JP2016201454A - Ｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】裏面に酸化膜を有する貼り合わせＳＯＩウェーハに、バッチ式炉によりアルゴン雰囲気下で熱処理を施してＳＯＩ層の表面を平坦化する工程において、ＬＰＤの増加を抑制することができるＳＯＩウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】裏面に酸化膜を有する貼り合わせＳＯＩウェーハに、アルゴン雰囲気下で熱処理を施してＳＯＩ層の表面を平坦化する工程を有するＳＯＩウェーハの製造方法であって、アルゴン雰囲気下での熱処理を１１２０℃以上１１７０℃以下の温度でバッチ式熱処理炉により行うことを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＳＯＩウェーハの製造方法に関し、特にボンドウェーハとベースウェーハを貼り合わせて作製する貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法に関する。

半導体素子用のウェーハの一つとして、絶縁膜である埋め込み酸化膜の上にシリコン層（以下、ＳＯＩ層と呼ぶことがある）を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハがある。このＳＯＩウェーハは、デバイス作製領域となる基板表層部のＳＯＩ層が埋め込み絶縁層（埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層））により基板内部と電気的に分離されているため、寄生容量が小さく、耐放射性能力が高いなどの特徴を有する。そのため、高速・低消費電力動作、ソフトエラー防止などの効果が期待され、高性能半導体素子用の基板として有望視されている。

ベースウェーハ、ＢＯＸ層、ＳＯＩ層という構造を有するＳＯＩウェーハは、一般に貼り合わせ法で製造されることが多い。この貼り合わせ法は、例えば２枚のシリコン単結晶ウェーハのうちの少なくとも一方の表面にシリコン酸化膜を形成した後、この形成した酸化膜を介して２枚のウェーハを密着させ、結合熱処理を施すことによって結合力を高め、その後に片方のウェーハ（ＳＯＩ層を形成するウェーハ（以下、ボンドウェーハ））を鏡面研磨や、いわゆるイオン注入剥離法により薄膜化して、ＳＯＩウェーハを製造する方法である。

このような貼り合わせ法でＳＯＩウェーハを製造する場合、デバイスが作製されるＳＯＩ層から貼り合わせ界面を遠ざける目的で、ボンドウェーハ側に酸化膜を形成することが多かった。

一方、近年では、様々な通信機器で高速化大容量化が進んでいる。それに伴い高周波デデバイス（ＲＦデバイス）用半導体も高性能化が求められている。ＲＦデバイス用ＳＯＩウェーハは高抵抗率のベースウェーハ、及び、厚いＢＯＸ酸化膜を用いることが基本となっている。その場合、通常のボンド酸化（ボンドウェーハ側に酸化膜を形成すること）ではなく、ベース酸化（ベースウェーハ側に酸化膜を形成すること）が用いられる。その理由は、厚い酸化膜を通してボンドウェーハ側に水素を打ち込むには高エネルギーが必要であり、ＳＯＩ膜厚均一性やパーティクルの増加等が問題になるためである。これらが、ベース酸化工程を用いる主な理由である。

イオン注入剥離法により貼り合わせＳＯＩウェーハを製造するには、剥離後のＳＯＩ層表面の平坦性を高める工程が必要となる。この平坦化工程には、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）を用いて行う平坦化工程と、水素ガスや不活性ガス雰囲気下の高温アニール（以下では平坦化熱処理と言うことがある）による平坦化工程がある。通常はこれらのいずれかが、剥離後の貼り合わせＳＯＩウェーハに対して実施される。

ＣＭＰによる平坦化工程後のＳＯＩ層表面のラフネスは鏡面研磨ウェーハと同等であるが、ＳＯＩ層の面内膜厚均一性が劣化する傾向がある。一方、高温アニールによる平坦化工程ではラフネスは鏡面研磨ウェーハより少し大きいが、膜厚均一性は良い。特に直径３００ｍｍ以上の大直径ウェーハにおいては、ＣＭＰによる平坦化工程では膜厚均一性の劣化が著しい。それと比較して、高温アニールによる平坦化ではそのような傾向はない。

高温アニールによりＳＯＩ層表面を平坦化する熱処理の例として、不活性ガスであるアルゴンガスを含有するアルゴン雰囲気でのアニール（以下、Ａｒアニールと言う）がある（特許文献１）。

特許文献１の図１（ｅ）、及び［００４７］段落には、裏面に酸化膜のあるＳＯＩウェーハに、平坦化熱処理として不活性ガス雰囲気で熱処理することが記載されているが、アルゴン雰囲気の場合、１２００℃以上で行うことが好ましいとされている（特許文献１の［００４８］段落参照）。

特開２０１２−１２９３４７号公報

本発明者らは、裏面に酸化膜があるＳＯＩウェーハをバッチ式熱処理炉で高温Ａｒアニール処理すると、ウェーハ支持部直下に位置するウェーハのＳＯＩ層の表面を中心に、Ａｒアニール前に比べてＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｆｅｃｔ）が増加する傾向があることを新規に見出した。
観察されたＬＰＤをＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ） ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により分析を行うと、酸素とシリコンが検出される。しかし、バッチ炉の一番上に充填されたウェーハには常にＬＰＤの増加が見られない。

一方、裏面に酸化膜がないＳＯＩウェーハの場合には、アニール前後でＬＰＤの増加は見られない。これは、ＬＰＤの増加が裏面酸化膜に依存していることを示唆している。裏面に酸化膜があるＳＯＩウェーハに高温Ａｒアニールを施す際には、このＬＰＤの増加を抑える必要がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、裏面に酸化膜を有する貼り合わせＳＯＩウェーハに、バッチ式炉によりアルゴン雰囲気下で熱処理を施してＳＯＩ層の表面を平坦化する工程において、ＬＰＤの増加を抑制することができるＳＯＩウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、裏面に酸化膜を有する貼り合わせＳＯＩウェーハに、アルゴン雰囲気下で熱処理を施してＳＯＩ層の表面を平坦化する工程を有するＳＯＩウェーハの製造方法であって、
前記アルゴン雰囲気下での熱処理を１１２０℃以上１１７０℃以下の温度でバッチ式熱処理炉により行うことを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。

このように、アルゴン雰囲気下での熱処理を１１２０℃以上１１７０℃以下の温度で行うことで、バッチ式熱処理炉を用いてＡｒアニールを行っても、貼り合わせＳＯＩウェーハの表面のＬＰＤの増加を抑制することができる。

このとき、前記裏面の酸化膜の膜厚を５００ｎｍ以上とすることが好ましい。
このような裏面の酸化膜の膜厚とすることで、ＬＰＤの増加の抑制に加え、ヘイズ（Ｈａｚｅ）の悪化も防ぐことができる。

このとき、シリコン単結晶からなるボンドウェーハの表面から水素または希ガスのうち少なくとも１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し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面と、シリコン単結晶からなるベースウェーハの表面とを、該ベースウェーハの全面に形成したシリコン酸化膜を介して貼り合わせた後、前記イオン注入層で前記ボンドウェーハを剥離することにより作製された貼り合わせＳＯＩウェーハを、前記裏面に酸化膜を有する貼り合わせＳＯＩウェーハとして用いることが好ましい。
このような方法で作製された、裏面に酸化膜を有する貼り合わせＳＯＩウェーハであれば、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法に好適に適用することができる。

以上のように、本発明によれば、Ａｒアニールによる平坦化熱処理を１１２０℃以上１１７０℃以下の温度で行うことで、バッチ式熱処理炉を用いても、ＬＰＤの増加を抑制することができる。また、貼り合わせＳＯＩウェーハの裏面の酸化膜の膜厚を５００ｎｍ以上とすることで、ヘイズの悪化も防ぐことができる。

本発明のＳＯＩウェーハの製造方法の一実施形態を示す工程フロー図である。 裏面酸化膜厚５００ｎｍ、熱処理温度（Ａｒアニール温度）１１６５℃での、ウェーハ面内のＬＰＤを示す図（ＬＰＤ面内マップ）である。 裏面酸化膜厚５００ｎｍ、熱処理温度１２００℃での、ウェーハ面内のＬＰＤを示す図である。 裏面酸化膜厚０ｎｍ（裏面酸化膜無し）、熱処理温度１２００℃での、ウェーハ面内のＬＰＤを示す図である。 熱処理温度とピット深さの関係を示す図である。

以下、本発明をより詳細に説明する。
上記のように、裏面に酸化膜を有する貼り合わせＳＯＩウェーハのＡｒアニールによる平坦化熱処理工程において、ＬＰＤを増加させることなくＳＯＩ層の平坦化を行えるＳＯＩウェーハの製造方法が求められている。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、裏面に酸化膜を有する貼り合わせＳＯＩウェーハに、アルゴン雰囲気下で熱処理を施してＳＯＩ層の表面を平坦化する工程を有するＳＯＩウェーハの製造方法であって、
前記アルゴン雰囲気下での熱処理を１１２０℃以上１１７０℃以下の温度でバッチ式熱処理炉により行うことを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法が、上記課題を解決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、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法の一実施形態を示す工程フロー図である。以下では、本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を図１を参照して工程順に説明する。

図１において、まず、ベースウェーハ１とボンドウェーハ４を準備する。ベースウェーハ１及びボンドウェーハ４としては、シリコン単結晶ウェーハを好適に用いることができる。シリコン単結晶ウェーハには、ポリッシュウェーハ、エピタキシャルウェーハ、熱処理ウェーハ等、様々なウェーハが存在するが、その種類に関係なく本発明に適用することができる。

次に、図１（ａ）に示すように、ベースウェーハ１の全面に酸化膜２を形成する（ベース酸化）。酸化膜２は、例えば通常の熱酸化により形成することができる。酸化膜２の厚さは特に限定されないが、例えば５００ｎｍとすることができる。

一方、ボンドウェーハ４には、図１（ｂ）に示すように、水素または希ガスのうち少なくとも１種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層３を形成するのが好ましい。これは、後述する図１（ｄ）に示す工程において、このイオン注入層３を剥離面とするためのものである。この剥離法はイオン注入剥離法と呼ばれる。イオン注入層３のボンドウェーハ４の表面からの深さは、所望のＳＯＩ層の厚さに応じて、注入するイオンの種類やエネルギーを調整することにより設定することができる。

次に、酸化膜２を形成したベースウェーハ１とイオン注入層３を形成したボンドウェーハ４を、ボンドウェーハのイオン注入層を形成した側の面が、貼り合わせ面側になるようにして、図１（ｃ）に示すように、酸化膜２を介して貼り合わせる（貼り合わせ工程）。この貼り合わせ工程の前には、ウェーハの表面に付着しているパーティクル及び有機物などの汚染物を除去するため、ベースウェーハ１とボンドウェーハ４の貼り合わせ前洗浄が実施されてもよい。貼り合わせ前洗浄としては、例えばＲＣＡ洗浄等を用いることができる。

貼り合わせ工程において貼り合わせたベースウェーハ１とボンドウェーハ４に対して、例えば窒素雰囲気で５００℃程度の温度で剥離熱処理を行うと、イオン注入層３を剥離面としてボンドウェーハを剥離することができる（剥離工程）。この剥離工程により、図１（ｄ）に示すように、剥離後のＳＯＩ層５、ＢＯＸ層６（酸化膜２）、ベースウェーハ１からなり、裏面に酸化膜２を有する貼り合わせＳＯＩウェーハ１０を作製することができる。この時、副産物として剥離後のボンドウェーハ９が生成されるが、この剥離後のボンドウェーハ９は新品のボンドウェーハ４として再生することが可能である。

剥離後のＳＯＩ層５とベースウェーハ１の貼り合わせ界面の結合力を高めるために、高温の酸化性雰囲気にて結合熱処理を行う（結合熱処理工程）。この結合熱処理により、図１（ｅ）に示したように、剥離後のＳＯＩ層５の表面に結合熱処理による表面酸化膜７が形成される。その後、結合熱処理で形成された表面酸化膜７を例えばフッ酸などにより除去する。この酸化膜形成と酸化膜除去による犠牲酸化処理によって、剥離時に発生した機械的ダメージや水素イオン等のイオン注入時に発生した注入ダメージが除去できる。

次に、図１（ｆ）に示した平坦化処理工程を実施する。表面酸化膜７が除去された貼り合わせＳＯＩウェーハをＡｒ雰囲気下で、縦型バッチ炉により熱処理する。本発明のＳＯＩウェーハの製造方法では、アルゴン雰囲気下での熱処理（Ａｒアニール処理）の温度を
１１２０℃以上、１１７０℃以下とする。Ａｒアニール処理時間は特に限定されないが、３分から１０時間、より好ましくは３０分から２時間程度とすることができる。この高温のＡｒアニール処理により、ＳＯＩ層８の表面のシリコン原子にマイグレーションが生じ、ＳＯＩ層８の表面が平坦化される。尚、本発明のアルゴン雰囲気とは、Ａｒガス１００％の雰囲気のほか、Ａｒガスを主成分とする非酸化性雰囲気とすることもできる。

Ａｒアニール処理の温度を１１２０℃未満とすると、ＳＯＩ層８の表面の平坦化がほとんど進まないため、Ａｒアニール処理の温度は１１２０℃以上とする必要があるが、平坦化に要する熱処理時間を短縮し製造コストを低減するためには１１５０℃以上にすることが好ましい。

Ａｒアニールによる平坦化処理を行った貼り合わせＳＯＩウェーハに対して、さらに熱酸化膜形成と酸化膜除去を伴った犠牲酸化処理を行い、ＳＯＩ層の膜厚の調整を行うこともできる。以上の工程により、貼り合わせＳＯＩウェーハの作製が完了する。
ベースウェーハ１として高抵抗率のシリコン単結晶ウェーハを使用し、酸化膜２の厚さを５００ｎｍ程度以上とすれば、作製された貼り合わせＳＯＩウェーハは高周波デバイス用半導体基板として好適なものになる。

次に、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法により、ＬＰＤの増加を抑えることができる理由について以下に説明する。

まず、１１７０℃を超える平坦化熱処理温度でＬＰＤが増加する理由について詳しく説明する。
前述のように、裏面酸化膜のあるＳＯＩウェーハを１２００℃以上の温度でバッチ式熱処理炉を用いてＡｒアニール処理するとＬＰＤが増加する。Ａｒアニール処理の温度を低温化（１１２０℃以上１１７０℃以下）することにより、裏面酸化膜起因のＬＰＤの増加は無くなる。この現象は、以下のように説明することができる。

ＬＰＤの増加は、ＳＯＩウェーハ裏面のボート支持部との接触部で裏面酸化膜にピンホールが発生し、露出したＳｉとＳｉＯ_２の境界面において、ＳｉＯが気化することで界面の侵食が進行するため、裏面酸化膜が薄膜状に分離しやすくなるのと同時に、ボート支持部との接触の影響も加わって、ＳｉＯ_２及びＳｉがウェーハ裏面から分離して落下し、すぐ下に充填されたウェーハのＬＰＤとなることによる。Ａｒアニールが低温な程、アニール時のウェーハの変形が小さくなるためボート支持部との接触が抑制され、その結果、ピンホールの発生は抑えられる。さらに、低温であるためにＳｉＯの気化も抑えられ、ＬＰＤの増加が抑制される。

図５は、裏面に厚さ５００ｎｍの酸化膜を有するＳＯＩウェーハをアルゴン含有雰囲気下で、１１５０℃、１１６５℃、１２００℃の各温度で1時間熱処理した後のＳＯＩウェーハ裏面のボート接触部に形成されたピット深さを示している。１２００℃の熱処理では、１１５０℃及び１１６５℃での熱処理に比べて形成されたピットの深さが１０μｍ以上と極めて深く、ＳｉＯの気化が強く進行したことを示している。

一方、熱処理温度が１１５０℃及び１１６５℃の場合は、ＳＯＩウェーハ裏面のピット深さは２μｍ未満であり、１２００℃に比べて大幅に小さくなっており、ＳｉＯの気化は進行していないと考えられる。

次に、１１２０℃未満の平坦化熱処理温度でＬＰＤが増加し、かつ平坦化も行うことができない理由について説明する。
１１２０℃未満の平坦化熱処理温度では、ＳＯＩ層表面のマイグレーションが十分に行われず、ＳＯＩ層表面の自然酸化膜がエッチングにより除去されるときにできる連続したピットが平坦化熱処理によっても回復しない。そのため、検出されるＬＰＤが増加する。
また、形成されたピットが回復しないため、ＳＯＩ層表面のラフネスも、１１２０℃以上で熱処理した場合に比べ大きな値になってしまう。つまり、ＳＯＩ層表面のマイグレーションによる平坦化を行うためには、１１２０℃以上の熱処理温度が必要である。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例）
裏面に酸化膜を有する貼り合わせＳＯＩウェーハを製造し、バッチ式熱処理炉を用いてＡｒアニールによる平坦化処理を行い、その後、ＳＯＩウェーハ表面のＬＰＤ、ヘイズ、及びラフネスを評価した。ラフネスの指標として、ＲＭＳ（自乗平均粗さ）を用いた。

［ＳＯＩウェーハの製造］
まず、ボンドウェーハ４及びベースウェーハ１として、両面が研磨された直径３００ｍｍ、導電型ｐ型、抵抗率１０Ωｃｍ、結晶方位＜１００＞のシリコン単結晶ウェーハを準備した。
次にベースウェーハ１を熱酸化し、全面にシリコン酸化膜２を形成した。ここでは、裏面酸化膜の厚さの違いによる効果を比較するため、膜厚の異なる３種類の酸化膜を有するベースウェーハを作製した。

一方、ボンドウェーハ４の貼り合わせ面側から水素イオンを注入することでイオン注入層３を形成し、その後、上記ベースウェーハ１と、シリコン酸化膜２を介して貼り合わせて、剥離熱処理を施してボンドウェーハを剥離し、ＢＯＸ層（シリコン酸化膜２）上に薄いＳＯＩ層を形成した。続いて、ＳＯＩ層のダメージ除去及び貼り合わせ強度向上のため、９５０℃で犠牲酸化処理（酸化と酸化膜除去（ＳＯＩ層表面のみ））を行って、裏面にのみ酸化膜を有するＳＯＩウェーハ（裏面酸化膜厚：１００ｎｍ、５００ｎｍ、９００ｎｍ）を製造した。

［Ａｒアニール］
縦型のバッチ式熱処理炉を用い、５０枚のＳＯＩウェーハを充填し、１００％Ａｒガス雰囲気下で、１１２０℃（実施例１）、１１５０℃（実施例２）、１１６５℃（実施例３）、１１７０℃（実施例４）の各温度で、１時間の熱処理を行った。

［ＬＰＤ、ヘイズ、及びＲＭＳの測定］
縦型のバッチ式熱処理炉の炉内中央部のＳＯＩウェーハ（Ａｒアニール処理後）のＳＯＩ層表面のＬＰＤ、ヘイズ、及びＲＭＳを測定した。ＬＰＤ及びヘイズの測定装置として、ＫＬＡテンコール社製ＳＰ２を用いた。ＬＰＤの測定サイズは９０ｎｍ以上とした。
ＲＭＳはＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により、ＳＯＩ層表面の３０μｍ×３０μｍのエリアで求めた。

測定結果を以下に示す。
まず、各ＳＯＩウェーハのＬＰＤの測定結果を表１に示した。ＬＰＤの単位は、個／ウェーハである。
尚、前述のように裏面に酸化膜がない（裏面酸化膜厚０ｎｍ）場合は、１２００℃で熱処理を行ってもＬＰＤの増加はない。このため、比較のための参考水準として、裏面酸化膜厚０ｎｍの結果も表１中に示した。

また、熱処理温度１１６５℃、裏面酸化膜厚５００ｎｍの場合のＬＰＤのウェーハ面内マップを図２に示した。ＬＰＤの位置には特別な傾向は認められなかった。

次に、各ＳＯＩウェーハのヘイズの測定結果を表２に示した。ヘイズの単位はｐｐｍである。

さらに、ＳＯＩウェーハのＲＭＳの測定結果を表３に示した。ＲＭＳの単位はｎｍである。

（比較例）
Ａｒアニールを実施するＳＯＩウェーハを実施例に記載した手順と同様の手順で製造した。その後、実施例で使用した縦型のバッチ式熱処理炉を用い、５０枚のＳＯＩウェーハを充填し、１００％Ａｒガス雰囲気下で、１０８０℃（比較例１）、１１００℃（比較例２）、１１８５℃（比較例３）、１２００℃（比較例４）の各温度で１時間の熱処理を行った。すなわち、比較例においては熱処理温度を低温または高温としたこと以外は、実施例と同様の処理を行った。

熱処理後の各ＳＯＩウェーハに対して、実施例と同じ測定装置及び測定条件を用いてＬＰＤ、ヘイズ、及びＲＭＳを評価し、ＬＰＤの評価結果を表１に、ヘイズの評価結果を表２に、ＲＭＳの評価結果を表３に、実施例の結果と併せてそれぞれ示した。
また、熱処理温度１２００℃、裏面酸化膜厚５００ｎｍの場合のＬＰＤのウェーハ面内マップを図３に示した。さらに、参考として、熱処理温度が１２００℃で、裏面に酸化膜が無い場合（裏面酸化膜厚０ｎｍ）のＬＰＤのウェーハ面内マップを図４に示した。

まず、ＬＰＤの評価結果について、表１を参照して以下にまとめる。
熱処理温度１１８５℃（比較例３）及び１２００℃（比較例４）では、裏面酸化膜が厚い場合（５００ｎｍ、９００ｎｍ）、表１に示したようにＬＰＤが増加した。熱処理温度１１７０℃（実施例３）でのＬＰＤ個数と比較すると、いずれも４倍近くまで増加した。ＬＰＤを実際に観察すると、大部分が異物であり、ＳＥＭ ＥＤＸによる分析でＳｉとＯが検出された。
熱処理温度１０８０℃（比較例１）及び１１００℃（比較例２）では、裏面の酸化膜厚がいずれの場合でも、ＬＰＤが大幅に増加した。これは、前述のように、ＳＯＩ層表面の自然酸化膜が除去されるときにできる連続したピットが熱処理で回復されずに、そのまま検出されるためと考えられる。
これに対し、熱処理温度１１２０℃（実施例１）、１１５０℃（実施例２）、１１６５℃（実施例３）、１１７０℃（実施例４）では、裏面酸化膜の膜厚がいずれの場合でも、ＬＰＤの増加はなく、本発明の効果を確認することができた。

また、図５に示したように、裏面酸化膜の膜厚が厚い場合（５００ｎｍ）、１２００℃の熱処理では、ボート接触部でのウェーハ裏面の欠損が大きい（ピット深さが深い）が、１１５０℃及び１１６５℃の熱処理では欠損が小さかった。

一方、裏面酸化膜の膜厚が１００ｎｍの場合は、熱処理温度が１１８５℃及び１２００℃であってもＬＰＤの増加は見られなかった。

次に、ヘイズの評価結果について、表２を参照して以下にまとめる。
ヘイズは、熱処理温度を１１８５℃、１２００℃とすると、裏面酸化膜の膜厚がいずれの場合でも、１１２０℃、１１５０℃、１１６５℃、及び１１７０℃よりも悪化した。熱処理温度１２００℃では、１１８５℃よりも悪化しており、熱処理温度が高温になるほど悪化する傾向があった。
一方、低温側の熱処理温度１０８０℃、１１００℃においてもヘイズは悪化した。この原因もＬＰＤと同様に、ＳＯＩ層表面の自然酸化膜が除去されるときにできるピットが熱処理によっても回復しないためだと考えられる。

裏面酸化膜の膜厚が１００ｎｍの場合、熱処理温度が１１７０℃を超えるとヘイズが悪化するのは他の場合と同様であるが、熱処理温度が１１２０℃、１１５０℃、１１６５℃、１１７０℃でも他の裏面酸化膜厚の場合よりもヘイズのレベルが悪かった。

この原因は以下のように考えられる。
ＳｉＯの気化はＳｉとＳｉＯ_２の境界面において進行するため、酸化膜が厚いと、裏面酸化膜が薄膜状に残留するため、それがパーティクル発生源となるが、ＳｉＯの気化は局部的であるため、対向するＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面への影響は比較的小さい。それに対して酸化膜が薄いと、裏面酸化膜が薄膜状に残留せずに除去されるため、ＳｉＯの気化が広範囲にわたって生じる。裏面の広範囲で気化したＳｉＯにより、対向するＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面のラフネスが悪化し、その結果、ヘイズが悪化するものと考えられる。

裏面酸化膜が薄い場合（１００ｎｍ）、熱処理後の裏面酸化膜を観察するとボート接触部及びウェーハ面内数点において広い範囲で裏面酸化膜がなくなっていた。この観察結果からも、上記のヘイズ悪化のメカニズムが強く推測される。

次に、ＲＭＳの評価結果について、表３を参照して以下にまとめる。
熱処理温度が１０８０℃、１１００℃では、裏面酸化膜の膜厚によらず、ＲＭＳの値が、大きくなっていた。これは、既に説明したように、熱処理温度１１００℃以下では、ＳＯＩ層表面のマイグレーションが十分に行われないためである。１１２０℃以上の高温では（実施例１、２、３、４及び比較例３、４）、裏面酸化膜の膜厚が１００ｎｍの場合を除いて、ＲＭＳの値は小さくなっている。これはＳＯＩ層表面のマイグレーションが十分に進行したためである。

裏面酸化膜の膜厚が１００ｎｍの場合は、熱処理温度が１１２０℃以上１１７０℃以下の範囲において、ＲＭＳの値は０．５３〜０．５６ｎｍとなっている。この値は、熱処理温度が上記範囲外の場合と比べて同等以下であるが、裏面酸化膜の膜厚が５００ｎｍ及び９００ｎｍの場合に比べて大きくなっている。これは、熱処理温度が１１２０℃以上では上に置かれたＳＯＩウェーハ裏面からのＳｉＯの気化の影響を受けたためと考えられる。

以上で説明したように、裏面に厚い酸化膜があっても、熱処理温度が１１２０℃〜１１７０℃であれば、ＬＰＤの増加はなく、ヘイズの悪化もなく、さらにラフネス（ＲＭＳ）も改善された。すなわち、ＳＯＩウェーハの品質を悪化させるような問題を起こすことなく、Ａｒアニールによる平坦化熱処理を行うことができた。

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…ベースウェーハ、 ２…酸化膜、 ３…イオン注入層、 ４…ボンドウェーハ、
５…剥離後のＳＯＩ層、 ６…ＢＯＸ層、 ７…表面酸化膜、 ８…ＳＯＩ層、
９…剥離後のボンドウェーハ、 １０…貼り合わせＳＯＩウェーハ。

Claims (3)

1. 裏面に酸化膜を有する貼り合わせＳＯＩウェーハに、アルゴン雰囲気下で熱処理を施してＳＯＩ層の表面を平坦化する工程を有するＳＯＩウェーハの製造方法であって、
   前記アルゴン雰囲気下での熱処理を１１２０℃以上１１７０℃以下の温度でバッチ式熱処理炉により行うことを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。
2. 前記裏面の酸化膜の膜厚を５００ｎｍ以上とす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. シリコン単結晶からなるボンドウェーハの表面から水素または希ガスのうち少なくとも１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し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面と、シリコン単結晶からなるベースウェーハの表面とを、該ベースウェーハの全面に形成したシリコン酸化膜を介して貼り合わせた後、前記イオン注入層で前記ボンドウェーハを剥離することにより作製された貼り合わせＳＯＩウェーハを、前記裏面に酸化膜を有する貼り合わせＳＯＩウェーハとして用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
   

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