JP3887973B2 - Ｓｏｉウエーハの製造方法及びｓｏｉウエーハ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＳＯＩウエーハに関し、特にＳＯＩ層の重金属不純物が極めて少ないＳＯＩウエーハの製造方法及びＳＯＩウエーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
素子が構成される単結晶シリコン層（ＳＯＩ層）を埋め込み酸化膜上に形成するＳＯＩ（Silicon on insulator）ウエーハは、素子間の完全分離ができるため、絶縁耐圧、耐ラッチアップ等の特性向上が容易であり、素子と基板間の寄生容量を低減できるため、デバイス作動の高速化が可能であるといった優れた特性を有する。そのため、今日の高集積化半導体デバイスに対するさらなる高集積化、高速化の要求により、ＳＯＩウエーハの重要性は今後も増大するものと予想される。
【０００３】
このような高集積化半導体デバイスに使用されるＳＯＩウエーハの活性ＳＯＩ層に重金属不純物が存在すると、半導体デバイスの特性不良を起こしてしまう。特に最先端のデバイスに必要とされるクリーン度は重金属不純物濃度が１×１０9 atoms/cm2 以下と考えられており、ＳＯＩ層に存在する重金属不純物は極力減少させなければならない。このような重金属不純物を低減させる技術の一つとしてゲッタリング技術の重要性がますます高くなってきている。
【０００４】
ゲッタリングとは、素子形成領域以外に結晶欠陥等のゲッタリングサイトを形成し、これに重金属不純物を捕獲、固着する技術である。このゲッタリング技術をＳＯＩウエーハに適用するために、過去において種々の提案がなされた。
【０００５】
まず、ＳＯＩ層下部の埋め込み酸化膜上にゲッタリングサイトを形成する方法が考えられた。すなわち、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜の間に、ゲッタリングサイトとなる多結晶シリコン（ポリシリコン）層を形成し、ＳＯＩ層の重金属不純物をゲッタリングしようとする方法である（特許第２５３５５９６号、特開平６−２７５５２５号公報参照）。
【０００６】
しかし、この方法では、ゲッタリングサイトがデバイス活性層であるＳＯＩ層の近接領域にあるため、デバイスプロセス等の熱処理により、一旦ゲッタリングされた不純物がＳＯＩ層に再放出される危険性がある。特に、薄いＳＯＩ層を有するウエーハの場合、その危険性が高く問題であった。
【０００７】
そこで、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜の間ではなく、埋め込み酸化膜下部の支持基板側にゲッタリングサイトを形成する方法が考えられた。すなわち、埋め込み酸化膜と支持基板の間、又は支持基板の裏面にゲッタリング層を形成するか、あるいは、支持基板にＩＧ（Intrinsic gettering ）熱処理を加えてゲッタリングサイトとなる酸素析出核や酸素析出物を析出させる方法である（特開平８−１１６０３８号公報、特開平９−３２６３９６号公報参照）。
【０００８】
しかし、ＳＯＩ層中に取り込まれた重金属不純物がゲッタリングされるためには埋め込み酸化膜を通り抜ける必要があるが、最近の研究によるとＮｉ等の重金属は酸化膜中をほとんど拡散せず、通り抜けることができないことが判った。しかも、近年のデバイスプロセスの低温化に伴い、支持基板側にゲッタリングサイトを設けるゲッタリングはさらに困難になってきている。
【０００９】
そこで、支持基板側にゲッタリングサイトを形成してＳＯＩ層中の不純物をゲッタリングするために、埋め込み酸化膜中に貫通孔を設け、ＳＯＩ層と支持基板との連結領域を形成することが考えられた（特開平５−１２９３０９号公報、特開平６−２１６１３６号公報参照）。このような方法であれば、支持基板側のゲッタリングサイトからＳＯＩ層の重金属不純物を有効にゲッタリングすることが可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来、このようなＳＯＩ層と支持基板との連結領域が形成されたＳＯＩウエーハは、例えば以下のような方法で製造されていた。
すなわち図３に示すように、まず、支持基板となるベースウエーハ１とＳＯＩ層となるボンドウエーハ２を用意する（図３（１））。支持基板となるベースウエーハ１の表面にゲッタリングサイトとなるポリシリコン層４を堆積する（図３（２））。次にベースウエーハ１の表面にＳｉ3 Ｎ4 膜１１を形成し（図３（３））、それを選択酸化マスクとするためにフォトリソグラフィー技術により選択的にエッチング除去する（図３（４））。次にＳｉ3 Ｎ4 膜１１をマスクとして、ベースウエーハ１の表面に埋め込み酸化膜となる酸化膜３を形成する（図３（５））。そしてマスクのＳｉ3 Ｎ4 膜１１を除去する（図３（６））。次に機械的研磨によって、ベースウエーハ１を平坦化する（図３（７））。そしてＳＯＩ層となるボンドウエーハ２を結合する（図３（８））。最後に、ボンドウエーハ２を研削・研磨加工、あるいは水素イオン注入剥離法等により薄膜化し、所望の膜厚のＳＯＩ層１２を有するＳＯＩウエーハ６を完成させる（図３（９））。
【００１１】
しかし、このような方法で製造されたＳＯＩウエーハには問題があった。すなわち上記の方法では、酸化膜（ＳｉＯ2 ）とシリコンの両方が露出している面を研磨により平坦化しているので、その境界部には両者の研磨速度の差に起因した段差が発生し易く、この段差が発生した状態でボンドウエーハと結合するとボイドの発生や結合強度が低下する原因となった。このため、この製造方法でのＳＯＩウエーハの生産性は低く、より適当な製造方法が望まれていた。
【００１２】
本発明は、上記問題に対してなされたもので、高いゲッタリング効果によりＳＯＩ層の重金属不純物が少なく、かつ生産性も高いＳＯＩウエーハの製造方法及びＳＯＩウエーハを提供することを主たる目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載した発明は、ゲッタリングサイトを形成した基板となるベースウエーハと、ＳＯＩ層となるボンドウエーハとを、埋め込み酸化膜となる酸化膜を介して結合し、該ボンドウエーハを簿膜化してＳＯＩ層とするＳＯＩウエーハの製造方法において、
前記ＳＯＩ層の表面に埋め込み酸化膜に達する開口部を形成し、該開口部に露出した埋め込み酸化膜をエッチングしてＳＯＩ層のオーバーハング部を形成した後に熱処理を施すことにより、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。
【００１４】
このように、ゲッタリングサイトをベースウエーハに形成するＳＯＩウエーハの製造方法において、ＳＯＩ層の表面に埋め込み酸化膜に達する開口部を形成し、該開口部に露出した埋め込み酸化膜をエッチングしてＳＯＩ層のオーバーハング部を形成した後に熱処理を施すことにより、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成するようにすれば、この連結領域からＳＯＩ層の重金属不純物を有効にゲッタリングすることが可能であり、後のデバイスプロセス等の熱処理により、一旦ゲッタリングされた不純物が再放出されることもない。さらに、この方法によれば、ベースウエーハとボンドウエーハとの間にボイドが発生したり、両ウエーハの結合強度が低下することもないため、生産性が低下することもない。
【００１５】
この場合、請求項２に記載したように、前記熱処理は、急速加熱・急速冷却装置を用いて、水素を含む還元性雰囲気中で行うことが好ましい。
このように、前記熱処理を急速加熱・急速冷却装置を用いて、水素を含む還元性雰囲気中で行えば、シリコンのリフローが生じやすくなるので、オーバーハング部がベースウエーハ側に付着し易くなる。さらに熱処理時間が短くて済むのでＳＯＩ層中の結晶欠陥から雰囲気中の水素が侵入し埋め込み酸化膜をエッチングするという問題も生じない。
尚、ここで、急速加熱・急速冷却とは、ランプ加熱器等で直ちに加熱処理する方法や、熱処理炉内にウエーハを直ちに投入し、直ちに取り出す方法等のように、熱処理炉への出し入れや昇降温を極めて短時間に行う方法のことである。
【００１６】
また、本発明の請求項３に記載した発明は、ゲッタリングサイトを形成した基板となるベースウエーハと、ＳＯＩ層となるボンドウエーハとを、埋め込み酸化膜となる酸化膜を介して結合し、該ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩ層とするＳＯＩウエーハの製造方法において、
前記ＳＯＩ層の表面に開口部のあるパターンを形成し、この開口部よりシリコンをイオン注入し、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成して、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。
【００１７】
このように、ゲッタリングサイトをベースウエーハに形成するＳＯＩウエーハの製造方法において、ＳＯＩ層の表面に開口部のあるパターンを形成し、この開口部よりシリコンをイオン注入し、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成して、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成するようにすれば、この連結領域からＳＯＩ層の重金属不純物を有効にゲッタリングすることが可能であり、後のデバイスプロセス等の熱処理により、一旦ゲッタリングされた不純物が再放出されることもない。さらに、この方法によれば、ベースウエーハとボンドウエーハとの間にボイドが発生したり、両ウエーハの結合強度が低下することもないため、生産性が低下することもない。
【００１８】
この場合、請求項４に記載したように、前記ゲッタリングサイトはベースウエーハをＩＧ熱処理して酸素析出核あるいは酸素析出物を析出することにより形成することができる。
このようにゲッタリングサイトをベースウエーハをＩＧ（Intrinsic gettering ）熱処理して酸素析出核あるいは酸素析出物を析出することにより形成すれば、ゲッタリングプロセス自体が新たな不純物を導入する恐れはなく、ＩＧ熱処理をクリーンルームで行えるといった利点を有する。
【００１９】
また、この場合請求項５に記載したように、前記ゲッタリングサイトはベースウエーハの少なくとも一方の面にポリシリコン層を堆積することによって形成することができる。
このようにゲッタリングサイトをベースウエーハの少なくとも一方の面にポリシリコン層を堆積することによって形成すれば、後のデバイスプロセス等の熱処理を複数回行ったとしてもゲッタリング効果が持続し、さらにポリシリコン層は酸素析出を促進するため、ＩＧ効果も高めることができる。
【００２０】
さらに、この場合請求項６に記載したように、前記ゲッタリングサイトはベースウエーハの少なくとも一方の面にダメージ層を設けることによって形成することができる。
このようにゲッタリングサイトをベースウエーハの少なくとも一方の面にダメージ層を設けることによって形成すれば、ゲッタリングサイト形成工程は簡易なものとなり、低コストでＳＯＩウエーハ製造を行うことができる。
【００２１】
そして、請求項７に記載したように、前記埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域は、スクライブラインと一致するように形成することが好ましい。
このように上記連結領域をデバイス作製時のスクライブラインに一致するように形成しておけば、デバイス作製後は各チップごとに分離して完全なＳＯＩ構造を得ることができる。
【００２２】
さらに、本発明の製造方法により製造されたＳＯＩウエーハ（請求項８）は、例えば、本発明の請求項９に記載したようにゲッタリングサイトを形成した基板とＳＯＩ層と両者の間の埋め込み酸化膜から成り、該埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を有するＳＯＩウエーハであって、
該連結領域は、ＳＯＩ層の表面に埋め込み酸化膜に達する開口部を形成し、該開口部に露出した埋め込み酸化膜をエッチングしてＳＯＩ層のオーバーハング部を形成した後に熱処理を加えることにより形成されたものであることを特徴とするＳＯＩウエーハである。
さらに、この場合、請求項１０に記載したように、前記熱処理は、急速加熱・急速冷却装置を用いて、水素を含む還元性雰囲気中で行われたものとすることができる。
【００２３】
あるいは、本発明の請求項１１に記載したように、ゲッタリングサイトを形成した基板とＳＯＩ層と両者の間の埋め込み酸化膜から成り、該埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を有するＳＯＩウエーハであって、
該連結領域は、ＳＯＩ層の表面よりシリコンをイオン注入し、埋め込み酸化膜を貫通するシリコンリッチ領域を部分的に設けることにより形成されたものであることを特徴とするＳＯＩウエーハである。
【００２４】
このようなＳＯＩウエーハであれば、高いゲッタリング能力により、デバイスが形成されるＳＯＩ層中の重金属不純物が非常に少なく、かつＳＯＩ層と支持基板との結合強度も高いＳＯＩウエーハとなる。
【００２５】
この場合、前記ゲッタリングサイトは、請求項１２に記載したようにベースウエーハをＩＧ熱処理して酸素析出核あるいは酸素析出物を析出することにより形成されたものとすることができ、請求項１３に記載したようにベースウエーハの少なくとも一方の面にポリシリコン層を堆積することによって形成されたものとすることができ、また請求項１４に記載したようにベースウエーハの少なくとも一方の面にダメージ層を設けることによって形成されたものとすることができる。
【００２６】
さらに、請求項１５および請求項１６に記載したように、連結領域はスクライブラインと一致して形成されているものとすることができる。
このようなＳＯＩウエーハであれば、デバイス作製後に各チップに分離して、完全なＳＯＩ構造を得ることができる。
【００２７】
以下、本発明についてさらに詳述するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明は、高いゲッタリング能力を得るために、支持基板となるベースウエーハ側にゲッタリングサイトを形成し、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成したＳＯＩウエーハを製造するにあたって、ベースウエーハとボンドウエーハとを結合した後に、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する方法により、高いゲッタリング能力と高い生産性とを合せ持つＳＯＩ基板を得ることができることを見出し、具体的な諸条件を精査して完成されたものである。
【００２８】
すなわち、従来の連結領域を有するＳＯＩウエーハの製造方法の欠点は、基板となるベースウエーハとＳＯＩ層となるボンドウエーハとを結合する前に、埋め込み酸化膜に連結領域となる部分を形成することにあった。このような方法では、埋め込み酸化膜のＳｉＯ2 と連結領域のＳｉとは研磨速度等が違うため、例えば研磨を行っても完全に平坦な面を得ることは難しかった。そのため、この面を結合面としてベースウエーハとボンドウエーハとを結合させると、ボイドが発生したり、結合強度が低下し、ウエーハの生産性の低下をもたらしていた。
【００２９】
そこで、本発明者はベースウエーハとボンドウエーハとを結合した後に、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成することを発想した。このようにすれば、ベースウエーハとボンドウエーハとの結合自体にはなんら影響を及ぶことがないため、ウエーハの結合不具合からウエーハの生産性や品質の低下が生じることもない。そこで本発明者は、ベースウエーハとボンドウエーハとの結合後に、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する具体的な方法を鋭意検討を重ねて本発明を開発した。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１は本発明の製造方法の一例を示した流れ図であり、ＳＯＩ層の表面に埋め込み酸化膜に達する開口部を形成し、該開口部に露出した埋め込み酸化膜をエッチングしてＳＯＩ層のオーバーハング部を形成した後に熱処理を施すことにより、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する方法について示したものである。
【００３１】
まず、ベースウエーハ１とボンドウエーハ２を用意する（図１（１））。ボンドウエーハ２の表面には後に埋め込み酸化膜となる熱酸化膜３を形成し（図１（２））、次に該酸化膜の上からボンドウエーハに水素イオンを注入し、微小気泡層（封入層）５を形成する（図１（３））。一方、ベースウエーハ１の表面にはゲッタリングサイトとなるポリシリコン層４を堆積する（図１（４））。そして、ボンドウエーハ２のイオン注入した面を酸化膜３を介してポリシリコン層４を形成したベースウエーハ１と室温で密着させる（図１（５））。次に５００℃以上の熱処理によりボンドウエーハ２を封入層５により剥離することによって薄膜化し（図１（６））、次いで結合熱処理を施して強固に結合することによって支持基板側にゲッタリングサイトを有するＳＯＩウエーハ６が作製される（図１（７））。
【００３２】
次に、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する。
まずＳＯＩ層表面に熱酸化膜１３を形成し（図１（８））、フォトレジスト７を塗布し（図１（９））、露光・現像して部分的に開口部８のあるパターンを形成する（図１（１０））。そして、ＨＦ水溶液により開口部８の酸化膜１３を除去した後（図１（１１））、硫酸と過酸化水素水溶液でフォトレジスト７を除去する（図１（１２））。さらに、ＫＯＨ水溶液により、開口部８のＳＯＩ層１２を除去する（図１（１３））。そして、ＨＦ水溶液により、ＳＯＩ層表面の酸化膜１３を除去するとともに開口部８に露出した埋め込み酸化膜３をオーバーエッチングして、ＳＯＩ層のオーバーハング部９を形成する（図１（１４））。最後に例えば高温水素アニールを施し、オーバーハング部９をベースウエーハ１側に付着させ、ＳＯＩ層と基板との連結領域１０を形成する（図１（１５））。
【００３３】
また、上記実施形態では、ボンドウエーハの薄膜化にイオン注入分離法（いわゆるスマートカットと呼ばれる技術）を用いたが、他の方法、例えば研削・研磨、気相エッチング、通常のエッチング等一般に用いられている方法でボンドウエーハの薄膜化を行ってもかまわない。
【００３４】
さらに、オーバーハング部をベースウエーハ側に付着させる熱処理は、急速加熱・急速冷却装置を用いて、水素を含む還元性雰囲気中で行うこともできる。このようにすると、シリコンのリフローが生じやすくなり、オーバーハング部がベースウエーハ側に付着し易くなる。また、急速加熱・急速冷却装置を用いた場合は熱処理時間が極めて短いため、ＳＯＩ層中の結晶欠陥から雰囲気中の水素が侵入し、埋め込み酸化膜をエッチングするようなことは生じない。
尚、このような、ＳＯＩウエーハを還元性雰囲気下で急速加熱・急速冷却することができる装置としては、熱放射によるランプ加熱器のような装置を挙げることができる。また、市販されているものとして、例えばＡＳＴ社製、ＳＨＳ−２８００のような装置を挙げることができ、これらは特別複雑で高価なものではない。
【００３５】
次に、本発明の製造方法の別の一例を示す。図２は、ＳＯＩ層の表面に開口部のあるパターンを形成し、この開口部よりシリコンをイオン注入し、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成することにより、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する方法について示したものである。
【００３６】
まず、ベースウエーハ１とボンドウエーハ２を用意する（図２（１））。ボンドウエーハ２の表面には後に埋め込み酸化膜となる熱酸化膜３を形成し（図２（２））、ベースウエーハ１の表面にはゲッタリングサイトとなるポリシリコン層４を堆積する（図２（３））。この酸化膜３を形成したボンドウエーハ２とポリシリコン層４を形成したベースウエーハ１とを室温で密着させて（図２（４））、例えば、１１００℃以上の熱処理を施し両ウエーハを強固に結合する（図２（５））。次にボンドウエーハ２を、研削・研磨の後、気相エッチングを施すことによりにより薄膜化してＳＯＩ層１２を形成し、支持基板側にゲッタリングサイトを有するＳＯＩウエーハ６が作製される（図２（６））。
【００３７】
次に、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する。
まずＳＯＩ層１２にフォトレジスト７を塗布し（図２（７））、露光・現像して部分的に開口部８のあるパターンを形成する（図２（８））。この開口部８よりシリコンをイオン注入する（図２（９））。開口部８から注入されたシリコンは埋込み酸化膜３に注入されるように、注入深さを調整する。開口されていない部分は、シリコンイオンがフォトレジスト７に捕捉されることになる。次に硫酸と過酸化水素水溶液でフォトレジスト７を除去する（図２（１０））。最後に窒素雰囲気でアニールしてイオン注入したシリコンを活性化して、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成することにより、ＳＯＩ層１２と基板との連結領域１０を形成する（図２（１１））。
【００３８】
上記実施形態では、ボンドウエーハの薄膜化を研削・研磨から気相エッチングを施すことによって行ったが、前述のように他の方法、例えばイオン注入分離法等一般に用いられる方法により行ってもかまわない。
また、部分的に開口部のあるパターンを形成する際には、フォトレジストを塗布する方法に限られず、例えば酸化膜を形成する方法によってもよい。
【００３９】
図１及び図２に示した方法では、ベースウエーハ側に形成するゲッタリングサイトをベースウエーハの表面にポリシリコン層を堆積することで形成した。このようにしてゲッタリングサイトを形成すると、デバイスプロセス等の熱処理を複数回行ったとしても、熱処理ごとにポリシリコン層からゲッタリングサイトとなる小さな積層欠陥が供給されるため、ゲッタリング効果が持続するという長所がある。さらにポリシリコン層は酸素析出を促進するため、ＩＧ効果をも高めることができる。
【００４０】
また、ベースウエーハの少なくとも一方の面にサンドブラスト等でダメージ層を設けることによっても、ゲッタリングサイトを形成することができる。このようにしてゲッタリングサイトを形成すると、極めて簡易に低コストでゲッタリングサイトを形成することができるという長所がある。
【００４１】
一方、ベースウエーハをＩＧ熱処理して酸素析出核や酸素析出物を析出させてゲッタリングサイトを形成しても良い。このようにしてゲッタリングサイトを形成すれば、ゲッタリングプロセス自体が新たな不純物を導入することがなく、ＩＧ熱処理をクリーンルーム内で行うことができる等の長所がある。
【００４２】
なお、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域は、デバイス作製時のスクライブラインに一致するように形成しておけば、デバイス作製後はこのスクライブラインから各チップに分離して完全なＳＯＩ構造を得ることができる。あるいは、必ずしも連結領域とスクライブラインとが一致していなくとも、デバイスの構成上、ＳＯＩ構造が不要な部位が連結領域になるように配置すれば、必要な箇所はＳＯＩ構造とすることができ、かつ高いゲッタリング効果を得ることができる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例を挙げて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１）
図１に示す方法でＳＯＩウエーハを製造した。
まず、それぞれ直径２００ｍｍ、Ｐ型、方位〈１００〉、抵抗率１０Ω・cmのベースウエーハ１及びボンドウエーハ２を用意して（図１（１））、ボンドウエーハ２の表面に熱酸化により膜厚７５ｎｍの酸化膜３を形成し（図１（２））、水素イオンを３１ｋｅＶの注入エネルギーで８×１０16atoms/cm2 の密度となるように注入し、封入層５を形成した（図１（３））。一方、ベースウエーハ１の表面にはポリシリコン層を１μｍ堆積した（図１（４））。
【００４４】
ボンドウエーハ２のイオン注入をした面とベースウエーハ１とを室温で密着させた（図１（５））。次に、窒素雰囲気下で５００℃、３０分間の剥離熱処理を加えて、ボンドウエーハ２を剥離・薄膜化し、厚さ２００ｎｍのＳＯＩ層１２を得た（図１（６））。窒素雰囲気下で１１００℃、２時間の結合熱処理を加えてＳＯＩ層１２を強固に結合し（図１（７））、ベースウエーハ１にポリシリコン層４を形成したＳＯＩウエーハ６を作製した。
【００４５】
次に、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との連結部を形成した。
ＳＯＩ層表面に膜厚２００ｎｍの熱酸化膜１３を形成した後（図１（８））、フォトレジスト７を塗布し（図１（９））、露光・現像して部分的に開口部８のあるパターンを作成した（図１（１０））。５％ＨＦ水溶液により開口部８の酸化膜１３を除去した後（図１（１１））、硫酸と過酸化水素水溶液でフォトレジスト７を除去した（図１（１２））。１０％ＫＯＨ水溶液（６０℃）により開口部８のＳＯＩ層１２を除去し（図１（１３））、５％ＨＦ水溶液により、開口部８に露出した埋め込み酸化膜をオーバーエッチングし、ＳＯＩ層のオーバーハング部９を形成した（図１（１４））。最後に１２００℃、６０秒の急速加熱急速冷却装置による水素アニールを行い、オーバーハング部をベースウエーハ１側に付着させ、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との連結部１０を形成した（図１（１５））。
【００４６】
このＳＯＩ基板のＳＯＩ層の表面に、５×１０12atoms/cm2 の銅及びニッケルを故意に塗布し、１１００℃で水蒸気を含む酸素雰囲気下の酸化を施した後、一般的な選択エッチング手法で表面の結晶欠陥密度を測定した。その結果、ＳＯＩ層表面の結晶欠陥密度は１０個／cm2 以下であり、高いゲッタリング効果を有することがわかった。またベースウエーハとボンドウエーハとの結合強度に問題はなく、この方法で１００枚のＳＯＩウエーハを製造した場合の良品率は１００％であった。
【００４７】
（実施例２）
図２に示す方法でＳＯＩウエーハを製造した。
まず、それぞれ直径２００ｍｍ、Ｐ型、方位〈１００〉、抵抗率１０Ω・cmのベースウエーハ１及びボンドウエーハ２を用意して（図２（１））、ボンドウエーハ２の表面に熱酸化により膜厚５００ｎｍの酸化膜３を形成し（図２（２））、ベースウエーハ１の表面にはポリシリコン層４を１μｍ堆積した（図２（３））。そして、ボンドウエーハ２とベースウエーハ１とを室温で密着させて（図２（４））、窒素雰囲気下で１１００℃、２時間の結合熱処理を加えた（図２（５））。さらに、研削・研磨によりボンドウエーハ２を厚さ４μｍにして、さらにＰＡＣＥ加工と呼ばれる特許第２５６５６１７号に記載の気相エッチングを施して厚さ０．３μｍのＳＯＩ層１２を有するＳＯＩウエーハ６を作製した（図２（６））。
【００４８】
次に、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との連結部を形成した。
ＳＯＩ層１２の表面にフォトレジスト７を塗布し（図２（７））、露光及び現像して部分的に開口部８のあるパターンを形成した（図２（８））。Ｓｉイオンを埋め込み酸化膜３に注入し（図２（９））、硫酸と過酸化水素水溶液でレジスト７を除去した（図２（１０））。最後に窒素雰囲気でアニールしてイオン注入したシリコンを活性化して、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成することにより、ＳＯＩ層と基板との連結領域１０を形成した（図２（１１））。
【００４９】
このＳＯＩ基板のＳＯＩ層１２の表面に、５×１０12atoms/cm2 の銅及びニッケルを塗布し、１１００℃で水蒸気を含む酸素雰囲気下の酸化を施した後、一般的な選択エッチング手法で表面の結晶欠陥密度を測定した。その結果、ＳＯＩ層表面の結晶欠陥密度は１０個／cm2 以下であり、高いゲッタリング効果を有することがわかった。またベースウエーハとボンドウエーハとの結合強度に問題はなく、この方法で１００枚のＳＯＩウエーハを製造した場合の良品率は１００％であった。
【００５０】
（比較例）
図３に示す方法でＳＯＩウエーハを製造した。
まず、それぞれ直径２００ｍｍ、Ｐ型、方位〈１００〉、抵抗率１０Ω・cmのベースウエーハ１及びボンドウエーハ２を用意した（図３（１））。ベースウエーハ１の表面にはポリシリコン層４を１μｍ堆積した（図３（２））。次にベースウエーハ１の表面にＳｉ3 Ｎ4 膜１１を形成し（図３（３））、それを選択酸化マスクとするためにフォトリソグラフィにより選択的にエッチング除去した（図３（４））。次にＳｉ3 Ｎ4 膜１１をマスクとして、ボンドウエーハ２の表面に熱酸化により膜厚５００ｎｍの酸化膜３を形成した（図３（５））。そしてマスクのＳｉ3 Ｎ4 膜１１を除去する（図３（６））。次に機械的研磨によって、ベースウエーハ１を平坦化する（図３（７））。そしてボンドウエーハ２とベースウエーハ１とを室温で密着させて、窒素雰囲気下で１１００℃、２時間の結合熱処理を加えた（図３（８））。さらに、研削・研磨によりボンドウエーハ２を厚さ４μｍにして、ＰＡＣＥ加工により厚さ０．３μｍのＳＯＩ層１２を有するＳＯＩウエーハを作製した（図３（９））。
【００５１】
このＳＯＩ基板のＳＯＩ層の表面に、５×１０12atoms/cm2 の銅及びニッケルを塗布し、１１００℃、２時間の水蒸気を含む酸素雰囲気下の酸化を施した後、一般的な選択エッチング手法で表面の結晶欠陥密度を測定した。その結果、ＳＯＩ層表面の結晶欠陥密度は１０個／cm2 以下であり、高いゲッタリング効果を有することがわかった。 しかし、べースウエーハとボンドウエーハとの間にはボイド（未結合部）が発生してしまった箇所があり、その部分の結合強度は低いものとなった。そのため、この方法で１００枚のＳＯＩウエーハを製造した場合の良品率は６０％にとどまった。
【００５２】
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。
【００５３】
例えば、上記実施形態で示した製造工程は例示列挙したにとどまり、この他にも洗浄、熱処理等種々の工程があり得るし、工程順の一部変更、一部省略等目的に応じ適宜工程は変更使用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法を用いることにより、ゲッタリング効果が高く、ＳＯＩ層中の重金属不純物が少ないＳＯＩウエーハを高い生産性で生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法の一例を示した流れ図であり、ＳＯＩ層の表面に埋め込み酸化膜に達する開口部を形成し、該開口部に露出した埋め込み酸化膜をエッチングしてＳＯＩ層のオーバーハング部を形成した後に熱処理を施すことにより、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する方法について示した図である。
【図２】本発明の製造方法の別の一例を示した流れ図であり、ＳＯＩ層の表面に開口部のあるパターンを形成し、この開口部よりシリコンをイオン注入し、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成することにより、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する方法について示した図である。
【図３】従来のＳＯＩ層と支持基板との連結領域が形成されたＳＯＩウエーハの製造方法を示した流れ図である。
【符号の説明】
１…ベースウエーハ、 ２…ボンドウエーハ、 ３，１３…酸化膜、
４…ポリシリコン層、 ５…微小気泡層（封入層）、 ６…ＳＯＩウエーハ、
７…フォトレジスト、 ８…開口部、 ９…オーバーハング部、
１０…連結領域、 １１…Ｓｉ3 Ｎ4 膜、 １２…ＳＯＩ層。
【発明の属する技術分野】
本発明はＳＯＩウエーハに関し、特にＳＯＩ層の重金属不純物が極めて少ないＳＯＩウエーハの製造方法及びＳＯＩウエーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
素子が構成される単結晶シリコン層（ＳＯＩ層）を埋め込み酸化膜上に形成するＳＯＩ（Silicon on insulator）ウエーハは、素子間の完全分離ができるため、絶縁耐圧、耐ラッチアップ等の特性向上が容易であり、素子と基板間の寄生容量を低減できるため、デバイス作動の高速化が可能であるといった優れた特性を有する。そのため、今日の高集積化半導体デバイスに対するさらなる高集積化、高速化の要求により、ＳＯＩウエーハの重要性は今後も増大するものと予想される。
【０００３】
このような高集積化半導体デバイスに使用されるＳＯＩウエーハの活性ＳＯＩ層に重金属不純物が存在すると、半導体デバイスの特性不良を起こしてしまう。特に最先端のデバイスに必要とされるクリーン度は重金属不純物濃度が１×１０9 atoms/cm2 以下と考えられており、ＳＯＩ層に存在する重金属不純物は極力減少させなければならない。このような重金属不純物を低減させる技術の一つとしてゲッタリング技術の重要性がますます高くなってきている。
【０００４】
ゲッタリングとは、素子形成領域以外に結晶欠陥等のゲッタリングサイトを形成し、これに重金属不純物を捕獲、固着する技術である。このゲッタリング技術をＳＯＩウエーハに適用するために、過去において種々の提案がなされた。
【０００５】
まず、ＳＯＩ層下部の埋め込み酸化膜上にゲッタリングサイトを形成する方法が考えられた。すなわち、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜の間に、ゲッタリングサイトとなる多結晶シリコン（ポリシリコン）層を形成し、ＳＯＩ層の重金属不純物をゲッタリングしようとする方法である（特許第２５３５５９６号、特開平６−２７５５２５号公報参照）。
【０００６】
しかし、この方法では、ゲッタリングサイトがデバイス活性層であるＳＯＩ層の近接領域にあるため、デバイスプロセス等の熱処理により、一旦ゲッタリングされた不純物がＳＯＩ層に再放出される危険性がある。特に、薄いＳＯＩ層を有するウエーハの場合、その危険性が高く問題であった。
【０００７】
そこで、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜の間ではなく、埋め込み酸化膜下部の支持基板側にゲッタリングサイトを形成する方法が考えられた。すなわち、埋め込み酸化膜と支持基板の間、又は支持基板の裏面にゲッタリング層を形成するか、あるいは、支持基板にＩＧ（Intrinsic gettering ）熱処理を加えてゲッタリングサイトとなる酸素析出核や酸素析出物を析出させる方法である（特開平８−１１６０３８号公報、特開平９−３２６３９６号公報参照）。
【０００８】
しかし、ＳＯＩ層中に取り込まれた重金属不純物がゲッタリングされるためには埋め込み酸化膜を通り抜ける必要があるが、最近の研究によるとＮｉ等の重金属は酸化膜中をほとんど拡散せず、通り抜けることができないことが判った。しかも、近年のデバイスプロセスの低温化に伴い、支持基板側にゲッタリングサイトを設けるゲッタリングはさらに困難になってきている。
【０００９】
そこで、支持基板側にゲッタリングサイトを形成してＳＯＩ層中の不純物をゲッタリングするために、埋め込み酸化膜中に貫通孔を設け、ＳＯＩ層と支持基板との連結領域を形成することが考えられた（特開平５−１２９３０９号公報、特開平６−２１６１３６号公報参照）。このような方法であれば、支持基板側のゲッタリングサイトからＳＯＩ層の重金属不純物を有効にゲッタリングすることが可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来、このようなＳＯＩ層と支持基板との連結領域が形成されたＳＯＩウエーハは、例えば以下のような方法で製造されていた。
すなわち図３に示すように、まず、支持基板となるベースウエーハ１とＳＯＩ層となるボンドウエーハ２を用意する（図３（１））。支持基板となるベースウエーハ１の表面にゲッタリングサイトとなるポリシリコン層４を堆積する（図３（２））。次にベースウエーハ１の表面にＳｉ3 Ｎ4 膜１１を形成し（図３（３））、それを選択酸化マスクとするためにフォトリソグラフィー技術により選択的にエッチング除去する（図３（４））。次にＳｉ3 Ｎ4 膜１１をマスクとして、ベースウエーハ１の表面に埋め込み酸化膜となる酸化膜３を形成する（図３（５））。そしてマスクのＳｉ3 Ｎ4 膜１１を除去する（図３（６））。次に機械的研磨によって、ベースウエーハ１を平坦化する（図３（７））。そしてＳＯＩ層となるボンドウエーハ２を結合する（図３（８））。最後に、ボンドウエーハ２を研削・研磨加工、あるいは水素イオン注入剥離法等により薄膜化し、所望の膜厚のＳＯＩ層１２を有するＳＯＩウエーハ６を完成させる（図３（９））。
【００１１】
しかし、このような方法で製造されたＳＯＩウエーハには問題があった。すなわち上記の方法では、酸化膜（ＳｉＯ2 ）とシリコンの両方が露出している面を研磨により平坦化しているので、その境界部には両者の研磨速度の差に起因した段差が発生し易く、この段差が発生した状態でボンドウエーハと結合するとボイドの発生や結合強度が低下する原因となった。このため、この製造方法でのＳＯＩウエーハの生産性は低く、より適当な製造方法が望まれていた。
【００１２】
本発明は、上記問題に対してなされたもので、高いゲッタリング効果によりＳＯＩ層の重金属不純物が少なく、かつ生産性も高いＳＯＩウエーハの製造方法及びＳＯＩウエーハを提供することを主たる目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載した発明は、ゲッタリングサイトを形成した基板となるベースウエーハと、ＳＯＩ層となるボンドウエーハとを、埋め込み酸化膜となる酸化膜を介して結合し、該ボンドウエーハを簿膜化してＳＯＩ層とするＳＯＩウエーハの製造方法において、
前記ＳＯＩ層の表面に埋め込み酸化膜に達する開口部を形成し、該開口部に露出した埋め込み酸化膜をエッチングしてＳＯＩ層のオーバーハング部を形成した後に熱処理を施すことにより、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。
【００１４】
このように、ゲッタリングサイトをベースウエーハに形成するＳＯＩウエーハの製造方法において、ＳＯＩ層の表面に埋め込み酸化膜に達する開口部を形成し、該開口部に露出した埋め込み酸化膜をエッチングしてＳＯＩ層のオーバーハング部を形成した後に熱処理を施すことにより、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成するようにすれば、この連結領域からＳＯＩ層の重金属不純物を有効にゲッタリングすることが可能であり、後のデバイスプロセス等の熱処理により、一旦ゲッタリングされた不純物が再放出されることもない。さらに、この方法によれば、ベースウエーハとボンドウエーハとの間にボイドが発生したり、両ウエーハの結合強度が低下することもないため、生産性が低下することもない。
【００１５】
この場合、請求項２に記載したように、前記熱処理は、急速加熱・急速冷却装置を用いて、水素を含む還元性雰囲気中で行うことが好ましい。
このように、前記熱処理を急速加熱・急速冷却装置を用いて、水素を含む還元性雰囲気中で行えば、シリコンのリフローが生じやすくなるので、オーバーハング部がベースウエーハ側に付着し易くなる。さらに熱処理時間が短くて済むのでＳＯＩ層中の結晶欠陥から雰囲気中の水素が侵入し埋め込み酸化膜をエッチングするという問題も生じない。
尚、ここで、急速加熱・急速冷却とは、ランプ加熱器等で直ちに加熱処理する方法や、熱処理炉内にウエーハを直ちに投入し、直ちに取り出す方法等のように、熱処理炉への出し入れや昇降温を極めて短時間に行う方法のことである。
【００１６】
また、本発明の請求項３に記載した発明は、ゲッタリングサイトを形成した基板となるベースウエーハと、ＳＯＩ層となるボンドウエーハとを、埋め込み酸化膜となる酸化膜を介して結合し、該ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩ層とするＳＯＩウエーハの製造方法において、
前記ＳＯＩ層の表面に開口部のあるパターンを形成し、この開口部よりシリコンをイオン注入し、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成して、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。
【００１７】
このように、ゲッタリングサイトをベースウエーハに形成するＳＯＩウエーハの製造方法において、ＳＯＩ層の表面に開口部のあるパターンを形成し、この開口部よりシリコンをイオン注入し、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成して、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成するようにすれば、この連結領域からＳＯＩ層の重金属不純物を有効にゲッタリングすることが可能であり、後のデバイスプロセス等の熱処理により、一旦ゲッタリングされた不純物が再放出されることもない。さらに、この方法によれば、ベースウエーハとボンドウエーハとの間にボイドが発生したり、両ウエーハの結合強度が低下することもないため、生産性が低下することもない。
【００１８】
この場合、請求項４に記載したように、前記ゲッタリングサイトはベースウエーハをＩＧ熱処理して酸素析出核あるいは酸素析出物を析出することにより形成することができる。
このようにゲッタリングサイトをベースウエーハをＩＧ（Intrinsic gettering ）熱処理して酸素析出核あるいは酸素析出物を析出することにより形成すれば、ゲッタリングプロセス自体が新たな不純物を導入する恐れはなく、ＩＧ熱処理をクリーンルームで行えるといった利点を有する。
【００１９】
また、この場合請求項５に記載したように、前記ゲッタリングサイトはベースウエーハの少なくとも一方の面にポリシリコン層を堆積することによって形成することができる。
このようにゲッタリングサイトをベースウエーハの少なくとも一方の面にポリシリコン層を堆積することによって形成すれば、後のデバイスプロセス等の熱処理を複数回行ったとしてもゲッタリング効果が持続し、さらにポリシリコン層は酸素析出を促進するため、ＩＧ効果も高めることができる。
【００２０】
さらに、この場合請求項６に記載したように、前記ゲッタリングサイトはベースウエーハの少なくとも一方の面にダメージ層を設けることによって形成することができる。
このようにゲッタリングサイトをベースウエーハの少なくとも一方の面にダメージ層を設けることによって形成すれば、ゲッタリングサイト形成工程は簡易なものとなり、低コストでＳＯＩウエーハ製造を行うことができる。
【００２１】
そして、請求項７に記載したように、前記埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域は、スクライブラインと一致するように形成することが好ましい。
このように上記連結領域をデバイス作製時のスクライブラインに一致するように形成しておけば、デバイス作製後は各チップごとに分離して完全なＳＯＩ構造を得ることができる。
【００２２】
さらに、本発明の製造方法により製造されたＳＯＩウエーハ（請求項８）は、例えば、本発明の請求項９に記載したようにゲッタリングサイトを形成した基板とＳＯＩ層と両者の間の埋め込み酸化膜から成り、該埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を有するＳＯＩウエーハであって、
該連結領域は、ＳＯＩ層の表面に埋め込み酸化膜に達する開口部を形成し、該開口部に露出した埋め込み酸化膜をエッチングしてＳＯＩ層のオーバーハング部を形成した後に熱処理を加えることにより形成されたものであることを特徴とするＳＯＩウエーハである。
さらに、この場合、請求項１０に記載したように、前記熱処理は、急速加熱・急速冷却装置を用いて、水素を含む還元性雰囲気中で行われたものとすることができる。
【００２３】
あるいは、本発明の請求項１１に記載したように、ゲッタリングサイトを形成した基板とＳＯＩ層と両者の間の埋め込み酸化膜から成り、該埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を有するＳＯＩウエーハであって、
該連結領域は、ＳＯＩ層の表面よりシリコンをイオン注入し、埋め込み酸化膜を貫通するシリコンリッチ領域を部分的に設けることにより形成されたものであることを特徴とするＳＯＩウエーハである。
【００２４】
このようなＳＯＩウエーハであれば、高いゲッタリング能力により、デバイスが形成されるＳＯＩ層中の重金属不純物が非常に少なく、かつＳＯＩ層と支持基板との結合強度も高いＳＯＩウエーハとなる。
【００２５】
この場合、前記ゲッタリングサイトは、請求項１２に記載したようにベースウエーハをＩＧ熱処理して酸素析出核あるいは酸素析出物を析出することにより形成されたものとすることができ、請求項１３に記載したようにベースウエーハの少なくとも一方の面にポリシリコン層を堆積することによって形成されたものとすることができ、また請求項１４に記載したようにベースウエーハの少なくとも一方の面にダメージ層を設けることによって形成されたものとすることができる。
【００２６】
さらに、請求項１５および請求項１６に記載したように、連結領域はスクライブラインと一致して形成されているものとすることができる。
このようなＳＯＩウエーハであれば、デバイス作製後に各チップに分離して、完全なＳＯＩ構造を得ることができる。
【００２７】
以下、本発明についてさらに詳述するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明は、高いゲッタリング能力を得るために、支持基板となるベースウエーハ側にゲッタリングサイトを形成し、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成したＳＯＩウエーハを製造するにあたって、ベースウエーハとボンドウエーハとを結合した後に、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する方法により、高いゲッタリング能力と高い生産性とを合せ持つＳＯＩ基板を得ることができることを見出し、具体的な諸条件を精査して完成されたものである。
【００２８】
すなわち、従来の連結領域を有するＳＯＩウエーハの製造方法の欠点は、基板となるベースウエーハとＳＯＩ層となるボンドウエーハとを結合する前に、埋め込み酸化膜に連結領域となる部分を形成することにあった。このような方法では、埋め込み酸化膜のＳｉＯ2 と連結領域のＳｉとは研磨速度等が違うため、例えば研磨を行っても完全に平坦な面を得ることは難しかった。そのため、この面を結合面としてベースウエーハとボンドウエーハとを結合させると、ボイドが発生したり、結合強度が低下し、ウエーハの生産性の低下をもたらしていた。
【００２９】
そこで、本発明者はベースウエーハとボンドウエーハとを結合した後に、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成することを発想した。このようにすれば、ベースウエーハとボンドウエーハとの結合自体にはなんら影響を及ぶことがないため、ウエーハの結合不具合からウエーハの生産性や品質の低下が生じることもない。そこで本発明者は、ベースウエーハとボンドウエーハとの結合後に、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する具体的な方法を鋭意検討を重ねて本発明を開発した。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１は本発明の製造方法の一例を示した流れ図であり、ＳＯＩ層の表面に埋め込み酸化膜に達する開口部を形成し、該開口部に露出した埋め込み酸化膜をエッチングしてＳＯＩ層のオーバーハング部を形成した後に熱処理を施すことにより、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する方法について示したものである。
【００３１】
まず、ベースウエーハ１とボンドウエーハ２を用意する（図１（１））。ボンドウエーハ２の表面には後に埋め込み酸化膜となる熱酸化膜３を形成し（図１（２））、次に該酸化膜の上からボンドウエーハに水素イオンを注入し、微小気泡層（封入層）５を形成する（図１（３））。一方、ベースウエーハ１の表面にはゲッタリングサイトとなるポリシリコン層４を堆積する（図１（４））。そして、ボンドウエーハ２のイオン注入した面を酸化膜３を介してポリシリコン層４を形成したベースウエーハ１と室温で密着させる（図１（５））。次に５００℃以上の熱処理によりボンドウエーハ２を封入層５により剥離することによって薄膜化し（図１（６））、次いで結合熱処理を施して強固に結合することによって支持基板側にゲッタリングサイトを有するＳＯＩウエーハ６が作製される（図１（７））。
【００３２】
次に、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する。
まずＳＯＩ層表面に熱酸化膜１３を形成し（図１（８））、フォトレジスト７を塗布し（図１（９））、露光・現像して部分的に開口部８のあるパターンを形成する（図１（１０））。そして、ＨＦ水溶液により開口部８の酸化膜１３を除去した後（図１（１１））、硫酸と過酸化水素水溶液でフォトレジスト７を除去する（図１（１２））。さらに、ＫＯＨ水溶液により、開口部８のＳＯＩ層１２を除去する（図１（１３））。そして、ＨＦ水溶液により、ＳＯＩ層表面の酸化膜１３を除去するとともに開口部８に露出した埋め込み酸化膜３をオーバーエッチングして、ＳＯＩ層のオーバーハング部９を形成する（図１（１４））。最後に例えば高温水素アニールを施し、オーバーハング部９をベースウエーハ１側に付着させ、ＳＯＩ層と基板との連結領域１０を形成する（図１（１５））。
【００３３】
また、上記実施形態では、ボンドウエーハの薄膜化にイオン注入分離法（いわゆるスマートカットと呼ばれる技術）を用いたが、他の方法、例えば研削・研磨、気相エッチング、通常のエッチング等一般に用いられている方法でボンドウエーハの薄膜化を行ってもかまわない。
【００３４】
さらに、オーバーハング部をベースウエーハ側に付着させる熱処理は、急速加熱・急速冷却装置を用いて、水素を含む還元性雰囲気中で行うこともできる。このようにすると、シリコンのリフローが生じやすくなり、オーバーハング部がベースウエーハ側に付着し易くなる。また、急速加熱・急速冷却装置を用いた場合は熱処理時間が極めて短いため、ＳＯＩ層中の結晶欠陥から雰囲気中の水素が侵入し、埋め込み酸化膜をエッチングするようなことは生じない。
尚、このような、ＳＯＩウエーハを還元性雰囲気下で急速加熱・急速冷却することができる装置としては、熱放射によるランプ加熱器のような装置を挙げることができる。また、市販されているものとして、例えばＡＳＴ社製、ＳＨＳ−２８００のような装置を挙げることができ、これらは特別複雑で高価なものではない。
【００３５】
次に、本発明の製造方法の別の一例を示す。図２は、ＳＯＩ層の表面に開口部のあるパターンを形成し、この開口部よりシリコンをイオン注入し、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成することにより、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する方法について示したものである。
【００３６】
まず、ベースウエーハ１とボンドウエーハ２を用意する（図２（１））。ボンドウエーハ２の表面には後に埋め込み酸化膜となる熱酸化膜３を形成し（図２（２））、ベースウエーハ１の表面にはゲッタリングサイトとなるポリシリコン層４を堆積する（図２（３））。この酸化膜３を形成したボンドウエーハ２とポリシリコン層４を形成したベースウエーハ１とを室温で密着させて（図２（４））、例えば、１１００℃以上の熱処理を施し両ウエーハを強固に結合する（図２（５））。次にボンドウエーハ２を、研削・研磨の後、気相エッチングを施すことによりにより薄膜化してＳＯＩ層１２を形成し、支持基板側にゲッタリングサイトを有するＳＯＩウエーハ６が作製される（図２（６））。
【００３７】
次に、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する。
まずＳＯＩ層１２にフォトレジスト７を塗布し（図２（７））、露光・現像して部分的に開口部８のあるパターンを形成する（図２（８））。この開口部８よりシリコンをイオン注入する（図２（９））。開口部８から注入されたシリコンは埋込み酸化膜３に注入されるように、注入深さを調整する。開口されていない部分は、シリコンイオンがフォトレジスト７に捕捉されることになる。次に硫酸と過酸化水素水溶液でフォトレジスト７を除去する（図２（１０））。最後に窒素雰囲気でアニールしてイオン注入したシリコンを活性化して、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成することにより、ＳＯＩ層１２と基板との連結領域１０を形成する（図２（１１））。
【００３８】
上記実施形態では、ボンドウエーハの薄膜化を研削・研磨から気相エッチングを施すことによって行ったが、前述のように他の方法、例えばイオン注入分離法等一般に用いられる方法により行ってもかまわない。
また、部分的に開口部のあるパターンを形成する際には、フォトレジストを塗布する方法に限られず、例えば酸化膜を形成する方法によってもよい。
【００３９】
図１及び図２に示した方法では、ベースウエーハ側に形成するゲッタリングサイトをベースウエーハの表面にポリシリコン層を堆積することで形成した。このようにしてゲッタリングサイトを形成すると、デバイスプロセス等の熱処理を複数回行ったとしても、熱処理ごとにポリシリコン層からゲッタリングサイトとなる小さな積層欠陥が供給されるため、ゲッタリング効果が持続するという長所がある。さらにポリシリコン層は酸素析出を促進するため、ＩＧ効果をも高めることができる。
【００４０】
また、ベースウエーハの少なくとも一方の面にサンドブラスト等でダメージ層を設けることによっても、ゲッタリングサイトを形成することができる。このようにしてゲッタリングサイトを形成すると、極めて簡易に低コストでゲッタリングサイトを形成することができるという長所がある。
【００４１】
一方、ベースウエーハをＩＧ熱処理して酸素析出核や酸素析出物を析出させてゲッタリングサイトを形成しても良い。このようにしてゲッタリングサイトを形成すれば、ゲッタリングプロセス自体が新たな不純物を導入することがなく、ＩＧ熱処理をクリーンルーム内で行うことができる等の長所がある。
【００４２】
なお、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域は、デバイス作製時のスクライブラインに一致するように形成しておけば、デバイス作製後はこのスクライブラインから各チップに分離して完全なＳＯＩ構造を得ることができる。あるいは、必ずしも連結領域とスクライブラインとが一致していなくとも、デバイスの構成上、ＳＯＩ構造が不要な部位が連結領域になるように配置すれば、必要な箇所はＳＯＩ構造とすることができ、かつ高いゲッタリング効果を得ることができる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例を挙げて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１）
図１に示す方法でＳＯＩウエーハを製造した。
まず、それぞれ直径２００ｍｍ、Ｐ型、方位〈１００〉、抵抗率１０Ω・cmのベースウエーハ１及びボンドウエーハ２を用意して（図１（１））、ボンドウエーハ２の表面に熱酸化により膜厚７５ｎｍの酸化膜３を形成し（図１（２））、水素イオンを３１ｋｅＶの注入エネルギーで８×１０16atoms/cm2 の密度となるように注入し、封入層５を形成した（図１（３））。一方、ベースウエーハ１の表面にはポリシリコン層を１μｍ堆積した（図１（４））。
【００４４】
ボンドウエーハ２のイオン注入をした面とベースウエーハ１とを室温で密着させた（図１（５））。次に、窒素雰囲気下で５００℃、３０分間の剥離熱処理を加えて、ボンドウエーハ２を剥離・薄膜化し、厚さ２００ｎｍのＳＯＩ層１２を得た（図１（６））。窒素雰囲気下で１１００℃、２時間の結合熱処理を加えてＳＯＩ層１２を強固に結合し（図１（７））、ベースウエーハ１にポリシリコン層４を形成したＳＯＩウエーハ６を作製した。
【００４５】
次に、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との連結部を形成した。
ＳＯＩ層表面に膜厚２００ｎｍの熱酸化膜１３を形成した後（図１（８））、フォトレジスト７を塗布し（図１（９））、露光・現像して部分的に開口部８のあるパターンを作成した（図１（１０））。５％ＨＦ水溶液により開口部８の酸化膜１３を除去した後（図１（１１））、硫酸と過酸化水素水溶液でフォトレジスト７を除去した（図１（１２））。１０％ＫＯＨ水溶液（６０℃）により開口部８のＳＯＩ層１２を除去し（図１（１３））、５％ＨＦ水溶液により、開口部８に露出した埋め込み酸化膜をオーバーエッチングし、ＳＯＩ層のオーバーハング部９を形成した（図１（１４））。最後に１２００℃、６０秒の急速加熱急速冷却装置による水素アニールを行い、オーバーハング部をベースウエーハ１側に付着させ、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との連結部１０を形成した（図１（１５））。
【００４６】
このＳＯＩ基板のＳＯＩ層の表面に、５×１０12atoms/cm2 の銅及びニッケルを故意に塗布し、１１００℃で水蒸気を含む酸素雰囲気下の酸化を施した後、一般的な選択エッチング手法で表面の結晶欠陥密度を測定した。その結果、ＳＯＩ層表面の結晶欠陥密度は１０個／cm2 以下であり、高いゲッタリング効果を有することがわかった。またベースウエーハとボンドウエーハとの結合強度に問題はなく、この方法で１００枚のＳＯＩウエーハを製造した場合の良品率は１００％であった。
【００４７】
（実施例２）
図２に示す方法でＳＯＩウエーハを製造した。
まず、それぞれ直径２００ｍｍ、Ｐ型、方位〈１００〉、抵抗率１０Ω・cmのベースウエーハ１及びボンドウエーハ２を用意して（図２（１））、ボンドウエーハ２の表面に熱酸化により膜厚５００ｎｍの酸化膜３を形成し（図２（２））、ベースウエーハ１の表面にはポリシリコン層４を１μｍ堆積した（図２（３））。そして、ボンドウエーハ２とベースウエーハ１とを室温で密着させて（図２（４））、窒素雰囲気下で１１００℃、２時間の結合熱処理を加えた（図２（５））。さらに、研削・研磨によりボンドウエーハ２を厚さ４μｍにして、さらにＰＡＣＥ加工と呼ばれる特許第２５６５６１７号に記載の気相エッチングを施して厚さ０．３μｍのＳＯＩ層１２を有するＳＯＩウエーハ６を作製した（図２（６））。
【００４８】
次に、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との連結部を形成した。
ＳＯＩ層１２の表面にフォトレジスト７を塗布し（図２（７））、露光及び現像して部分的に開口部８のあるパターンを形成した（図２（８））。Ｓｉイオンを埋め込み酸化膜３に注入し（図２（９））、硫酸と過酸化水素水溶液でレジスト７を除去した（図２（１０））。最後に窒素雰囲気でアニールしてイオン注入したシリコンを活性化して、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成することにより、ＳＯＩ層と基板との連結領域１０を形成した（図２（１１））。
【００４９】
このＳＯＩ基板のＳＯＩ層１２の表面に、５×１０12atoms/cm2 の銅及びニッケルを塗布し、１１００℃で水蒸気を含む酸素雰囲気下の酸化を施した後、一般的な選択エッチング手法で表面の結晶欠陥密度を測定した。その結果、ＳＯＩ層表面の結晶欠陥密度は１０個／cm2 以下であり、高いゲッタリング効果を有することがわかった。またベースウエーハとボンドウエーハとの結合強度に問題はなく、この方法で１００枚のＳＯＩウエーハを製造した場合の良品率は１００％であった。
【００５０】
（比較例）
図３に示す方法でＳＯＩウエーハを製造した。
まず、それぞれ直径２００ｍｍ、Ｐ型、方位〈１００〉、抵抗率１０Ω・cmのベースウエーハ１及びボンドウエーハ２を用意した（図３（１））。ベースウエーハ１の表面にはポリシリコン層４を１μｍ堆積した（図３（２））。次にベースウエーハ１の表面にＳｉ3 Ｎ4 膜１１を形成し（図３（３））、それを選択酸化マスクとするためにフォトリソグラフィにより選択的にエッチング除去した（図３（４））。次にＳｉ3 Ｎ4 膜１１をマスクとして、ボンドウエーハ２の表面に熱酸化により膜厚５００ｎｍの酸化膜３を形成した（図３（５））。そしてマスクのＳｉ3 Ｎ4 膜１１を除去する（図３（６））。次に機械的研磨によって、ベースウエーハ１を平坦化する（図３（７））。そしてボンドウエーハ２とベースウエーハ１とを室温で密着させて、窒素雰囲気下で１１００℃、２時間の結合熱処理を加えた（図３（８））。さらに、研削・研磨によりボンドウエーハ２を厚さ４μｍにして、ＰＡＣＥ加工により厚さ０．３μｍのＳＯＩ層１２を有するＳＯＩウエーハを作製した（図３（９））。
【００５１】
このＳＯＩ基板のＳＯＩ層の表面に、５×１０12atoms/cm2 の銅及びニッケルを塗布し、１１００℃、２時間の水蒸気を含む酸素雰囲気下の酸化を施した後、一般的な選択エッチング手法で表面の結晶欠陥密度を測定した。その結果、ＳＯＩ層表面の結晶欠陥密度は１０個／cm2 以下であり、高いゲッタリング効果を有することがわかった。 しかし、べースウエーハとボンドウエーハとの間にはボイド（未結合部）が発生してしまった箇所があり、その部分の結合強度は低いものとなった。そのため、この方法で１００枚のＳＯＩウエーハを製造した場合の良品率は６０％にとどまった。
【００５２】
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。
【００５３】
例えば、上記実施形態で示した製造工程は例示列挙したにとどまり、この他にも洗浄、熱処理等種々の工程があり得るし、工程順の一部変更、一部省略等目的に応じ適宜工程は変更使用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法を用いることにより、ゲッタリング効果が高く、ＳＯＩ層中の重金属不純物が少ないＳＯＩウエーハを高い生産性で生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法の一例を示した流れ図であり、ＳＯＩ層の表面に埋め込み酸化膜に達する開口部を形成し、該開口部に露出した埋め込み酸化膜をエッチングしてＳＯＩ層のオーバーハング部を形成した後に熱処理を施すことにより、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する方法について示した図である。
【図２】本発明の製造方法の別の一例を示した流れ図であり、ＳＯＩ層の表面に開口部のあるパターンを形成し、この開口部よりシリコンをイオン注入し、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成することにより、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成する方法について示した図である。
【図３】従来のＳＯＩ層と支持基板との連結領域が形成されたＳＯＩウエーハの製造方法を示した流れ図である。
【符号の説明】
１…ベースウエーハ、 ２…ボンドウエーハ、 ３，１３…酸化膜、
４…ポリシリコン層、 ５…微小気泡層（封入層）、 ６…ＳＯＩウエーハ、
７…フォトレジスト、 ８…開口部、 ９…オーバーハング部、
１０…連結領域、 １１…Ｓｉ3 Ｎ4 膜、 １２…ＳＯＩ層。
Claims (16)
- ゲッタリングサイトを形成した基板となるベースウエーハと、ＳＯＩ層となるボンドウエーハとを、埋め込み酸化膜となる酸化膜を介して結合し、該ボンドウエーハを簿膜化してＳＯＩ層とするＳＯＩウエーハの製造方法において、
前記ＳＯＩ層の表面に埋め込み酸化膜に達する開口部を形成し、該開口部に露出した埋め込み酸化膜をエッチングしてＳＯＩ層のオーバーハング部を形成した後に熱処理を施すことにより、埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を形成することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。 - 前記熱処理は、急速加熱・急速冷却装置を用いて、水素を含む還元性雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
- ゲッタリングサイトを形成した基板となるベースウエーハと、ＳＯＩ層となるボンドウエーハとを、埋め込み酸化膜となる酸化膜を介して結合し、該ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩ層とするＳＯＩウエーハの製造方法において、
前記ＳＯＩ層の表面に開口部のあるパターンを形成し、この開口部よりシリコンをイオン注入し、埋め込み酸化膜中にこれを貫通するシリコンリッチ領域を部分的に形成して、ＳＯＩ層と基板との連結領域を形成することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。 - 前記ゲッタリングサイトはベースウエーハをＩＧ熱処理して酸素析出核あるいは酸素析出物を析出することにより形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
- 前記ゲッタリングサイトはベースウエーハの少なくとも一方の面にポリシリコン層を堆積することによって形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
- 前記ゲッタリングサイトはベースウエーハの少なくとも一方の面にダメージ層を設けることによって形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
- 前記埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域は、スクライブラインと一致するように形成することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
- 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の方法により製造されたＳＯＩウエーハ。
- ゲッタリングサイトを形成した基板とＳＯＩ層と両者の間の埋め込み酸化膜から成り、該埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を有するＳＯＩウエーハであって、
該連結領域は、ＳＯＩ層の表面に埋め込み酸化膜に達する開口部を形成し、該開口部に露出した埋め込み酸化膜をエッチングしてＳＯＩ層のオーバーハング部を形成した後に熱処理を加えることにより形成されたものであることを特徴とするＳＯＩウエーハ。 - 前記熱処理は、急速加熱・急速冷却装置を用いて、水素を含む還元性雰囲気中で行われたものであることを特徴とする請求項９に記載のＳＯＩウエーハ。
- ゲッタリングサイトを形成した基板とＳＯＩ層と両者の間の埋め込み酸化膜から成り、該埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を有するＳＯＩウエーハであって、
該連結領域は、ＳＯＩ層の表面よりシリコンをイオン注入し、埋め込み酸化膜を貫通するシリコンリッチ領域を部分的に設けることにより形成されたものであることを特徴とするＳＯＩウエーハ。 - 前記ゲッタリングサイトはベースウエーハをＩＧ熱処理して酸素析出核あるいは酸素析出物を析出することにより形成されたものであることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハ。
- 前記ゲッタリングサイトはベースウエーハの少なくとも一方の面にポリシリコン層を堆積することによって形成されたものであることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハ。
- 前記ゲッタリングサイトはベースウエーハの少なくとも一方の面にダメージ層を設けることによって形成されたものであることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハ。
- 前記連結領域はスクライブラインと一致して形成されているものであることを特徴とする請求項９ないし請求項１４のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハ。
- ゲッタリングサイトを形成した基板とＳＯＩ層と両者の間の埋め込み酸化膜から成り、該埋め込み酸化膜を貫通するＳＯＩ層と基板との連結領域を有するＳＯＩウエーハであって、
前記連結領域はスクライブラインと一致して形成されているものであることを特徴とするＳＯＩウエーハ。
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