JP5565128B2

JP5565128B2 - 貼り合わせウエーハの製造方法

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Publication number: JP5565128B2
Application number: JP2010138685A
Authority: JP
Inventors: 徹石塚; 徳弘小林; 哲史岡; 正弘加藤; 宣彦能登
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-06-17
Also published as: JP2012004387A

Description

本発明は、イオン注入剥離法により単結晶シリコンウェーハを貼り合わせて作製する貼り合わせウエーハに関し、特に、ｎ型ドーパントの高濃度層を有するベースウェーハを使用した薄い埋め込み酸化膜層をもつＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエ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ＳＯＩウエーハが着目されている。さらに、ＳＯＩウエ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（ＢＯＸ層）の厚さについても、幅広い範囲での要求がある。

ＳＯＩウエーハの製造方法には、貼り合わせ法、ＳＩＭＯＸ（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙｉｍｐｌａｎｔｅｄｏｘｙｇｅｎ）法などがある。特に、貼り合わせ法の一つであるイオン注入剥離法（スマートカット（登録商標）法とも呼ばれる。）は幅広い膜厚範囲でＳＯＩ層を作製することができるため、薄いＳＯＩ層の作製においてよく用いられ、イオン注入剥離法を用いて作製されたＳＯＩウエーハが主流となっている。

このイオン注入剥離法において作製されたＳＯＩウエーハの表面、すなわち剥離面は面粗さが大きく、イオン注入等による表面のダメージや欠陥を数多く含んでいる。その為、該剥離面に半導体デバイスを形成して使用する目的においては、剥離工程後の工程として、該剥離面を平坦化し表面のダメージや欠陥を除去する工程が必要となる。また、平坦化の工程を適切に実行した後には、半導体デバイスを形成する上で必要とされる厚さまで、ＳＯＩ層の厚さを調整する工程が必要となる。該剥離面を平坦化し表面のダメージや欠陥を除去する工程及びＳＯＩ層の厚さを調整する工程の例として、下記のように、特許文献１や特許文献２に記載された方法がある。

例えば、特許文献１に記載されている方法は、剥離工程後の貼り合わせウエーハに対し、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熱処理を施すこと（熱処理工程）により剥離面の平坦化を行い表面のダメージや欠陥を除去し、その後、該貼り合わせウエーハに熱酸化を行ってＳＯＩ層の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去すること（犠牲酸化処理工程）によりＳＯＩ層の厚さを調節する貼り合わせウエーハの製造方法である。同様に、特許文献２には、剥離工程後の貼り合わせウエーハに対し、非還元性雰囲気中で急速熱アニーリング（ＲＴＡ）を行った後に犠牲酸化を行うことが記載されている。

一方で、ＳＯＩ層上に形成する半導体デバイスの設計上の要請から、貼り合わせＳＯＩウエーハのベースウェーハとして、リン等のｎ型ドーパントを高濃度に含むウエーハを使用する必要性が生ずる場合がある。この場合、ｎ型ドーパントを高濃度に含むウエーハとは、厚さ方向全てにわたりｎ型ドーパントを高濃度に含むｎ型ウェーハ（ｎ⁺ウェーハ）である場合の他、ボンドウエーハとの貼り合わせ面側にｎ型ドーパントを高濃度に含むｎ⁺エピタキシャル層を有するｐ型（またはｎ型）ウエーハである場合、あるいは、ボンドウエーハとの貼り合わせ面側にｐ型（またはｎ型）のドーパントを低濃度に含むエピタキシャル層を含有するｎ⁺ウエーハである場合をも含む。そして、これらのリン等のｎ型ドーパントを高濃度に含むウエーハをベースウェーハに使用した貼り合わせＳＯＩウエーハの製造過程においても、従来技術として上述したような平坦化のための熱処理工程や膜厚調整のための犠牲酸化処理工程を適用する必要がある。しかしながら、熱処理工程と犠牲酸化処理工程において、ベースウェーハに含有されるｎ型ドーパントの影響により、ＳＯＩ層中にリン等のｎ型ドーパントが拡散して濃縮されるという問題があった。

このような問題は、ｎ型の通常濃度（抵抗率で数Ωｃｍ程度）のベースウェーハを使用した場合でも、ＳＯＩ層の抵抗率が高ければ、同様に問題となる場合がある。

以上説明したように、ｎ型ドーパントを含むウエーハをベースウエーハとして用いる貼り合わせウエーハの製造方法において、これら熱処理工程及び犠牲酸化処理工程からなる方法を用いると、ベースウェーハに含有されるｎ型ドーパントの影響により、ＳＯＩ層中にリン等のｎ型ドーパントが濃縮されるという新たな問題が生じ、品質の低下を招いていた。そのため、これらの熱処理工程及び犠牲酸化処理工程のみでは多様な貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法としては不十分であり、ＳＯＩ層中にリン等のｎ型ドーパントが濃縮されることを抑制する工程が望まれていた。

ＷＯ２００３／０９３８６特表２００４−５３５６８５

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、リン等のｎ型ドーパントを含有するウエーハをベースウェーハとして用いる貼り合わせウエーハの製造方法において、熱処理工程によるウエーハの平坦化と犠牲酸化処理工程によるＳＯＩ層の膜厚調整の効果を維持しながらも、貼り合わせウエーハの薄膜（ＳＯＩ層）中にｎ型ドーパントが濃縮されることを抑制できる貼り合わせウエ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、少なくとも、
ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウエーハと支持基板となるベースウェーハとを接合する工程と、前記微小気泡層を境界としてボンドウエーハを剥離して前記ベースウェーハ上に薄膜を形成する工程と、前記ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハに、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熱処理を施す熱処理工程と、その後、該貼り合わせウエーハに熱酸化を行って前記薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去することにより前記薄膜の厚さを減ずる犠牲酸化工程とを有する貼り合わせウエーハの製造方法において、
前記ベースウェーハとして、少なくとも貼り合わせ面側の表面層がｎ型であるウエーハを用い、前記熱処理工程の後であって前記犠牲酸化工程の前に、前記薄膜の表面をエッチングにより一部除去する工程を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法を提供する。

このような貼り合わせウエーハの製造方法であれば、前記熱処理工程の後であって前記犠牲酸化工程の前に、前記薄膜の表面をエッチングにより一部除去する工程を含むため、前記熱処理工程の後にベースウエーハに含有されるｎ型ドーパントが外方拡散によりＳＯＩ層の表面に付着したとしても、これを除去することができ、さらに、続く犠牲酸化工程においてＳＯＩ層の表面に付着したｎ型ドーパントが、酸化膜の成長とともにＳＯＩ層であるシリコン側に押しやられ、その結果ＳＯＩ層中のリン等のｎ型ドーパントの濃度が濃縮されて上昇してしまうことを抑制することができる。従って、本発明であればリン等のｎ型ドーパントを含有するウエーハをベースウェーハとして用いる貼り合わせウエーハの製造方法において、熱処理工程によるウエーハの平坦化と犠牲酸化処理工程によるＳＯＩ層の膜厚調整の効果を維持しながらも、貼り合わせウエーハの薄膜（ＳＯＩ層）中にｎ型ドーパントが濃縮されることを抑制できる貼り合わせウエーハの製造方法を提供することができる。

また、前記ボンドウエーハとして、表面に熱酸化膜を形成した後、前記ガスイオンの注入を行ったものを用いることが好ましい。

単結晶シリコンウェーハの表面にあらかじめ薄いシリコン酸化膜などの絶縁膜を形成しておき、それを通してイオン注入を行えば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られる。これにより、剥離工程後のＳＯＩウエーハ表面における面粗さ、表面のダメージや欠陥がより抑制できる貼り合わせウエーハ製造方法を提供することができる。

さらに、前記ベースウェーハとして、ｎ型領域のｎ型ドーパント濃度が５×１０^１８／ｃｍ^３以上であるものを用いることも可能である。

このようなｎ型ドーパントを高濃度に含有するベースウエーハを用いたとしても、本発明に係る貼り合わせウエーハの製造方法であれば、前記熱処理工程の後であって前記犠牲酸化工程の前に、前記薄膜の表面をエッチングにより一部除去する工程を含むため、前記熱処理工程の後にベースウエーハに含有されるｎ型ドーパントが外方拡散によりＳＯＩ層の表面に付着したとしても、これを除去することができ、さらに、続く犠牲酸化工程においてＳＯＩ層の表面に付着したｎ型ドーパントが、酸化膜の成長とともにＳＯＩ層であるシリコン側に押しやられ、その結果ＳＯＩ層中のリン等のｎ型ドーパントの濃度が濃縮されて上昇してしまうことを抑制することができる。すなわち、ベースウエーハとしてｎ型ドーパントの濃度が５×１０^１８／ｃｍ^３以上であるものを用いたとしても、ＳＯＩ層中にｎ型ドーパントが濃縮されることをより抑制できる貼り合わせウエーハ製造方法を提供することができる。ドーパント濃度の上限は特に限定されないが、例えば１×１０^２０／ｃｍ^３以下とすることができる。

また、前記薄膜の表面をエッチングにより一部除去する工程において、取代を５ｎｍ以上とすることが好ましい。

本発明によれば、平坦化の熱処理工程を行った後、薄膜（ＳＯＩ層）の表面をエッチングにより除去することで、外方拡散により熱処理雰囲気中に混入し、ＳＯＩ層の表面に付着したｎ型ドーパントを除去することができる。この目的において、薄膜（ＳＯＩ層）の表面のエッチングを実施する際には、薄膜（ＳＯＩ層）の表面に付着したリン等のｎ型ドーパントを除去するのに必要なエッチング取代を確保することが望ましい。通常の表面洗浄工程などにおける表面のエッチングの取代は、一般的には０．１ｎｍから多くても３ｎｍ程度である。しかし、本発明において、外方拡散により付着したｎ型ドーパントを除去することを目的とする場合は、それよりも意識的に大きなエッチング取代、具体的には５ｎｍ以上のエッチング取代を選択することでより確実にＳＯＩ層の表面に付着したｎ型ドーパントを除去することができる。よって、前記薄膜の表面をエッチングにより一部除去する工程において、取代を５ｎｍ以上とすることによりＳＯＩ層中にｎ型ドーパントが濃縮されることをより抑制できる貼り合わせウエーハ製造方法を提供することができる。エッチングの取代の上限は特に限定されないが、エッチング時間が長くなるとコストアップにつながるため５０ｎｍ以下とすることが好ましく、２０ｎｍ以下がより好ましい。

さらに、前記熱処理工程において、熱処理温度を１１５０℃以下とすることが好ましい。

熱処理の温度が高温である場合、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ層）がない直接接合の貼り合わせウエーハはもちろん、ＢＯＸ層があるＳＯＩウエーハであっても、ＢＯＸ層の膜厚が薄い場合には、ｎ型ドーパントは外方拡散のみならず、ＢＯＸ層を通じて固体中を拡散することで薄膜（ＳＯＩ層）へ到達する。また、熱処理中には、薄膜（ＳＯＩ層）表面に付着したｎ型ドーパントが表面から薄膜（ＳＯＩ層）の内側への拡散する現象も発生する。これらの拡散の大きさは熱処理の温度に大きく依存するが、上記のエッチングによる表面付着ｎ型ドーパントの除去という目的においては、この熱処理の温度は低温であることが望ましく、具体的には１１５０℃以下の熱処理温度を選択し実施することが好ましい。前記熱処理工程において、熱処理温度を１１５０℃以下とすることによりにＳＯＩ層中にｎ型ドーパントが濃縮されることをより抑制できる貼り合わせウエーハ製造方法を提供することができる。

また、前記熱処理工程において、ＲＴＡ炉を使用して熱処理することが好ましい。

ｎ型ドーパントの拡散の大きさは、熱処理の温度のみならず熱処理の時間にも当然依存する。上記のエッチングによる表面付着リン等のｎ型ドーパントの除去という目的においては、熱処理の時間は短時間であることが望ましく、この目的には、ＲＴＡ炉（ランプ加熱型熱処理炉）を使用した熱処理を選択することが望ましい。これにより、熱処理の時間を短縮することができ、結果としてＳＯＩ層中にｎ型ドーパントが濃縮されることをより抑制できる貼り合わせウエーハ製造方法を提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、リン等のｎ型ドーパントを含有するウエーハをベースウェーハとして用いる貼り合わせウエーハの製造方法において、熱処理工程によるウエーハの平坦化と犠牲酸化処理工程によるＳＯＩ層の膜厚調整の効果を維持しながらも、貼り合わせウエーハの薄膜（ＳＯＩ層）中にｎ型ドーパントが濃縮されることを抑制できる貼り合わせウエーハの製造方法を提供することができる。

：本発明の貼り合わせウエーハの製造方法のフローチャート

以下、本発明につき詳しく説明する。
前述のように、ｎ型ドーパントを含むウエーハをベースウエーハとして用いる貼り合わせウエーハの製造方法においてこれら熱処理工程及び犠牲酸化処理工程からなる方法を用いたとしても、ＳＯＩ層中にｎ型ドーパントが濃縮されることを抑制できる貼り合わせウエーハ製造方法が望まれていた。

本発明者は、リン等のｎ型ドーパントを高濃度に含むｎ⁺ウエーハをベースウェーハに使用したＳＯＩウエーハの製造過程において、特許文献で記述されたような平坦化の熱処理工程を適用する場合に、ベースウェーハに含有されるｎ型ドーパントが外方拡散により熱処理雰囲気中に混入し、ＳＯＩ層の表面に付着し、引続き実施される犠牲酸化の工程において、ＳＯＩ層の表面に付着したリン等のｎ型ドーパントは、酸化膜の成長とともにＳＯＩ層であるシリコン側に押しやられ、その結果ＳＯＩ層中のリン等のｎ型ドーパントの濃度が濃縮されて上昇してしまうということを見出した。また本発明者は、イオン注入剥離法により貼り合わせウエーハを作製すると、剥離後の貼り合わせウエーハの周辺部の幅数ｍｍの領域には、ベースウェーハの貼り合わせ面が露出した領域（テラス部）が存在するため、この領域がｎ型ドーパントを高濃度に含有していると、平坦化のための高温熱処理工程でのドーパントの外方拡散は避けらず、その後の犠牲酸化工程による濃縮が生じ、その結果ＳＯＩ層中のリン等のｎ型ドーパントの濃度が濃縮されて上昇してしまうということを見出した。

このような問題は、ｎ型ドーパントの通常濃度（抵抗率で数Ωｃｍ程度）のベースウェーハを使用した場合でも、ＳＯＩ層の抵抗率が高ければ、外方拡散が微量でもその後の犠牲酸化工程により、ＳＯＩ層中にｎ型ドーパントの濃縮が起こり問題となる場合がある。

また、イオン注入剥離法により貼り合わせウエーハを作製すると、剥離後の貼り合わせウエーハの周辺部の幅数ｍｍの領域には、ベースウェーハの貼り合わせ面が露出した領域（テラス部）が存在するため、この領域がｎ型ドーパントを高濃度に含有していると、近接する薄膜へのドーパントの外方拡散が発生しやすくなってしまう。

一方、このような問題は、予めベースウェーハの表面に熱酸化膜を形成した状態でボンドウエーハと貼り合わせてＳＯＩウエーハを作製することによって抑制されるが、ボンドウエーハのみに酸化膜を形成してＳＯＩウエーハを作製する際には、剥離後のテラス部にはベースウェーハの表面が露出しているため、平坦化ための高温熱処理工程でのドーパントの外方拡散は避けらず、その後の犠牲酸化工程により、ＳＯＩ層中にｎ型ドーパントの濃縮が起こり問題が顕在化してしまう。

本発明者は、これらに対して鋭意検討を行った結果、前記熱処理工程の後であって前記犠牲酸化工程の前に、前記薄膜の表面をエッチングにより厚さ方向に一部除去する工程を行うことによりＳＯＩ層の表面に付着したｎ型ドーパントをＳＯＩ層の全面にわたり除去することで改善できることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の貼り合わせウエーハの製造方法は、
少なくとも、ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウエーハと支持基板となるベースウェーハとを接合する工程と、前記微小気泡層を境界としてボンドウエーハを剥離して前記ベースウェーハ上に薄膜を形成する工程と、前記ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハに、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熱処理を施す熱処理工程と、その後、該貼り合わせウエーハに熱酸化を行って前記薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去することにより前記薄膜の厚さを減ずる犠牲酸化工程とを有する貼り合わせウエーハの製造方法において、
前記ベースウェーハとして、少なくとも貼り合わせ面側の表面層がｎ型であるウエーハを用い、前記熱処理工程の後であって前記犠牲酸化工程の前に、前記薄膜の表面をエッチングにより一部除去する工程を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法である。
以下、本発明の実施の形態を図１を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（ｎ型ドーパント含有ベースウエーハ）
例えば、ボンドウエーハ１として用いるｐ型通常抵抗率（１〜５０Ωｃｍ）のシリコン単結晶ウエーハと、ベースウェーハ２として用いるリンを含有しボンドウエーハより抵抗率の低い（ｎ型ドーパント濃度が高い）ｎ型ドーパントを高濃度に含むウエーハを用意する（図１（ａ））。この場合、ｎ型ドーパントを高濃度に含むウエーハとは、厚さ方向全てにわたりｎ型ドーパントを高濃度に含むｎ型ウェーハ（ｎ⁺ウェーハ）である場合の他、ボンドウエーハとの貼り合わせ面側にｎ型ドーパントを高濃度に含むｎ⁺エピタキシャル層を有するｐ型（またはｎ型）ウエーハ、あるいは、ボンドウエーハとの貼り合わせ面側にｐ型またはｎ型のドーパントを低濃度に含むエピタキシャル層を含有するｎ⁺ウエーハも含む。なお、ｎ型ドーパントの濃度は５×１０¹⁸／ｃｍ³以上の高濃度であっても、本発明によれば、貼り合わせウエーハの薄膜（ＳＯＩ層）中にｎ型ドーパントが濃縮されることを抑制できる貼り合わせウエーハ製造方法を提供することができる。

（熱酸化膜形成工程）
ＳＯＩ層となるボンドウエーハ１に対して酸化性雰囲気で熱処理を行い、その表面に、絶縁膜として熱酸化膜３を形成する（図１（ｂ））。なお、熱酸化処理を行う前に、還元性雰囲気で処理して自然酸化膜を除去し、これによりウエーハ表面の欠陥や不純物を除去しておいても良い。

（イオン注入工程）
熱酸化膜のついたボンドウエーハにガスイオン（例えば水素イオン）を注入する。これにより、ボンドウエーハ内部にイオン注入層４が形成される（図１（ｃ））。ガスイオンを注入するのは熱酸化膜形成後であることが好ましい。単結晶シリコンウェーハの表面にあらかじめ薄いシリコン酸化膜などの絶縁膜を形成しておき、それを通してイオン注入を行えば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られ、これにより、剥離工程後のＳＯＩウエーハ表面における面粗さ、表面のダメージや欠陥をより抑制できるからである。なお、イオン注入条件は、最終的に形成させるＳＯＩ層の厚さ等を考慮して、イオン種、注入エネルギー、注入量を設定すれば良い。

（貼り合わせ工程）
イオン注入した後にボンドウエーハのイオン注入された側の表面とベースウェーハの表面とを酸化膜を介して貼り合わせる。これにより２枚のウエーハは接合される（図１（ｄ））。

（剥離工程）
貼り合せた２枚のウエーハに剥離用の熱処理（例えば、アルゴン雰囲気、５００℃、３０分）を行ってイオン注入層で分離し、リン等のｎ型ドーパントを含有するｎ型シリコンウェーハの表面にＳＯＩ層を形成することでＳＯＩウエーハ５を製造する（図１（ｅ））。

（熱処理工程）
このＳＯＩウエーハ５を、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熱処理を行う。イオン注入層を分離して形成されたＳＯＩ層の表面の面粗さやダメージは、熱処理によって回復しＳＯＩ層表面が平坦化されたＳＯＩウエーハ６が得られる（図１（ｆ））。この熱処理は、平坦化を目的とする熱処理であるために、平坦化が実現される温度以上（１０００℃以上）の温度で処理される必要がある。

しかしながら、上述したように、この熱処理工程においてベースウェーハに含有されるｎ型ドーパントが外方拡散により熱処理雰囲気中に混入し、ＳＯＩ層の表面に付着する。さらに、過度の高温にて熱処理を施すと、リン等のｎ型ドーパントの付着はＳＯＩ層の表面に留まらずに、ＳＯＩ層の全てにおいて拡散してしまう問題点もあり、この場合は、続くエッチング工程において本発明の効果を十分に発揮できない場合がある。そこで、リン等のｎ型ドーパントの付着をＳＯＩ層の表面に留めておく目的においては、熱処理はできる限り低温で行われることが望ましい。すなわち、熱処理温度は要請される平坦化処理の効果と、リン等のｎ型ドーパント拡散防止の効果との、トレードオフにより、場合によってその都度決定されるものであるが、一つの指標としては、リン等のｎ型ドーパントの拡散防止の観点から、温度は１１５０度以下であることが好ましいと言える。

また、この熱処理は、バッチ式炉で行われる場合もあるし、ランプ式加熱炉などのＲＴＡ炉で行われる場合もある。ここで、温度の問題と同様に、熱処理時間の観点からも、平坦化処理の効果と、リン等のｎ型ドーパント拡散防止の効果との、トレードオフにより、場合によってその都度決定されるものであるが、一つの指標としては、リン等のｎ型ドーパントの拡散防止の観点から、熱処理時間を短くすることが好ましく、それを実現する目的で、ＲＴＡ炉を選択することがより好ましい。

（エッチング工程）
ＳＯＩ層表面を平坦化するための熱処理工程に続き、エッチング工程が実施される（図１（ｇ））。これにより、ベースウエーハからの外方拡散によりＳＯＩ表面に付着したｎ型ドーパントが除去されたＳＯＩウエーハ７が得られる。エッチング工程では、熱処理工程でＳＯＩ層表面に付着したリン等のｎ型ドーパントを除去するのに十分なエッチングの取代が必要となる。その取代は、前述の熱処理の条件により決定されるリン等のｎ型ドーパントの拡散の程度により、場合によってその都度調整されるものであるが、一つの指標としては、通常の洗浄で行われる取代である０．１ｎｍから３ｎｍ程度の取代よりも、意識的に大きくした取代、具体的には、５ｎｍ以上の取代であることが好ましい。ｎ型ドーパントを除去するのに必要な取代を除去することで続く犠牲酸化工程においてｎ型ドーパントがＳＯＩ層中に濃縮することを抑制することができる。エッチングに使用するエッチャントは特に限定されるものではないが、例えばアンモニア過水混合溶液、その他のアルカリ系エッチャント等とすることができ、通常の洗浄で行われるよりも多い取代のエッチングを実現するものであればよい。

（犠牲酸化工程）
エッチング工程に引続き、犠牲酸化工程が施される（図１（ｈ））。目標とするＳＯＩ層膜厚から計算した目標酸化膜厚を得るように酸化熱処理を施し、ＨＦ洗浄等によって表面酸化膜を除去することにより、目標とするＳＯＩ層厚をもつＳＯＩウエーハ８を実現する。この工程における酸化熱処理の条件については、目標とする酸化膜厚を得る目的を実現するものであれば限定されるものではない。

以上のような工程により、リン等のｎ型ドーパントを含有するウエーハをベースウェーハとして用いる貼り合わせウエーハの製造方法において、熱処理工程によるウエーハの平坦化と犠牲酸化処理工程によるＳＯＩ層の膜厚調整の効果を維持しながらも、貼り合わせウエーハの薄膜（ＳＯＩ層）中にｎ型ドーパントが濃縮されることを抑制できる貼り合わせウエーハの製造方法を提供することができる。以上の工程を経て形成されたＳＯＩウエーハは、ウエーハの薄膜（ＳＯＩ層）中にｎ型ドーパントが濃縮されることを抑制できたものとなる。

以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

（実施例１）
抵抗率が１０Ωｃｍのｐ型通常抵抗率のシリコン単結晶ウェーハ（ボンドウェーハ）に、１５０ｎｍの熱酸化膜を形成した。そこに、５．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のドーズ量で水素イオンを注入した。この水素イオン注入済みボンドウエーハを、抵抗率が１０Ωｃｍのｐ型通常抵抗率のシリコン単結晶ウエーハの表面に３ｍΩｃｍのリンドープｎ^＋型エピタキシャル層（リン濃度２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、膜厚３μｍ）をエピタキシャル成長させたウェーハ（ベースウェーハ）の表面に貼り合わせた。その後、剥離熱処理（アルゴン雰囲気、５００℃、３０分）を施して貼り合わせＳＯＩウエーハを作製した。作製されたＳＯＩウエーハの周辺の幅２ｍｍには、ベースウェーハのｎ^＋型エピタキシャル層の表面が露出したテラス部が形成された。このＳＯＩウエーハに対して、水素１００％の雰囲気、１１００℃、６０秒の平坦化熱処理を実施した。その後、エッチング取代が２ｎｍであるアンモニア過水洗浄を施した。その後、犠牲酸化を実施して目標とするＳＯＩ層厚８０ｎｍを得た。ＳＯＩ層中のリン濃度をＳＩＭＳ（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により測定したところ、ＳＯＩ層からは、３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のリン濃度を検出した。

（実施例２）
抵抗率が１０Ωｃｍのｐ型通常抵抗率のシリコン単結晶ウェーハ（ボンドウェーハ）に、１５０ｎｍの熱酸化膜を形成した。そこに、５．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のドーズ量で水素イオンを注入した。この水素イオン注入済みボンドウエーハを、抵抗率が１０Ωｃｍのｐ型通常抵抗率のシリコン単結晶ウエーハの表面に３ｍΩｃｍのリンドープｎ^＋型エピタキシャル層（リン濃度２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、膜厚３μｍ）をエピタキシャル成長させたウェーハ（ベースウェーハ）の表面に貼り合わせた。その後、剥離熱処理（アルゴン雰囲気、５００℃、３０分）を施して貼り合わせＳＯＩウエーハを作製した。作製されたＳＯＩウエーハの周辺の幅２ｍｍには、ベースウェーハのｎ＋型エピタキシャル層の表面が露出したテラス部が形成された。このＳＯＩウエーハに対して、水素１００％の雰囲気、１１００℃、６０秒の平坦化熱処理を実施した。その後、エッチング取代が９ｎｍであるアンモニア過水洗浄を施した。その後、犠牲酸化を実施して目標とするＳＯＩ層厚８０ｎｍを得た。ＳＯＩ層中のリン濃度をＳＩＭＳにより測定したところ、ＳＯＩ層からは、８×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のリン濃度を検出した。すなわち、検出されたリン濃度は、実施例１に比べて約１／４の濃度に抑制されていることがわかった。

（比較例１）
抵抗率が１０Ωｃｍのｐ型通常抵抗率のシリコン単結晶ウェーハ（ボンドウェーハ）に、１５０ｎｍの熱酸化膜を形成した。そこに、５．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のドーズ量で水素イオンを注入した。この水素イオン注入済みボンドウエーハを、抵抗率が１０Ωｃｍのｐ型通常抵抗率のシリコン単結晶ウエーハの表面に３ｍΩｃｍのリンドープｎ^＋型エピタキシャル層（リン濃度２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、膜厚３μｍ）をエピタキシャル成長させたウェーハ（ベースウェーハ）の表面に貼り合わせた。その後、剥離熱処理（アルゴン雰囲気、５００℃、３０分）を施して貼り合わせＳＯＩウエーハを作製した。作製されたＳＯＩウエーハの周辺の幅２ｍｍには、ベースウェーハのｎ＋型エピタキシャル層の表面が露出したテラス部が形成された。このＳＯＩウエーハに対して、水素１００％の雰囲気、１１００℃、６０秒の平坦化熱処理を実施した。その後、犠牲酸化を実施して目標とするＳＯＩ層厚８０ｎｍを得た。ＳＯＩ層中のリン濃度をＳＩＭＳにより測定したところ、ＳＯＩ層からは、１．６×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のリン濃度を検出した。すなわち、検出されたリン濃度は、実施例１に比べて約５倍、実施例２に比べて約２０倍の濃度となることがわかった。

（実施例３）
抵抗率が１０Ωｃｍのｐ型通常抵抗率のシリコン単結晶ウェーハ（ボンドウェーハ）に、１５０ｎｍの熱酸化膜を形成した。そこに、５．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のドーズ量で水素イオンを注入した。この水素イオン注入済みボンドウエーハを、抵抗率が９ｍΩｃｍ（リン濃度１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）のリンドープｎ^＋ウェーハ（ベースウェーハ）の表面に貼り合わせた。その後、剥離熱処理（アルゴン雰囲気、５００℃、３０分）を施して貼り合わせＳＯＩウエーハを作製した。作製されたＳＯＩウエーハの周辺の幅２ｍｍには、ベースウェーハの表面が露出したテラス部が形成された。このＳＯＩウエーハに対して、水素１００％の雰囲気、１１００℃、６０秒の平坦化熱処理を実施した。その後、エッチング取代が２ｎｍであるアンモニア過水洗浄を施した。その後、犠牲酸化を実施して目標とするＳＯＩ層厚８０ｎｍを得た。ＳＯＩ層中のリン濃度をＳＩＭＳにより測定したところ、ＳＯＩ層からは、５．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のリン濃度を検出した。

（実施例４）
抵抗率が１０Ωｃｍのｐ型通常抵抗率のシリコン単結晶ウェーハ（ボンドウェーハ）に、１５０ｎｍの熱酸化膜を形成した。そこに、５．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のドーズ量で水素イオンを注入した。この水素イオン注入済みボンドウエーハを、抵抗率が９ｍΩｃｍ（リン濃度１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）のリンドープｎ^＋ウェーハ（ベースウェーハ）の表面に貼り合わせた。その後、剥離熱処理（アルゴン雰囲気、５００℃、３０分）を施して貼り合わせＳＯＩウエーハを作製した。作製されたＳＯＩウエーハの周辺の幅２ｍｍには、ベースウェーハの表面が露出したテラス部が形成された。このＳＯＩウエーハに対して、水素１００％の雰囲気、１１００℃、６０秒の平坦化熱処理を実施した。その後、エッチング取代が１２ｎｍであるアンモニア過水洗浄を施した。その後、犠牲酸化を実施して目標とするＳＯＩ層厚８０ｎｍを得た。ＳＯＩ層中のリン濃度をＳＩＭＳにより測定したところ、ＳＯＩ層からは、１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のリン濃度を検出した。すなわち、検出されたリン濃度は、実施例３に比べても大幅に抑制されていることがわかった。

（比較例２）
抵抗率が１０Ωｃｍのｐ型通常抵抗率のシリコン単結晶ウェーハ（ボンドウェーハ）に、１５０ｎｍの熱酸化膜を形成した。そこに、５．５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のドーズ量で水素イオンを注入した。この水素イオン注入済みボンドウエーハを、抵抗率が９ｍΩｃｍ（リン濃度１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）のリンドープｎ^＋ウェーハ（ベースウェーハ）の表面に貼り合わせた。その後、剥離熱処理（アルゴン雰囲気、５００℃、３０分）を施して貼り合わせＳＯＩウエーハを作製した。作製されたＳＯＩウエーハの周辺の幅２ｍｍには、ベースウェーハの表面が露出したテラス部が形成された。このＳＯＩウエーハに対して、水素１００％の雰囲気、１１００℃、６０秒の平坦化熱処理を実施した。その後、犠牲酸化を実施して目標とするＳＯＩ層厚８０ｎｍを得た。ＳＯＩ層中のリン濃度をＳＩＭＳにより測定したところ、ＳＯＩ層からは、３．４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２のリン濃度を検出した。すなわち、検出されたリン濃度は、実施例３に比べて約６倍、実施例４に比べて約３４倍の濃度となることがわかった。

実施例及び比較例において示されるように、本発明に係る貼り合わせウエーハの製造方法により作製されたＳＯＩウエーハのＳＯＩ層のリン濃度は、エッチングをしない場合に比べ大きく抑制され、またエッチング工程における取代が大きいほど大幅に抑制されていることがわかる。従って、本発明によれば、リン等のｎ型ドーパントを含有するウエーハをベースウェーハとして用いる貼り合わせウエーハの製造方法において、熱処理工程によるウエーハの平坦化と犠牲酸化処理工程によるＳＯＩ層の膜厚調整の効果を維持しながらも、貼り合わせウエーハの薄膜（ＳＯＩ層）中にｎ型ドーパントが濃縮されることを抑制できる貼り合わせウエーハの製造方法を提供することが示された。

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…ボンドウエーハ、２…ベースウエーハ、３…熱酸化膜、４…イオン注入層、５…ＳＯＩウエーハ、６…ＳＯＩウエーハ（平坦化熱処理後）、７…ＳＯＩウエーハ（エッチング後）、８…ＳＯＩウエーハ（犠牲酸化処理後）

Claims

少なくとも、ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウエーハと支持基板となるベースウェーハとを接合する工程と、前記微小気泡層を境界としてボンドウエーハを剥離して前記ベースウェーハ上に薄膜を形成する工程と、前記ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハに、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、１０００℃以上の温度で熱処理を施す熱処理工程と、その後、該貼り合わせウエーハに熱酸化を行って前記薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去することにより前記薄膜の厚さを減ずる犠牲酸化工程とを有する貼り合わせウエーハの製造方法において、
前記ベースウェーハとして、少なくとも貼り合わせ面側の表面層がｎ型であり、ｎ型領域のｎ型ドーパント濃度が５×１０ ^１８／ｃｍ ^３以上のウエーハを用い、前記熱処理工程の後であって前記犠牲酸化工程の前に、前記薄膜の表面をエッチングにより一部除去することにより、前記薄膜の表面に付着したｎ型ドーパントを除去する工程を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法。
前記ボンドウエーハとして、表面に熱酸化膜を形成した後、前記ガスイオンの注入を行ったものを用いることを特徴とする請求項１に記載された貼り合わせウエーハの製造方法。
前記薄膜の表面をエッチングにより一部除去する工程において、取代を５ｎｍ以上とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された貼り合わせウエーハの製造方法。
前記熱処理工程において、熱処理温度を１１５０℃以下とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載された貼り合わせウエーハの製造方法。
前記熱処理工程において、ＲＴＡ炉を使用して熱処理することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された貼り合わせウエーハの製造方法。