JP2012248739A - 貼り合わせウェーハの製造方法及び貼り合わせｓｏｉウェーハ - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明は、ベースウェーハ上の薄膜、特にはＳＯＩ層の膜厚均一性が向上された貼り合わせウェーハを量産レベルで製造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。
【解決手段】 バッチ式イオン注入機を使用したイオン注入工程と、ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接あるいは絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する剥離工程を有する貼り合わせウェーハの製造方法において、イオン注入工程におけるボンドウェーハへのイオン注入を複数回に分けて行うものとし、各回のイオン注入後に、ボンドウェーハを所定の回転角度だけ自転させ、自転させた配置位置で次のイオン注入を行う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、イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウェーハの製造方法に関し、特には、水素イオン等を注入したシリコン単結晶ウェーハを支持基板となるベースウェーハと貼り合わせた後に剥離して貼り合わせウェーハを製造する方法に関する。
最近、貼り合わせウェーハの製造方法として、イオン注入したボンドウェーハを貼り合わせ後に剥離して貼り合わせウェーハを製造する方法（イオン注入剥離法：スマートカット法（登録商標）とも呼ばれる技術）が新たに注目され始めている。このイオン注入剥離法は、二枚のウェーハの内、少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、一方のウェーハ（ボンドウェーハ）の上面から水素イオンや希ガスイオン等のガスイオンを注入し、該ウェーハ内部に微小気泡層（封入層）を形成させた後、該イオンを注入した方の面を直接あるいは酸化膜（絶縁膜）を介して他方のウェーハ（ベースウェーハ）と密着させ、その後熱処理（剥離熱処理）を加えて微小気泡層を劈開面として一方のウェーハ（ボンドウェーハ）を薄膜状に剥離し、さらに熱処理（結合熱処理）を加えて強固に結合してベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する技術（特許文献１参照）である。この方法では、劈開面（剥離面）は良好な鏡面であり、薄膜、特にはＳＯＩ層の膜厚の均一性もある程度高いＳＯＩウェーハが容易に得られている。
しかし、イオン注入剥離法により貼り合わせウェーハを作製する場合においては、剥離後の貼り合わせウェーハ表面にイオン注入によるダメージ層が存在し、また表面粗さが通常の製品レベルのシリコンウェーハの鏡面に比べて大きなものとなる。したがって、イオン注入剥離法では、このようなダメージ層、表面粗さを除去することが必要になる。
従来、このダメージ層等を除去するために、結合熱処理後の最終工程において、タッチポリッシュと呼ばれる研磨代の極めて少ない鏡面研磨（取り代：１００ｎｍ程度）が行われていた。
ところが、ベースウェーハ上の薄膜に機械加工的要素を含む研磨をしてしまうと、研磨の取り代が均一でないために、水素イオンなどの注入、剥離によってある程度達成された薄膜の膜厚均一性が悪化してしまうという問題が生じる。
このような問題点を解決する方法として、前記タッチポリッシュの代わりに高温熱処理を行って表面粗さを改善する平坦化処理が行われるようになってきている。
例えば、特許文献２では、剥離熱処理後（または結合熱処理後）に、ＳＯＩ層の表面を研磨することなく水素を含む還元性雰囲気下の熱処理（急速加熱・急速冷却熱処理（ＲＴＡ処理））を加えることを提案している。さらに、特許文献３では、剥離熱処理後（又は結合熱処理後）に、酸化性雰囲気下の熱処理によりＳＯＩ層に酸化膜を形成した後に該酸化膜を除去し、次に還元性雰囲気の熱処理（急速加熱・急速冷却熱処理（ＲＴＡ処理））を加えることを提案している。
また、特許文献４では、剥離後のＳＯＩウェーハに、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での平坦化熱処理の後に犠牲酸化処理を行うことにより、剥離面の平坦化とＯＳＦの回避を同時に達成している。
このように、タッチポリッシュの代わりに高温熱処理を行って表面粗さを改善する平坦化処理が行われるようになったことによって、現在では、直径３００ｍｍでＳＯＩ層の膜厚レンジ（面内の最大膜厚値から最小膜厚値を引いた値）が３ｎｍ以内の膜厚均一性を有するＳＯＩウェーハが、イオン注入剥離法によって量産レベルで得られている。
特開平５−２１１１２８号公報 特開平１１−３０７４７２号公報 特開２０００−１２４０９２号公報 ＷＯ２００３／００９３８６
近年の携帯型端末の普及に伴い、半導体デバイスの低消費電力化、微細化、高機能化が必要となっており、デザインルールで２２ｎｍ世代以降の有力な候補として、ＳＯＩウェーハを用いた完全空乏型のデバイス開発が行われている。この完全空乏型デバイスでは、ＳＯＩ層の膜厚がデバイスの閾値電圧に影響することから、ＳＯＩ層の面内膜厚分布として面内膜厚レンジ１ｎｍ以下の均一性が求められている。
また、近年、通常はベースウェーハとの絶縁に用いるＢＯＸ層（埋め込み酸化膜層）にバイアスを掛けることで、デバイスの閾値電圧を制御することが提案されており、この場合にはＢＯＸ層膜厚を薄くしたＴｈｉｎ ＢＯＸ型の薄膜ＳＯＩウェーハを作製する必要がある。
本発明者らは、Ｔｈｉｎ ＢＯＸ型の薄膜ＳＯＩウェーハを試作し、ＳＯＩ層の面内膜厚レンジの工程内推移を調査した結果、剥離直後で既に、面内膜厚レンジが１ｎｍを超えていることが判った。また、剥離直後の面内膜厚レンジの発生原因を調査した結果、イオン注入時の注入深さの面内分布が、剥離後の膜厚面内レンジに強く影響していることが判った。
このように、イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウエーハの製造方法において、イオン注入の深さ（飛程）分布はそのまま剥離後の薄膜の膜厚分布に反映されるが、イオン注入の深さ分布が生じる要因については、コーンアングル（ｃｏｎｅ ａｎｇｌｅ）効果が知られている。
ここで、バッチ式のイオン注入機は、図２に示されるように、回転体１と回転体１に設けられ基板３を配置する複数のウェーハ保持具２とを備えている。そして、基板３を保持する為に、ウェーハ保持具２は回転体１の回転面より若干内側に傾けてある。
これにより回転体１が回転している際、遠心力により基板３をウェーハ保持具２に押し付ける力が働き、ウェーハ保持具２は基板３を保持するようになっている。ただし、このように回転体１の回転面と基板３の表面が平行でない場合、イオンビームを基板３に対して一定角度で注入しようとしても、基板中心部とビームスキャン方向の基板両端部では回転体の回転に応じて注入角度にごくわずかなズレが生じ、これによりイオン注入深さが基板中央部では深く、スキャン方向の基板両端部では浅くなる（図３）。これをコーンアングル効果と呼んでいる。この為、イオン注入剥離法におけるイオン注入においては、図３で示されるように、基板３とイオンビームの設定角度は、基板表面とイオンビームとの角度が垂直になる注入角０度（α＝０°）に設定することで、スキャン方向の基板両端部で注入角度が同程度ずれる様にして、注入の深さの面内分布が比較的均一になるようにしている。
ただし、バッチ式のイオン注入機を用いた場合、注入角を０度に設定した場合であっても、イオン注入の面内深さ分布のバラツキが発生する２つ目の要因が考えられる。
２つ目の膜厚分布発生要因は、Ｔｈｉｎ ＢＯＸ型のＳＯＩウェーハや酸化膜を介さない直接接合ウェーハの作製においてチャネリングが発生することである。酸化膜を介さない直接接合ウェーハや、１００ｎｍ以下のＢＯＸ層（シリコン酸化膜層）膜厚を有するＴｈｉｎ ＢＯＸ型のＳＯＩウェーハの作製においては、酸化膜による散乱の効果が弱くなり注入角度０度設定のイオン注入ではチャネリングが発生する。バッチ式イオン注入機の場合、基板中央部では結晶面とイオンビームの角度が垂直になる為、チャネリングの効果が大きくなりイオン注入深さは深くなる。一方、スキャン方向の基板両端ではコーンアングルにより注入角が生じる為、チャネリングの影響は相対的に弱くなりイオン注入深さが浅くなる（図６参照）。この様に、Ｔｈｉｎ ＢＯＸ型のＳＯＩウェーハや酸化膜を介さない直接接合ウェーハの作製においては、特にコーンアングルの効果がチャネリングによって強調される。
チャネリングを防止する為には、結晶面に対して注入角を傾けて注入する方法が一般に知られているが、注入角を傾けるとコーンアングルの効果がスキャン方向の基板両端部間で異なる事により、面内の深さ分布が大きくなる。また、ウェーハ自体の結晶軸方位を傾けたウェーハ（オフアングル付きウェーハ）を用いてチャネリングを防止する方法が知られているが、注入角を傾ける方法と同様に、スキャン方向の両端部間で注入角度が異なる為に、面内の深さ分布は大きくなる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ベースウェーハ上の薄膜、特にはＳＯＩ層の膜厚均一性が向上された貼り合わせウェーハを量産レベルで製造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。
上記課題を解決するため、本発明では、回転体と該回転体に設けられ基板を配置する複数のウェーハ保持具とを備え、該ウェーハ保持具に配置され公転している複数の基板にイオン注入するバッチ式イオン注入機を使用し、ボンドウェーハの表面から水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、前記ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接あるいは絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する剥離工程を有する貼り合わせウェーハの製造方法において、
前記イオン注入工程におけるボンドウェーハへのイオン注入を複数回に分けて行うものとし、各回のイオン注入後に、前記ウェーハ保持具に配置されたボンドウェーハを所定の回転角度だけ自転させ、自転させた配置位置で次のイオン注入を行う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。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法によれば、バッチ式イオン注入機を使用したイオン注入工程におけるボンドウェーハへのイオン注入を、複数回に分けて行うものとし、各回のイオン注入後に、ウェーハ保持具に配置されたボンドウェーハを所定の回転角度だけ自転させ、自転させた配置位置で次のイオン注入を行うことで、各回のイオン注入毎に異なる向きでボンドウェーハをウェーハ保持具に仕込むことができ、重複した配置位置でのイオン注入を避けることによって、イオン注入深さ分布のバラツキを改善し、最終的に薄膜の膜厚均一性が飛躍的に向上された貼り合わせウェーハを量産レベルで製造することができる。
またこのとき、前記イオン注入を２回に分けて行うものとし、１回目のイオン注入後に、前記ボンドウェーハを９０度又は１８０度自転させ、自転させた配置位置で２回目のイオン注入を行うことが好ましい。
このようにしてイオン注入を行うことによって、イオン注入深さ分布のバラツキを低減できるとともに、イオン注入深さ分布がボンドウェーハ中央部では相対的に深く、ボンドウェーハ外周部は全周で浅くなり、同心円状の分布に近くなるため、その後の貼り合わせウェーハの製造工程に含まれる酸化や研磨による薄膜化工程によって、膜厚分布を容易に修正することができるために好ましい。
また、１回目のイオン注入後に、ボンドウェーハを１８０度自転させ、自転させた配置位置で２回目のイオン注入を行うことによって、使用するボンドウェーハの結晶軸方位が加工精度の影響等でずれている場合であっても、結晶軸のずれの影響を相殺することができ、最終的に薄膜の膜厚均一性が飛躍的に向上された貼り合わせウェーハを量産レベルで製造することができる。
またこのとき、前記イオン注入を４回に分けて行うものとし、２回目以降のイオン注入を、１回目のイオン注入に対して９０、１８０及び２７０度のいずれかの回転角度だけ自転させた配置位置で行うことが好ましい。
このように、イオン注入を４回に分けて行うことによって、２回に分けて行う場合よりも、一層バラツキを低減でき、イオン注入深さ分布が更に同心円状の分布に近くなるため、酸化等の処理による膜厚分布の修正は更に容易なものとなる。
またこのとき、前記ボンドウェーハの表面の結晶面と前記イオン注入方向との角度を垂直に設定して、前記各回のイオン注入を行うことが好ましい。
このように、ボンドウェーハの表面の結晶面とイオン注入方向との角度を垂直にする、即ち、イオン注入角度を０度に設定することによって、剥離後の薄膜の膜厚分布のバラツキを更に抑制することができるため、好ましい。
また、前記ボンドウェーハとしてシリコン単結晶ウェーハを用い、前記絶縁膜を１００ｎｍ以下のシリコン酸化膜とすることが好ましい。
本発明では、従来良好な膜厚均一性を得ることが困難であった１００ｎｍ以下のシリコン酸化膜を有するＴｈｉｎ ＢＯＸ型の薄膜ＳＯＩウェーハを製造する場合であっても、面内膜厚レンジが１ｎｍ以下の極めて良好な膜厚均一性を有する薄膜ＳＯＩウェーハを製造することができる。
また、前記ベースウェーハ上の薄膜に犠牲酸化処理を行い、該犠牲酸化により形成される酸化膜厚分布が同心円状で、かつ、外周側の酸化膜厚が薄くなる酸化炉を用いて、前記薄膜に犠牲酸化処理を行うことにより前記薄膜の膜厚調整を行うことが好ましい。
前記剥離工程後のベースウェーハ上の薄膜に対し、形成される酸化膜厚分布が同心円状で、かつ、外周側の酸化膜厚が薄くなる酸化炉を用いて犠牲酸化処理を行うことによって、一層薄膜の膜厚調整が可能であり、剥離直後よりも更に膜厚レンジが改善された貼り合わせウェーハを得ることができる。
１００ｎｍ以下のシリコン酸化膜を有するＴｈｉｎ ＢＯＸ型の薄膜ＳＯＩウェーハは、従来良好な膜厚均一性を得ることが困難であった。しかし、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法を用いることにおり、ベースウェーハの表面に、埋め込み酸化膜層とＳＯＩ層が順次形成された貼り合わせＳＯＩウェーハであって、前記埋め込み酸化膜層の膜厚が１００ｎｍ以下であり、前記ＳＯＩ層の面内膜厚レンジが１ｎｍ以下であることを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハが提供される。
以上説明したように、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法によれば、イオン注入深さ分布のバラツキを改善することができ、最終的に膜厚均一性が飛躍的に向上した貼り合わせウェーハを量産レベルで製造することができるため、このような貼り合わせウェーハを用いたデバイスの閾値電圧を安定化でき、デバイス歩留りが向上する。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法の一例を示した工程フロー図を示す。 本発明の貼り合わせウェーハの製造方法で使用するバッチ式イオン注入装置の概略図を示す。 コーンアングル効果を説明する説明図である。 実施例１における剥離直後のＳＯＩ層膜厚分布である。 実施例２における剥離直後のＳＯＩ層膜厚分布である。 比較例における剥離直後のＳＯＩ層膜厚分布である。
本発明者らは、イオン注入工程におけるボンドウェーハへのイオン注入を複数回に分けて行うものとし、各回のイオン注入後にボンドウェーハを所定の回転角度だけ自転させ、自転させた配置位置で次のイオン注入を行うことで、重複した配置位置でのイオン注入を避けることによって、コーンアングル効果に起因するベースウェーハ上の薄膜、特にはＳＯＩ膜厚分布のバラツキを抑制できることを見出し、本発明を完成させた。以下、本発明について更に詳述する。
図１に本発明の貼り合わせウェーハの製造方法の一例を示した工程フロー図を示す。
本発明は、回転体と該回転体に設けられ基板を配置する複数のウェーハ保持具とを備え、該ウェーハ保持具に配置され公転している複数の基板にイオン注入するバッチ式イオン注入機を使用し、ボンドウェーハの表面から水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程（図１（Ａ））と、前記ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接あるいは絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程（図１（Ｂ）と、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する剥離工程（図１（Ｃ））を有する貼り合わせウェーハの製造方法において、
前記イオン注入工程におけるボンドウェーハへのイオン注入を複数回に分けて行うものとし、各回のイオン注入後に、前記ウェーハ保持具に配置されたボンドウェーハを所定の回転角度だけ自転させ、自転させた配置位置で次のイオン注入を行うことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法である。
まず、図１（Ａ）のように、ボンドウェーハの表面から水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成する。尚、本発明においては、水素分子イオンも「水素イオン」に含まれるものとする。
ここで、イオン注入を行うボンドウェーハとしては、目的に応じて任意に選択することができ、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン単結晶ウェーハを用いれば、膜厚が極めて均一なＳＯＩ層を有するＳＯＩウェーハを製造することができる。
また、イオン注入前のボンドウェーハの表面に予め絶縁膜を形成するのが好ましい。上記の様に、従来のＴｈｉｎ ＢＯＸ型の薄膜ＳＯＩウェーハの製造においては、コーンアングルの効果がチャネリングによって強調されるが、本発明においては、ボンドウェーハをコーンアングル効果が顕著に現れる直径３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハとし、絶縁膜を１００ｎｍ以下、あるいは５０ｎｍ以下のシリコン酸化膜としても、膜厚均一性に優れたＴｈｉｎ ＢＯＸ型の薄膜ＳＯＩウェーハを製造することができる。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法におけるイオン注入は、図２に概略図を示すバッチ式イオン注入機を使用する。バッチ式イオン注入機１０は、回転体１と該回転体１に設けられ基板３を配置する複数のウェーハ保持具２とを備え、該ウェーハ保持具２に配置され公転している複数の基板３にイオン注入するものである。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法では、図１（Ａ）に示すように、イオン注入工程におけるボンドウェーハ３へのイオン注入を複数回に分けて行うものとし、かつ、各回のイオン注入後に、ウェーハ保持具２に配置されたボンドウェーハ３を所定の回転角度だけ自転させ、自転させた配置位置で次のイオン注入を行う。尚、図１（Ａ）には、イオン注入をｎ回（ｎ≧２）に分けて行う一例を示しており、１回目のイオン注入後に、ボンドウェーハ３を９０°自転させる（ノッチ３’位置が９０°移動）させ、この自転させた配置位置で２回目のイオン注入を行う場合を示している。
イオン注入を１回のみで行う場合、コーンアングル効果によりウェーハ中央部と注入イオンビームのスキャン方向のウェーハ両端部との間で生じるイオン注入深さ分布の為、２回対称のイオン注入深さ分布になる。
本発明のように、例えばイオン注入を２回に分けて行うものとし、各注入イオン注入間でウェーハを９０度回転させれば、イオン注入深さはボンドウェーハ中央部では相対的に深く、ボンドウェーハ外周部は全周で浅くなり、均一な分布となって同心円の分布に近くなる。一方、酸化や研磨による薄膜化工程は、ウェーハを回転させながら処理する為、酸化膜厚分布や研磨取り代分布は同心円の分布となる。この為、イオン注入に起因する膜厚分布のバラツキが改善され、同心円状の分布になれば、貼り合わせウェーハ製造工程の中で行われる酸化等の処理により膜厚分布を修正しやすいため、最終的に得られる薄膜の膜厚分布を改善することができる。
また、２回に分けて行う場合に限らず、４回に分けてイオン注入し、２回目以降のイオン注入を、１回目のイオン注入に対して９０、１８０及び２７０度のいずれかの回転角度だけ自転させた配置位置で行うことにより、２回注入の場合よりも更に同心円の分布が整う。この為、酸化等の処理による膜厚分布の修正は更に容易なものとなる。
使用するボンドウェーハの結晶軸方位が加工精度の影響等でわずかにずれている場合、ウェーハ表面に対し注入角度を０度設定で注入しても、実際には結晶軸とイオンビームに角度が生じる。このため、スキャン方向の２回対称分布が崩れてしまうため、２回分割注入では、同心円の深さ分布が得られないことが有る。この場合、２回分割注入のウェーハ向きを１８０度に設定すれば、結晶軸のずれは相殺できるため同心円の分布になり、最終的に薄膜の膜厚均一性が向上された貼り合わせウェーハを量産レベルで製造することができる。
またこの場合、結晶軸のずれを相殺する角度をイオンビームの注入角に設定することで、更に結晶軸のずれの影響を抑制可能である。即ち、ボンドウェーハの表面の結晶面とイオン注入方向との角度を垂直にすること（結晶面に対するイオン注入角度を０度に設定すること）によって、剥離工程後の薄膜の膜厚分布のバラツキを更に抑制することができるため、好ましい。
また、図１（Ａ）に示すように、各回のイオン注入後に、ボンドウェーハの洗浄を行うことが好ましい。このように、イオン注入間にボンドウェーハの洗浄工程を行えば、イオン注入面に付着したパーティクルが除去されるので、イオン注入の障害を排除することができる。
次いで、図１（Ｂ）に示すように、ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接あるいは絶縁膜を介して貼り合わせる。
ベースウェーハとしては、シリコン単結晶ウェーハを用いることができるが、特に限定されない。通常は、常温の清浄な雰囲気下でボンドウェーハとベースウェーハの表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウェーハ同士が接着する。
次いで、図１（Ｃ）に示すように、イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する。
例えば、不活性ガス雰囲気下約５００℃以上の温度で熱処理を加えれば、イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることができる。また、常温での貼り合わせ面に予めプラズマ処理を施すことによって、熱処理を加えずに（あるいは剥離しない程度の熱処理を加えた後）、外力を加えて剥離することもできる。
このような剥離工程（図１（Ｃ））直後の薄膜は、３００ｍｍや４５０ｍｍの大直径であり、絶縁膜が１００ｎｍ以下のＴｈｉｎ ＢＯＸ型であっても、膜厚レンジが１ｎｍ以下といった膜厚分布が改善されたものであり、特には、膜厚分布が同心円状に近くなり、その後の酸化や研磨による薄膜化によって膜厚分布の修正が容易になる。
また、その後は図１（Ｄ）のように、結合強度向上、薄膜の膜厚調整、及び、薄膜表面の平坦化のため、犠牲酸化処理（熱酸化＋酸化膜除去）と還元性雰囲気または不活性ガス雰囲気にて熱処理を行い、貼り合わせウェーハを製造することが好ましい。これらの処理条件は、従来から一般に行われているいずれの条件も採用し得る。
尚、酸化処理を行う酸化炉は、犠牲酸化により形成される酸化膜厚分布が同心円状で、かつ、外周側の酸化膜厚が薄くなる酸化炉を用いることによって、剥離直後よりも更に膜厚レンジが改善され、膜厚均一性に優れた貼り合わせウェーハを製造することができる。この様な酸化炉としては、ウェーハの中心を軸にウェーハを回転させながら酸化を行うタイプの酸化炉を用いることが好ましい。
尚、剥離工程後の各工程（犠牲酸化処理、還元性雰囲気熱処理等）において、薄膜の取代分布が同心円形状からずれている場合には、最終的な薄膜の膜厚分布が向上する様に、各イオン注入時の注入角度を微調整することもできる。
以下に本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明をより詳細に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
（実施例１）
直径３００ｍｍ、結晶方位＜１００＞のシリコン単結晶からなるボンドウェーハ（表面の結晶面は（１００）ジャストであり、角度ズレなし）にＢＯＸ層（埋め込み酸化膜層）となる熱酸化膜を２５ｎｍ形成後、図２のようなバッチ式イオン注入機を使用して水素イオン注入を行った。
水素イオン注入は２回に分けて行い、１回目のイオン注入としてＨ＋，３０ｋｅＶ，２．６ｅ１６ｃｍ−２，注入角度０度、ノッチオリエンテーション角度０度の条件でイオン注入を、２回目のイオン注入としてＨ＋，３０ｋｅＶ，２．６ｅ１６ｃｍ−２，注入角度０度，ノッチオリエンテーション角度９０度の条件でイオン注入を行った。
尚、ノッチオリエンテーション角度とは、ボンドウェーハをイオン注入装置のウェーハ保持具に設置する際、ウェーハのノッチ位置を標準位置（０度）から時計回りに回転させた角度である。
水素イオン注入後、シリコン単結晶からなるベースウェーハと貼り合わせ、５００℃、３０分の窒素雰囲気熱処理により、水素イオン注入層で剥離した。その後、表１に示した条件で結合強度向上、ＳＯＩ層の膜厚調整、及び、ＳＯＩ層表面の平坦化のため、犠牲酸化処理（熱酸化＋酸化膜除去）と還元性雰囲気にて熱処理を行い、薄膜のＳＯＩウェーハを製造した。
尚、酸化処理を行った縦型熱酸化炉は、ウェーハを保持するウェーハボートを回転させながら酸化処理を行うタイプであり、形成される熱酸化膜厚の面内分布は極めて良好であり、その分布形状は、同心円状でウェーハ外周側の酸化膜厚が薄くなる傾向がある。
製造されたＳＯＩ層の膜厚レンジの測定は、ＡＤＥ社製Ａｃｕｍａｐを用い、剥離直後と、犠牲酸化処理及び還元性雰囲気熱処理終了後（薄膜化後）の２回測定した。
製造されたＳＯＩウェーハの製造条件とＳＯＩ層の膜厚レンジ（剥離直後、薄膜化後）の測定結果を表１に記載した。また、剥離直後のＳＯＩ膜厚分布を図４に示す。
尚、ＳＯＩ層の膜厚レンジは、エリプソや反射分光法を用いた他の測定装置（例えば、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製 ＡＳＥＴ−Ｆ５ｘ）でも同様の結果が得られている。
（実施例２）
イオン注入工程以外は、実施例１と同様の方法でＳＯＩウェーハを製造した。
水素イオン注入は４回に分けて行い、１回目のイオン注入としてＨ＋，３０ｋｅＶ，１．３ｅ１６ｃｍ−２，注入角度０度、ノッチオリエンテーション角度０度の条件でイオン注入を、２回目のイオン注入としてＨ＋，３０ｋｅＶ，１．３ｅ１６ｃｍ−２，注入角度０度，ノッチオリエンテーション角度９０度、３回目のイオン注入としてＨ＋，３０ｋｅＶ，１．３ｅ１６ｃｍ−２，注入角度０度、ノッチオリエンテーション角度１８０度の注入を、４回目の注入としてＨ＋，３０ｋｅＶ，１．３ｅ１６ｃｍ−２，注入角度０度，ノッチオリエンテーション角度２７０度の条件で注入を行った。製造されたＳＯＩウェーハの製造条件とＳＯＩ層の膜厚レンジ（剥離直後、薄膜化後）の測定結果を表１に記載した。また、剥離直後のＳＯＩ膜厚分布を図５に示す。
（比較例）
イオン注入工程以外は、実施例１と同様の方法でＳＯＩウェーハを製造した。
水素イオン注入は１回で行い、イオン注入としてＨ＋，３０ｋｅＶ，５．２ｅ１６ｃｍ−２，注入角度０度、ノッチオリエンテーション角度０度の条件でイオン注入を行った。製造されたＳＯＩウェーハの製造条件とＳＯＩ層の膜厚レンジ（剥離直後、薄膜化後）の測定結果を表１に記載した。また、剥離直後のＳＯＩ膜厚分布を図６に示す。
Figure 2012248739
 表１に記載した通り、剥離直後のＳＯＩ層の膜厚レンジは、実施例１、２では共に目標である１ｎｍより小さい値が得られた。更に、その分布形状は、同心円状に近い形状が得られていた。一方、比較例の場合、剥離直後のＳＯＩ層の膜厚レンジは１ｎｍをオーバーしており、その分布形状は２回対称形状であった。
また、実施例１、２の犠牲酸化処理及び還元性雰囲気熱処理終了後の膜厚レンジは、剥離直後に比べて更に改善された。これは、形成される酸化膜厚分布が同心円状でウェーハ外周側の酸化膜厚が薄くなる酸化炉を用いて犠牲酸化を行ったことによる効果と思われる。
上記の通り、実施例１、２において製造された貼り合わせＳＯＩウェーハは、直径３００ｍｍでＢＯＸ層が２５ｎｍのＴｈｉｎ ＢＯＸ型であるにもかかわらず、ＳＯＩ層の面内膜厚レンジは剥離直後に１ｎｍ以下であり、更に、結合強度向上、ＳＯＩ層の膜厚調整、ＳＯＩ層表面の平坦化の処理を経た後でも１ｎｍ以下を維持しており、従来の製造方法では得られなかった極めて良好な面内膜厚レンジを有する貼り合わせＳＯＩウェーハが得られた。
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…回転体、 ２…ウェーハ保持具、 ３…ボンドウェーハ（基板）、 ３’…ノッチ、 １０…バッチ式イオン注入機。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法では、図１（Ａ）に示すように、イオン注入工程におけるボンドウェーハ３へのイオン注入を複数回に分けて行うものとし、かつ、各回のイオン注入後に、ウェーハ保持具２に配置されたボンドウェーハ３を所定の回転角度だけ自転させ、自転させた配置位置で次のイオン注入を行う。尚、図１（Ａ）には、イオン注入をｎ回（ｎ≧２）に分けて行う一例を示しており、１回目のイオン注入後に、ボンドウェーハ３を９０°自転（ノッチ３’位置が９０°移動）させ、この自転させた配置位置で２回目のイオン注入を行う場合を示している。
イオン注入を１回のみで行う場合、コーンアングル効果によりウェーハ中央部と注入イオンビームのスキャン方向のウェーハ両端部との間で生じるイオン注入深さ分布の為、２回対称のイオン注入深さ分布になる。
本発明のように、例えばイオン注入を２回に分けて行うものとし、各イオン注入間でウェーハを９０度回転させれば、イオン注入深さはボンドウェーハ中央部では相対的に深く、ボンドウェーハ外周部は全周で浅くなり、均一な分布となって同心円の分布に近くなる。一方、酸化や研磨による薄膜化工程は、ウェーハを回転させながら処理する為、酸化膜厚分布や研磨取り代分布は同心円の分布となる。この為、イオン注入に起因する膜厚分布のバラツキが改善され、同心円状の分布になれば、貼り合わせウェーハ製造工程の中で行われる酸化等の処理により膜厚分布を修正しやすいため、最終的に得られる薄膜の膜厚分布を改善することができる。

Claims (7)

  1. 回転体と該回転体に設けられ基板を配置する複数のウェーハ保持具とを備え、該ウェーハ保持具に配置され公転している複数の基板にイオン注入するバッチ式イオン注入機を使用し、ボンドウェーハの表面から水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、前記ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接あるいは絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する剥離工程を有する貼り合わせウェーハの製造方法において、
    前記イオン注入工程におけるボンドウェーハへのイオン注入を複数回に分けて行うものとし、各回のイオン注入後に、前記ウェーハ保持具に配置されたボンドウェーハを所定の回転角度だけ自転させ、自転させた配置位置で次のイオン注入を行うことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。
  2. 前記イオン注入を２回に分けて行うものとし、１回目のイオン注入後に、前記ボンドウェーハを９０度又は１８０度自転させ、自転させた配置位置で２回目のイオン注入を行う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. 前記イオン注入を４回に分けて行うものとし、２回目以降のイオン注入を、１回目のイオン注入に対して９０、１８０及び２７０度のいずれかの回転角度だけ自転させた配置位置で行う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。
  4. 前記ボンドウェーハの表面の結晶面と前記イオン注入方向との角度を垂直に設定して、前記各回のイオン注入を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
  5. 前記ボンドウェーハをシリコン単結晶ウェーハとし、前記絶縁膜を１００ｎｍ以下のシリコン酸化膜とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
  6. 前記ベースウェーハ上の薄膜に犠牲酸化処理を行い、該犠牲酸化により形成される酸化膜厚分布が同心円状で、かつ、外周側の酸化膜厚が薄くなる酸化炉を用いて、前記薄膜に犠牲酸化処理を行うことにより前記薄膜の膜厚調整を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
  7. ベースウェーハの表面に、埋め込み酸化膜層とＳＯＩ層が順次形成された貼り合わせＳＯＩウェーハであって、前記埋め込み酸化膜層の膜厚が１００ｎｍ以下であり、前記ＳＯＩ層の面内膜厚レンジが１ｎｍ以下であることを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハ。
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