工程とを有する貼り合わせウェーハを製造する方法であって、少なくとも、
前記熱処理工程において、前記貼り合わせ体の外周端に温度分布が生じるように熱処理を加え、
前記剥離工程において、前記温度分布の中で最高温度を示す前記貼り合わせ体の端部に外部衝撃を付与することによって、前記イオン注入層を境界として前記ボンドウェーハを機械的に剥離し前記薄膜層を形成する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。

このような熱処理工程により、外部衝撃で剥離しうる最小限の熱処理量で熱処理しながらも、外周端においてイオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分（外周端の温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体の端部）を形成することができ、剥離工程においてこのイオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分（外周端の温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体の端部）に外部衝撃の付与を行うことで、外部衝撃を付与する部分におけるテラス幅の広がりが生じず、一方で、他の剥離面では面粗れの少ない良質な薄膜層を形成することができる貼り合わせウェーハの製造方法となる。また、このように面粗れの少ない良質な薄膜層を形成することができる貼り合わせウェーハの製造方法であれば、その後の剥離面を平坦にする処理（高温熱処理、研磨など）の軽減化が可能となり、薄膜層の膜厚分布の悪化を抑制することもできる貼り合わせウェーハの製造方法となる。

また、前記熱処理工程において、貼り合わせ体に生じさせる温度分布が予め分かっている炉、又は貼り合わせ体に温度分布を生じさせる機構を持つ炉を使用して、貼り合わせ体の外周端に温度分布が生じるように熱処理を加えることが好ましい。

このような炉を用いて熱処理をすることで、外部衝撃で剥離しうる最小限の熱処理量で熱処理しながらも、外周端においてイオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分（外周端の温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体の端部）をより効率よく形成することができるため好ましい。

さらに、前記貼り合わせ体形成工程前に、ボンドウェーハのイオン注入した面と、ベースウェーハの貼り合わせる面の少なくとも一方にプラズマ活性化処理を行う活性化処理工程を有することが好ましい。

このような活性化処理工程を行うことで、ボンドウェーハのイオン注入した面又はベースウェーハの貼り合わせる面はＯＨ基が増加するなどして活性化するため、続く貼り合わせ体形成工程では、水素結合等によりボンドウェーハとベースウェーハをより強固に貼り合わせることができるため好ましい。

また、前記熱処理工程において、貼り合わせ体の温度が２００℃以上３５０℃以下になるように設定して熱処理を加えることが好ましい。

このように、２００℃以上であれば脆弱化が十分で機械的剥離が容易になり、一方で、３５０℃以下では、熱処理のみでの剥離の発生を抑制でき剥離面の面粗さの悪化を抑制できるため好ましい。

さらに、前記熱処理工程において、外周端の温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体の端部では、該温度分布の中で最低温度を示す貼り合わせ体の端部よりも２５℃以上高い温度となるように熱処理することが好ましい。

このような温度差があれば、外部衝撃で剥離しうる最小限の熱処理量で熱処理しながらも、外周部においてイオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分（外周端の温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体の端部）をより効率よく形成することができるため好ましい。

また、前記剥離工程において、貼り合わせ体の貼り合わせ面付近の端部にクサビ状部材を挿入することで外部衝撃を付与することが好ましい。

このように、クサビ状部材を用いてボンドウェーハを剥離することで、外部衝撃を付与する部分におけるテラス幅の広がりをより回避でき、他の剥離面では面粗れの少ない一層良質な薄膜層を形成することができるため好ましい。

以上説明したように、本発明による貼り合わせウェーハの製造方法であれば、外部衝撃で剥離しうる最小限の熱処理量で熱処理しながら、イオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分（外周端の温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体の端部）を形成することができ、剥離工程においてこのイオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分に外部衝撃の付与を行うことで、外部衝撃を付与する部分におけるテラス幅の広がりが生じず、一方で、他の剥離面では面粗れの少ない良質な薄膜層を形成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ができる。また、このように面粗れの少ない良質な薄膜層を形成することができる貼り合わせウェーハの製造方法であれば、その後の剥離面を平坦にする処理（高温熱処理、研磨など）の軽減化が可能となり、薄膜層の膜厚分布の悪化を抑制し、コストの低減をすることもできる貼り合わせウェーハの製造方法となる。

本発明の貼り合わせウェーハの製造方法のフローの一例を示す図である。 剥離工程を説明するための概略断面図である。 （ａ）実施例１及び比較例１〜２において外部衝撃（クサビ）を付与した部分を示す貼り合わせ体の上面図であり、（ｂ）実施例１及び比較例１〜２における熱処理時の外周端の温度分布及び外部衝撃（クサビ）を付与した部分を示す表である。

以下、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明者らは、鋭意検討を行った結果、貼り合わせ体の外周端に温度分布が生じるように熱処理を行うことで、外部衝撃で剥離しうる最小限の熱処理量で熱処理しながらも、イオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分（外周端の温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体の端部）を形成することができることを見出し、また、剥離工程においてこのイオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分に外部衝撃の付与を行うことで、外部衝撃を付与する部分におけるテラス幅の広がりが生じず、一方で、他の剥離面では面粗れの少ない良質な薄膜層を形成することができることを見出して、本発明を完成させた。以下、本発明について更に詳細に説明する。

本発明では、ボンドウェーハに表面から水素イオンまたは希ガスイオン或いはこれらの両方を注入してイオン注入層を形成するイオン注入層形成工程と、
前記ボンドウェーハのイオン注入した面と、ベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して、或いは直接密着させて貼り合わせ体を形成する貼り合わせ体形成工程と、
該貼り合わせ体に対し前記イオン注入層において剥離が発生しない温度の熱処理を加えて前記イオン注入層を脆弱化する熱処理工程と、
前記貼り合わせ体の貼り合わせ面付近の端部に外部衝撃を付与することによって、前記イオン注入層を境界として前記ボンドウェーハを機械的に剥離し、薄膜層を形成する剥離工程とを有する貼り合わせウェーハを製造する方法であって、少なくとも、
前記熱処理工程において、前記貼り合わせ体の外周端に温度分布が生じるように熱処理を加え、
前記剥離工程において、前記温度分布の中で最高温度を示す前記貼り合わせ体の端部に外部衝撃を付与することによって、前記イオン注入層を境界として前記ボンドウェーハを機械的に剥離し前記薄膜層を形成する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。

次に、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法の各工程について図１、図２を参照して詳細に説明する。

［ボンドウェーハ及びベースウェーハ］
本発明で用いるボンドウェーハ１及びベースウェーハ４は、一般的に貼り合わせウェーハの製造に用いられるウェーハであれば特に限定されず、本発明の方法によりＳＯＩウェーハを作製する場合にはボンド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でき、また化合物半導体ウェーハなどを用いることもできる。また、ボンドウェーハ及びベースウェーハは、鏡面研磨ウェーハであることが好ましい（図１（ａ））。

［薄膜層］
本発明にかかる薄膜層は、貼り合わせ体の貼り合わせ面付近の端部に外部衝撃を付与することによって、前記イオン注入層を境界として前記ボンドウェーハを機械的に剥離して形成されたものである。

［絶縁膜形成工程］
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法では、ボンドウェーハ１及びベースウェーハ４のいずれか一方又は両方に絶縁膜形成工程を行うことができ、ボンドウェーハ１及びベースウェーハ４の一方又は両方に絶縁膜２を形成することができる（図１（ｂ））。絶縁膜２としては特に制限されないが、ボンドウェーハ又はベースウェーハがシリコン単結晶ウェーハであるときはシリコン酸化膜を形成することが好ましい。ここで形成された絶縁膜は貼り合わせウェーハとなったときに絶縁層（埋め込み絶縁層）２’となることができる（図１（ｉ）参照）。もちろん、絶縁膜を形成せず、ボンドウェーハとベースウェーハを直接貼り合わせることもできる。

［イオン注入層形成工程］
本発明にかかるイオン注入層形成工程は、ボンドウェーハ１に表面から水素イオンまたは希ガスイオン或いはこれらの両方を注入してイオン注入層３を形成する工程である（図１（ｃ）参照）。イオン注入層形成工程前に前記の絶縁膜形成工程を行った場合には、絶縁膜２が形成されたボンドウェーハ１に絶縁膜を介して水素イオンまたは希ガスイオン或いはこれらの両方を注入することができる（図１（ｃ））。なお、イオン注入層形成工程と絶縁膜形成工程の順序はこれに限られず、絶縁膜形成工程をイオン注入層形成工程の後に行うことも可能である。イオン注入のドーズ量は熱処理工程の熱処理量に応じて決定することができ、また、イオン注入層の深さは所望の薄膜層の厚さに応じて決定することができる。

［活性化処理工程］
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法では、前記貼り合わせ体形成工程前に、ボンドウェーハ１のイオン注入した面と、ベースウェーハ４の貼り合わせる面の少なくとも一方にプラズマ活性化処理を行い、活性化処理面１ａ、４ａとする活性化処理工程を行うことができる（図１（ｄ）、（ｆ））。このような活性化処理工程を行うことで、ボンドウェーハ１のイオン注入した面、ベースウェーハ４の貼り合わせる面は、ＯＨ基が増加するなどして活性化する。活性化処理後、貼り合わせ体形成工程を行えば、水素結合等によりボンドウェーハ１とベースウェーハ４をより強固に貼り合わせることができるため好ましい。例えば、プラズマ活性化処理は、窒素プラズマ、室温、圧力０．４Ｔｏｒｒ（５３．３Ｐａ）、出力１００Ｗ、１５秒として行うことができる。

［貼り合わせ体形成工程］
本発明にかかる貼り合わせ体形成工程は、ボンドウェーハ１のイオン注入した面と、ベースウェーハ４の表面とを絶縁膜２を介して、或いは直接密着させて貼り合わせ体５を形成する工程である（図１（ｇ））。貼り合わせ体５の形成は室温で行うことができる。また、貼り合わせにはノッチ位置が揃うように自動貼り合わせ機を使用することもできる。

［熱処理工程］
本発明にかかる熱処理工程は、貼り合わせ体５に対し前記イオン注入層３において剥離が発生しない温度の熱処理を加えて前記イオン注入層３を脆弱化（脆弱化したイオン注入層３’）する工程であり、貼り合わせ体５の外周端に温度分布が生じるように熱処理を加える工程である（図１（ｈ））。これにより、外部衝撃で剥離しうる最小限の熱処理量で熱処理しながら、イオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分（外周端の温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体の端部）を形成することができる。剥離が発生しない温度の熱処理条件としては、イオン注入のドーズ量を固定して、様々な熱処理条件（温度、時間）で熱処理を行うことで、熱処理のみで剥離してしまう臨界条件を実験的に見出して、その臨界条件に達しない範囲で設定すればよい。具体的には、ドーズ量が４×１０^１６〜８×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の場合、２００〜３５０℃の温度とすることができる。このように、２００℃以上であれば脆弱化が十分で機械的剥離が容易になり、一方で、３５０℃以下では、熱処理のみでの剥離の発生を抑制でき剥離面の面粗さの悪化を抑制できるため好ましい。熱処理時間としては、３０分〜４時間の熱処理とすることができる。さらに、熱処理工程において、外周端の温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体の端部では、該温度分布の中で最低温度を示す貼り合わせ体の端部よりも２５℃以上高い温度となるように熱処理することが好ましい。このような温度差があれば、外部衝撃で剥離しうる最小限の熱処理量で熱処理しながらも、外周部においてイオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分をより効率よく形成することができるため好ましい。

熱処理工程においては、例えば、貼り合わせ体に生じさせる温度分布が予め分かっている炉、又は貼り合わせ体に温度分布を生じさせる機構、例えば、加熱ヒーターからの熱もしくは赤外線を部分的にさえぎる遮へい板をヒーターと貼り合わせ体との間に設置可能な機構などを持つ炉を使用して、貼り合わせ体の外周端に温度分布が生じるように熱処理を加えることが好ましい。炉内の温度分布は、例えば、中心部１点と外周部８点（４５度間隔）に熱電対を設置したウエーハを用いて測定することができる。このような炉を用いて熱処理をすることで、外部衝撃で剥離しうる最小限の熱処理量で熱処理しながらも、イオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分（外周端の温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体の端部）をより効率よく形成することができるため好ましい。これら熱処理炉の加熱手段は、抵抗加熱ヒーターであっても、ランプであってもよい。また、熱処理炉は、横型炉であっても、縦型炉であっても、枚様式であってもバッチ式であってもよい。雰囲気ガスは、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスであることが望ましく、同時に、酸素は含まないことが望ましい、または酸素が可能な限り低い分圧であることが望ましい。

［剥離工程］
本発明にかかる剥離工程は、貼り合わせ体５の貼り合わせ面付近の端部８に外部衝撃を付与することによって、脆弱化したイオン注入層３’を境界としてボンドウェーハ１を機械的に剥離し、薄膜層６を形成する工程であり、温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体５の端部に外部衝撃を付与することによって、脆弱化したイオン注入層３’を境界としてボンドウェーハ１を機械的に剥離し薄膜層６を形成する工程である（図１（ｉ）、図２）。このように前記熱処理工程後に温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体５の端部に外部衝撃を付与することによって、結合面１２で薄膜層６が剥離することを防ぎ、外部衝撃を付与する部分におけるテラス幅１３の広がりを回避することができ、剥離面１１では面粗れの少ない良質な薄膜層６を有することができる貼り合わせウェーハ７の製造方法となる（図１（ｉ）、図２）。

また、剥離工程において、剥離台１０上の貼り合わせ体５の貼り合わせ面付近の端部８にクサビ状部材９を挿入することで外部衝撃を付与することが好ましい（図２）。このように、クサビ状部材９を用いてボンドウェーハ１を剥離することで、一層効率よく、結合面１２で薄膜層６が剥離することを防ぎ、外部衝撃を付与する部分におけるテラス幅１３の広がりを回避することができ、剥離面１１では面粗れの少ない良質な薄膜層６を形成することができるため好ましい。

剥離工程では、熱処理した貼り合わせ体のイオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分（外周端の温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体の端部）に対してクサビが挿入されるように、貼り合わせ体の向きを揃えてから、剥離装置の剥離台の上に貼り合わせ体を載せることができる。この場合、剥離台に載せる前にノッチ位置を検出して貼り合わせ体の向きを整えるアライナーを持ち、自動で搬送する機構をもつ剥離装置を使用する場合においては、アライナーで剥離台に置く向きを予め設定することで、自動的にクサビを挿入する位置を熱分布の高温の部分に指定することができる。

剥離台１０の上では、クサビ挿入機構のクサビ状部材９の高さは貼り合わせ体の貼り合せ面付近の端部８にあわせたものを用いることができる（図２参照）。クサビの先端形状にて２枚のウェーハを互いに引き離すようにクサビがウェーハ外周部の端部より挿入される。クサビの挿入される距離は、剥離が開始されるに十分な距離を維持するように設定される。しかし、ウェーハの外周から内側で薄膜層（例えばＳＯＩ層）の欠陥を生ずることのないように、挿入される距離は最小限に選択することが理想的である。クサビにより剥離が開始した後には、２枚のウェーハを互いに引き離す機構によりベースウェーハ及びボンドウェーハ間の距離を広げ剥離を進行させる（例えば、特開２００８−２７７５５２参照）。

剥離したウェーハはその後の、熱処理による表面改質（平坦化処理）や薄膜層厚（例えばＳＯＩ層厚）の調整を含む調整工程を経た後に、最終製品の貼り合わせウェーハとすることができる。なお、前記のように面粗れの少ない良質な薄膜層を形成することができる本発明の貼り合わせウェーハの製造方法であれば、その後の剥離面を平坦にする処理（高温熱処理、研磨など）及び調整工程の軽減化が可能となり、これらの処理に伴う薄膜層の膜厚分布の悪化を抑制し、コストの削減をすることもできる貼り合わせウェーハの製造方法となる。この時、貼り合わせウェーハの薄膜層の表面の粗さは重要な項目として評価される。表面粗さの評価方法は、ＡＦＭによる直接的な表面測定であるか、もしくは光反射の強度を利用した間接的な表面粗さ測定であってもよい。

以下、実施例、比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
ボンドウェーハ及びベースウェーハとしてシリコン単結晶からなる鏡面研磨ウェーハを２枚用意した。ボンドウェーハに、１５０ｎｍの熱酸化膜を形成し、そこに、６．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のドーズ量で水素イオンを注入し、イオン注入層を形成した。

このイオン注入されたボンドウェーハとベースウェーハを洗浄後、貼り合わせ強度を高めるために両ウェーハの貼り合わせ面に対してプラズマ活性化処理を施し、室温にて貼り合わせて、貼り合わせ体を形成した。尚、プラズマ処理は、窒素プラズマ、室温、圧力０．４Ｔｏｒｒ（５３．３Ｐａ）、出力１００Ｗ、１５秒とした。また、貼り合わせにはノッチ位置が揃うように自動貼り合わせ機を使用した。

この貼り合わせ体を、Ｎ_２ガス雰囲気の横型炉で、面内平均温度３００℃、１時間の熱処理を施した。なお、この熱処理条件では、イオン注入層において剥離は発生せず、イオン注入層は脆弱化する。この際、貼り合わせ体の仕込み向きは、ノッチ位置が炉内上側となるようにした。この横型炉は、予め熱電対付きウエーハを使用して温度分布測定を行ってあり、炉内の左右方向の温度が高く、下方向の温度が低いような熱処理中の温度分布が得られることがわかっている。

熱処理後の貼り合わせ体を、アライナー付自動搬送機構をもつ剥離装置を用いて、剥離台の上に載せた。この時、ノッチと反対側から時計方向に４５度傾いた位置において、クサビが挿入されるような、貼り合わせ体向きを選択してアライナーに設定値を入力しておいた（図３（ａ））。熱処理炉内の温度分布からは、ノッチの反対側から時計方向に４５度傾いた位置は、熱処理温度が外周部で最も高い部分であることがわかっている（図３（ｂ））。また、炉内の温度分布において、クサビを挿入した位置は、外周部の最も温度の低い位置に対して２５℃の温度差を持つ状況が横型炉により形成されていた。

外周部で最も温度の高い端部にて剥離したところ、クサビ挿入部でのテラス幅の広がりは発生しなかった。更に、この剥離後のウェーハを、水素雰囲気中のＲＴＡ処理及び犠牲酸化処理を組み合わせて表面粗さの改善とＳＯＩ層の膜厚調整を行った後、表面をＡＦＭにて３０μｍ角のスキャンを行い、表面粗さを測定したところ、ＲＭＳ値０．４５ｎｍの数値を得た。結果を表１に示す。

（比較例１）
実施例１と同様にして貼り合わせ体を作製し、熱処理した。熱処理後の貼り合わせ体を、アライナー付自動搬送機構をもつ剥離装置を用いて、剥離台の上に載せた。この時、ノッチと反対側において、クサビが挿入されるような、ウェーハ向きを選択してアライナーに設定値を入力しておいた（図３（ａ））。熱処理炉内の温度分布からは、ノッチの反対側は、熱処理温度が低い部分であることがわかっている（図３（ｂ））。

最低温度を示す端部にて剥離したところ、クサビ挿入部において、他の部分よりもテラス幅が６ｍｍ程度広がっていることがわかった。この剥離後のウェーハを、実施例１と同一条件で表面粗さの改善とＳＯＩ膜厚調整を行った後、表面をＡＦＭにて３０μｍ角のスキャンを行い表面粗さを測定したところ、ＲＭＳ値０．４５ｎｍの数値を得た。結果を表１に示す。

（比較例２）
熱処理中の貼り合わせ体の面内平均温度を３２５℃、１時間とした以外は実施例１と同様にして貼り合わせ体を作製し、熱処理した。なお、この熱処理条件では、イオン注入層において剥離は発生せず、イオン注入層は脆弱化する。熱処理後の貼り合わせ体を、アライナー付自動搬送機構をもつ剥離装置を用いて、剥離台の上に載せた。この時、ノッチと反対側において、クサビが挿入されるような、ウェーハ向きを選択してアライナーに設定値を入力しておいた（図３（ａ））。熱処理炉内の温度分布からは、ノッチの反対側は、熱処理温度が低い部分であることがわかっているものである（図３（ｂ））。

最低温度を示す端部にて剥離したところ、クサビ挿入部でのテラス幅の広がりは発生しなかった。つまり、熱処理温度３２５℃では、熱処理温度が低い部分においてクサビを挿入してもテラス幅の広がりが発生しない温度であったことがわかった。この剥離後のウェーハを、実施例１と同一条件で表面粗さの改善とＳＯＩ膜厚調整を行った後、表面をＡＦＭにて３０μｍ角のスキャンを行い、表面粗さを測定したところ、ＲＭＳ値０．５５ｎｍの数値を得た。つまり、比較例１との対比においては、テラス幅の広がりが発生しなかったものの、表面粗さの値は大きくなってしまった。結果を表１に示す。

以上説明したように、低い熱処理平均温度で熱処理し、最低温度を示す端部で剥離した比較例１ではテラス幅が広がることが示され、また高い熱処理平均温度で熱処理し、最低温度を示す端部で剥離した比較例２ではＲＭＳ値が悪化していることが示された。一方で、低い熱処理平均温度で熱処理し、最高温度を示す端部で剥離した本発明の実施例によれば、テラス幅の広がりはなく、ＲＭＳ値も良好となることが示された。

これにより、本発明による貼り合わせウェーハの製造方法であれば、外部衝撃で剥離しうる最小限の熱処理量で熱処理しながら、イオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分（外周端の温度分布の中で最高温度を示す貼り合わせ体の端部）を形成することができ、剥離工程においてこのイオン注入層の脆弱化が特に進んだ部分に外部衝撃の付与を行うことで、外部衝撃を付与する部分におけるテラス幅の広がりが生じず、一方で、他の剥離面では面粗れの少ない良質な薄膜層を形成することができる貼り合わせウェーハの製造方法となることが示された。また、このように面粗れの少ない良質な薄膜層を形成することができる貼り合わせウェーハの製造方法であれば、その後の剥離面を平坦にする処理（高温熱処理、研磨など）の軽減化が可能となり、薄膜層の膜厚分布の悪化を抑制することができるとともにコストの低減もできる貼り合わせウェーハの製造方法となる。

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、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。

１…ボンドウェーハ、 １ａ…活性化処理面 ２…絶縁膜、 ２’…絶縁層、 ３…イオン注入層、 ３’…脆弱化したイオン注入層、 ４…ベースウェーハ、 ４ａ…活性化処理面， ５…貼り合わせ体、 ６…薄膜層、 ７…貼り合わせウェーハ、 ８…貼り合わせ面付近の端部、 ９…クサビ状部材、 １０…剥離台、 １１…剥離面、 １２…結合面、 １３…テラス幅

Claims (6)

1. ボンドウェーハに表面から水素イオンまたは希ガスイオン或いはこれらの両方を注入してイオン注入層を形成するイオン注入層形成工程と、
   前記ボンドウェーハのイオン注入した面と、ベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して、或いは直接密着させて貼り合わせ体を形成する貼り合わせ体形成工程と、
   該貼り合わせ体に対し前記イオン注入層において剥離が発生しない温度の熱処理を加えて前記イオン注入層を脆弱化する熱処理工程と、
   前記貼り合わせ体の貼り合わせ面付近の端部に外部衝撃を付与することによって、前記イオン注入層を境界として前記ボンドウェーハを機械的に剥離し、薄膜層を形成する剥離工程とを有する貼り合わせウェーハを製造する方法であって、少なくとも、
   前記熱処理工程において、前記貼り合わせ体の外周端に温度分布が生じるように熱処理を加え、
   前記剥離工程において、前記温度分布の中で最高温度を示す前記貼り合わせ体の端部に外部衝撃を付与することによって、前記イオン注入層を境界として前記ボンドウェーハを機械的に剥離し前記薄膜層を形成することを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。
2. 前記熱処理工程において、前記貼り合わせ体に生じさせる前記温度分布が予め分かっている炉、又は前記貼り合わせ体に前記温度分布を生じさせる機構を持つ炉を使用して、前記貼り合わせ体の外周端に前記温度分布が生じるように熱処理を加えることを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
3. 前記貼り合わせ体形成工程前に、前記ボンドウェーハのイオン注入した面と、前記ベースウェーハの貼り合わせる面の少なくとも一方にプラズマ活性化処理を行う活性化処理工程を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
4. 前記熱処理工程において、前記貼り合わせ体の温度が２００℃以上３５０℃以下になるように設定して熱処理を加えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
5. 前記熱処理工程において、前記外周端の温度分布の中で最高温度を示す前記貼り合わせ体の端部では、該温度分布の中で最低温度を示す前記貼り合わせ体の端部よりも２５℃以上高い温度となるように熱処理することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
6. 前記剥離工程において、前記貼り合わせ体の貼り合わせ面付近の端部にクサビ状部材を挿入することで外部衝撃を付与することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
   

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