JP5704039B2 - 貼り合わせｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、イオン注入剥離法を用いた貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法に関する。

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た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（犠牲酸化処理）、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。

また、特許文献５には、剥離面の表面粗さ（短周期及び長周期）を低減するため、ＲＴＡとバッチ炉の２段熱処理を行うＳＯＩウェーハの製造方法であり、剥離後に水素含有雰囲気下でＲＴＡ（１０００℃〜融点以下、１〜３００秒）で熱処理し、バッチ炉でＡｒアニールを行うプロセスが記載されている。

さらに、特許文献６には、ＳＯＩ層の凹状欠陥を低減するため、剥離後にオゾン洗浄し、水素含有雰囲気下でＲＴＡ（１１００〜１２５０℃）で熱処理し、犠牲酸化処理、Ａｒアニールをする貼り合わせウェーハの製造方法が記載されている。

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号公報 ＷＯ２００１／２８０００号公報 特開２００９−３２９７２号公報

近年の半導体デバイスの低消費電力化、微細化、高機能化に伴い、ＳＯＩ層の膜厚均一性は、従来の面内膜厚レンジ（面内の最大膜厚から最小膜厚を引いた値）が３ｎｍ程度では必ずしも十分とは言えなくなってきており、更なる面内膜厚レンジの改善が求められている。

イオン注入剥離法によってＳＯＩウェーハを製造する場合、前述の通りＳＯＩ層の剥離後の平坦化処理には様々な方法がある。代表的な工程として研磨（タッチポリッシュ）、犠牲酸化処理、熱処理、エッチング等が上げられる。

また、例えばＡｒアニールなど、減厚を目的としない工程として実施される場合のある不活性ガス雰囲気での高温長時間の熱処理であっても、実際にはある程度のＳＯＩ層が除去される工程になっている。特に、縦型熱処理炉でＡｒアニールを行うと、ウェーハ周辺部のＳＯＩ膜厚が薄くなり、面内均一性を悪化させている。

一方、研磨により平坦化を行うと、ダレと呼ばれるウェーハ周辺部のみ薄くなる現象と、ハネと呼ばれるウェーハ周辺部のみ厚くなる現象があり、ＳＯＩ層の面内均一性を悪化させる原因となっている。さらに、犠牲酸化処理（熱酸化と酸化膜除去を行う処理）として、熱酸化を縦型炉で処理した場合も同様に、同心円形状の面内膜厚分布を持つ場合があり、ＳＯＩ層の面内均一性を悪化させる原因となっている。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、平坦化処理後のＳＯＩ層の膜厚の面内均一性が一層良好なＳＯＩウェーハを製造する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あって、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前記ボンドウェーハ内部にイオン注入層を形成し、前記ボンドウェ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絶縁膜を介して貼り合わせた後、前記ボンドウェーハの一部を前記イオン注入層で剥離して、前記ベースウェーハ上に前記ボンドウェーハの薄膜からなるＳＯＩ層を有する貼り合わせＳＯＩウェーハを作製し、その後、前記剥離面を平坦化する平坦化処理を行う貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法であって、
前記剥離後の貼り合わせＳＯＩウェーハに対し、前記ＳＯＩ層表面の周辺部の自然酸化膜が除去され、中央部の自然酸化膜が残存するように、水素ガスを含む雰囲気でＲＴＡ処理を行い、前記中央部に自然酸化膜が残存した貼り合わせＳＯＩウェーハに対し、前記ＳＯＩ層の面内膜厚レンジが１．５ｎｍ以下となるように前記平坦化処理を行うことを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。

このような製造方法であれば、剥離後のＳＯＩ層の平坦化処理において、ＳＯＩ層の膜厚の面内均一性の悪化を抑制し、ＳＯＩ層の膜厚の面内均一性の良好な貼り合わせＳＯＩウェーハを製造することができる。特に、ＳＯＩ層の平坦化後の面内膜厚レンジが１．５ｎｍ以下となる貼り合わせＳＯＩウェーハを製造することができる。

また、前記平坦化処理として、研磨処理、犠牲酸化処理、及び不活性ガス雰囲気による熱処理のうち、少なくともいずれか一種類以上の処理を行うことができる。

不活性ガス、例えばＡｒ雰囲気による熱処理では縦型炉で行うことによりウェーハ周辺部の方が雰囲気ガスの流れが良いためウェーハ中心部と比較して膜厚が薄くなる傾向があり、研磨処理、例えばＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）ではウェーハ周辺部のみ薄くなる場合（ダレ）があり、また犠牲酸化処理でも同心円形状の面内分布を持つ場合がある。しかしながら、本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法であれば、ＳＯＩ層表面の中央部に自然酸化膜が残存するようにＲＴＡ処理を行った後に、平坦化処理としてこれらの処理を行うので、ＳＯＩ層の膜厚の面内均一性の良好な貼り合わせＳＯＩウェーハを製造することができる。

さらに、前記ＲＴＡ処理は１０２５〜１０７５℃の温度範囲で、１〜６０秒の熱処理時間で行うことが好ましい。

このような処理条件であればＳＯＩ層表面の周辺部の自然酸化膜が除去されやすく、かつ中央部の自然酸化膜は残存して全ての自然酸化膜が除去されることがない。

以上説明したように、本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法であれば、剥離後のＳＯＩ層の平坦化処理において、ＳＯＩ層の膜厚の面内均一性の悪化を抑制し、ＳＯＩ層の膜厚の面内均一性の良好な貼り合わせＳＯＩウェーハを製造することができる。特に、ＳＯＩ層の平坦化後の面内膜厚レンジが１．５ｎｍ以下となる貼り合わせＳＯＩウェーハを製造することができる。また、平坦化処理として、研磨処理、犠牲酸化処理、及び不活性ガス雰囲気による熱処理を行ったとしてもＳＯＩ層の膜厚の面内均一性の良好な貼り合わせ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ＳＯＩウェーハの製造方法のフローチャートである。 実施例１、比較例３、及び４のＳＯＩ層の膜厚分布を示すグラフである。 実施例２、比較例７、及び８のＳＯＩ層の膜厚分布を示すグラフである。 実施例３、比較例１１、及び１２のＳＯＩ層の膜厚分布を示すグラフである。

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。上述のように、剥離後のＳＯＩ層の平坦化処理において、ＳＯＩ層の膜厚の面内均一性の悪化を抑制し、ＳＯＩ層の膜厚の面内均一性の良好な貼り合わせＳＯＩウェーハを製造できる方法が望まれていた。

本発明者らは、上記問題点について鋭意検討を重ねた結果、平坦化処理の特徴（周辺部が薄くなる特徴）にあわせて、平坦化処理の前に水素ガス含有雰囲気によるＲＴＡ処理を適切な条件で加えておくことによって、ＳＯＩ層の平坦化後の面内膜厚レンジが１．５ｎｍ以下の貼り合わせＳＯＩウェーハを得ることができることを見出し、本発明を完成させた。以下、本発明をより詳細に説明する。

図１に本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を示す。図１に示すように、本発明では（ａ）シリコン単結晶からなるボンドウェーハ１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前記ボンドウェーハ１内部にイオン注入層４を形成し、（ｂ）ボンドウェーハ１のイオン注入された側の表面とベースウェーハ２の表面とを絶縁膜３を介して貼り合わせた後、（ｃ）ボンドウェーハ１の一部を前記イオン注入層４で剥離して、前記ベースウェーハ２上に前記ボンドウェーハ１の薄膜からなるＳＯＩ層６を有する貼り合わせＳＯＩウェーハを作製し、その後、（ｄ）剥離後の貼り合わせＳＯＩウェーハに対し、ＳＯＩ層６の表面の周辺部の自然酸化膜５が除去され、中央部の自然酸化膜５’が残存するように、水素ガスを含む雰囲気でＲＴＡ処理を行い、（ｅ）中央部に自然酸化膜５’が残存した貼り合わせＳＯＩウェーハに対し、平坦化後のＳＯＩ層６’の面内膜厚レンジが１．５ｎｍ以下となるように平坦化処理を行うことで均一な膜厚を有する貼り合わせＳＯＩウェーハを製造することができる。

なお、（ｃ）工程から（ｄ）工程へ移る間に自然と、ＳＯＩ層６の表面に自然酸化膜５が形成される。また、（ｃ）工程のあとにＳＣ−１洗浄及び／又はＳＣ−２洗浄を行ってもよく、これによっても自然酸化膜５を形成することができる。尚、図１では絶縁膜３をボンドウエーハ１に形成する例を示したが特に限定されず、ベースウエーハ２に形成しても、又は両方に形成してもよい。

水素を含むガスで１１００℃以上の高温でＲＴＡ処理することにより、ＳＯＩ層６の表面の自然酸化膜５が除去されマイグレーションにより平坦化がなされることが知られている。一方、１１００℃よりも低い温度で水素を含むガスでＲＴＡ処理すると、熱処理時間に依存してＳＯＩ層６の表面の周辺部からほぼ一定の距離まで自然酸化膜５が除去される。これにより、ウェーハの中央部では自然酸化膜５’が除去されずに残存する場合がある。ウェーハ中央部に除去されずに残存する自然酸化膜５’の大きさは、熱処理温度と熱処理時間によって変化する。しかしながら、このように中央部に自然酸化膜が残存する表面状態のままではＲＴＡ処理によってウェーハ面内均一で良好な表面状態を得るということから反する。そのため、このような条件でＲＴＡ処理を完了してしまうことは一般には行われていなかった。

具体的に、イオン注入剥離法によって剥離した直後のＳＯＩウェーハ（ＳＯＩ表面に自然酸化膜５が形成されている）を水素含有雰囲気下で１０００℃、１０５０℃、１１００℃、各３０秒でＲＴＡ処理した後、それらのウェーハを犠牲酸化処理（酸化と酸化膜除去を行う処理）してＳＯＩ層６’の膜厚を測定してみた。その結果、１０００℃でＲＴＡ処理したＳＯＩ層６’の膜厚は全体的に薄く、１１００℃でＲＴＡ処理したＳＯＩ層６’の膜厚は１０００℃でＲＴＡ処理した場合よりも厚く、１０５０℃でＲＴＡ処理したＳＯＩ層６’の膜厚は周辺部では１１００℃でＲＴＡ処理したウェーハと同様に厚くなり、他の領域（中央部）については１０００℃でＲＴＡ処理したウェーハと同様に薄くなった。尚、平坦化処理として犠牲酸化処理の代わりに研磨やＡｒアニールを行った場合も同様の傾向があった。

このように、ＳＯＩ層６’が全体的に薄くなるのは平坦化処理によるＳＯＩ層の減厚速度が速く、ＳＯＩ層６’が厚くなるのは平坦化処理によるＳＯＩ層の減厚速度が遅くなることに起因するものである。

さらに、ＲＴＡ処理した直後のＳＯＩウェーハを観察すると１０００℃でＲＴＡ処理した場合では、ウェーハ剥離直後のヘイズと変化無く、全面で自然酸化膜５が残存し、ＴＥＭ観察を行うとＳＯＩ層６’は剥離直後と同様に歪み層（イオン注入ダメージに起因）は残存していた。一方、１１００℃でＲＴＡ処理した場合では、ウェーハ剥離直後と比較して自然酸化膜５が除去され全面でヘイズが改善し、ＴＥＭ観察を行うと歪み層の結晶性は回復していた。また、１０５０℃でＲＴＡ処理したウェーハは、周辺部では自然酸化膜５が除去されヘイズが改善され、ＴＥＭ観察を行うと周辺部では結晶性が回復し、中央部では剥離直後と同様にヘイズは改善されず自然酸化膜５’が残存し、ＴＥＭ観察を行うと歪が残存していた。自然酸化膜５が除去された領域と結晶性が改善された領域は完全には一致しないが、重なる部分が多い。

以上のことから、水素ガス含有雰囲気によるＲＴＡ処理で、ＳＯＩ層６の表面の自然酸化膜５の除去が不完全な状態（周辺部で自然酸化膜５が除去され、中央部で自然酸化膜５’が残留した状態、言い換えると、周辺部で結晶性が回復し、中央部で歪み層が残留した状態）になる条件でＲＴＡ処理を行い、その後、平坦化処理を行うと結晶性が回復された領域（周辺部）の減厚速度は遅くなり、歪み層が残存する領域（中央部）では減厚速度は速くなることがわかった。

この現象を利用し、平坦化処理の特徴（周辺部が薄くなる特徴）にあわせて、平坦化処理の前に水素ガス含有雰囲気によるＲＴＡ処理を適切な条件で加えておくことによって、ＳＯＩ層６の平坦化処理において、ＳＯＩ層６の膜厚の面内均一性の悪化を抑制し、ＳＯＩ層６’の膜厚の面内均一性の良好な貼り合わせＳＯＩウェーハを製造することができる。

このようなＲＴＡ処理の条件（温度、熱処理時間）としては、ＳＯＩ層６の表面の周辺部の自然酸化膜５が除去され、中央部の自然酸化膜５’が残存するようにするものであれば特に制限されない。このようなＲＴＡ処理の条件は、平坦化後のＳＯＩ層６’の面内膜厚レンジが１．５ｎｍ以下となるように、平坦化処理工程におけるＳＯＩ層６の除去量の面内分布特性に合わせて実験的に設定することができる。

具体的には、１１００℃以上の温度では短時間でＳＯＩ層６の全面の自然酸化膜５が除去されてしまい、１０００℃以下の温度では自然酸化膜５が除去されにくい。そのため、ＲＴＡ処理の条件としては、１０２５℃〜１０７５℃の温度範囲で、１〜６０秒の熱処理時間で行うことが好ましい。

本発明では、中央部に自然酸化膜５’が残存した貼り合わせＳＯＩウェーハに対し、平坦化後のＳＯＩ層６’の面内膜厚レンジが１．５ｎｍ以下となるように平坦化処理を行う。このような平坦化処理の条件は、所定の条件でＲＴＡ処理されたＳＯＩウエーハに対して平坦化処理工程を行った場合のＳＯＩ層６の除去量の面内分布特性を考慮しながら、実験的に設定することができる。

また、平坦化処理として、研磨処理、犠牲酸化処理、及び不活性ガス雰囲気による熱処理のうち、少なくともいずれか一種類以上の処理を行うことができる。平坦化処理は最終的に製造される貼り合わせＳＯＩウエーハに併せて複数の処理を組み合わせて行うことができる。

研磨処理、犠牲酸化処理、及び不活性ガス雰囲気による熱処理等の平坦化処理はＳＯＩ層６の面内均一性を損ねる。しかしながら、本発明のようにＳＯＩ層６の表面の中央部に自然酸化膜５’が残存するようにＲＴＡ処理を行った後に平坦化処理としてこれらの処理を行えば、平坦化後のＳＯＩ層６’の膜厚の面内均一性の良好な貼り合わせＳＯＩウェーハを製造することができる。

以下、本発明の実施例および比較例を挙げてさらに詳細に説明するが、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、比較例１〜４］
ボンドウェーハとして直径３００ｍｍ、抵抗率１０Ωｃｍ、ｐ型のシリコン単結晶ウェーハを用意し、ボンドウェーハに熱酸化により１５０ｎｍの酸化膜を形成し、その酸化膜を通して、水素イオンを５．５×１０^１６／ｃｍ^３、４０ｋｅＶの条件にてイオン注入を実施した。これらのウェーハを抵抗率１０Ωｃｍ、ｐ型のシリコン単結晶ウェーハのベースウェーハと貼り合わせ、５００℃で３０分の剥離熱処理を行いＳＯＩウェーハを製造した。

それらのＳＯＩウェーハを洗浄し（ＳＣ−１洗浄及びＳＣ−２洗浄。この際、ＳＯＩ表面に厚さ１．６ｎｍの自然酸化膜が形成される）、５０％の濃度の水素ガス雰囲気中（Ａｒガス５０％）で１０５０℃で５、１０、２０秒のＲＴＡ処理を行った。ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層表面の周辺部の自然酸化膜は除去され、中央部の自然酸化膜は残存していた。ＲＴＡ処理装置はＭａｔｔｓｏｎ社製 Ｍａｔｔｓｏｎ ３０００を用いた。リファレンスとして全面自然酸化膜が除去されず歪み層が残存するＳＯＩウェーハ（１０００℃で３０秒のＲＴＡ処理）と、全面自然酸化膜が除去され歪み層が結晶性を回復させたＳＯＩウェーハ（１１００℃で３０秒のＲＴＡ処理）を用意した。

その後、平坦化処理としてＣＭＰ（タッチポリッシュ）を行った。ＣＭＰはウェーハ周辺部の研磨速度が大きくなる（周辺ダレが形成される）ように研磨条件を設定した。取り代は１００ｎｍに設定した。

（比較例１）
１０００℃で３０秒のＲＴＡ処理したＳＯＩウェーハをＣＭＰすると平均の取り代は１２０ｎｍとなりウェーハ周辺部は中心部と比較しては約５ｎｍ薄くなる傾向があった。

（比較例２）
１１００℃で３０秒のＲＴＡ処理したＳＯＩウェーハをＣＭＰすると平均取り代は９８ｎｍとなりウェーハ周辺部はウェーハ中心部と比較すると４ｎｍ薄くなる傾向があった。

（比較例３）
１０５０℃で５秒のＲＴＡ処理したＳＯＩウェーハをＣＭＰすると平均取り代は１１２ｎｍとなった。ウェーハの膜厚分布を見ると外周部１０ｍｍ近傍に平均より４ｎｍ程度薄いリング状の領域が存在した。

（実施例１）
１０５０℃で１０秒のＲＴＡ処理したＳＯＩウェーハをＣＭＰすると平均取り代は１１０ｎｍとなった。ウェーハの膜厚分布を見ると面内で１．５ｎｍ以内であり、特別薄い領域も厚い領域も無く、ＳＯＩ層の膜厚均一性は良好であった。

（比較例４）
１０５０℃で２０秒のＲＴＡ処理したＳＯＩウェーハをＣＭＰすると平均取り代は１０５ｎｍとなった。ウェーハの膜厚分布を見ると外周部３０ｍｍ近傍に平均より４ｎｍ程度厚いリング状の領域が存在した。

実施例１のように、ＳＯＩ層表面の周辺部の自然酸化膜が除去され、中央部の自然酸化膜が残存するようにＲＴＡ処理条件を適切に選ぶことにより、ＣＭＰを行っても膜厚均一性は小さくなることが分かった。また、ＣＭＰの特性に合わせてＲＴＡ条件を選ぶことが可能となる。図２は、実施例１、比較例３〜４のＳＯＩ膜厚分布を示したもので、ウェーハ中心部のＳＯＩ層の膜厚を０とした。このように、ＲＴＡの条件、平坦化処理の条件を組み合わせることで、膜厚レンジを１．５ｎｍ以下にできる。

［実施例２、比較例５〜８］
ボンドウェーハとして直径３００ｍｍ、抵抗率１０Ωｃｍ、ｐ型のシリコン単結晶ウェーハを用意し、ボンドウェーハに熱酸化により１５０ｎｍの酸化膜を形成し、その酸化膜を通して、水素イオンを５．５×１０^１６／ｃｍ^３、４０ｋｅＶの条件にてイオン注入を実施した。これらのウェーハを抵抗率１０Ωｃｍ、ｐ型のシリコン単結晶ウェーハのベースウェーハと貼り合わせ、５００℃で３０分の剥離熱処理を行いＳＯＩウェーハを製造した。

それらのＳＯＩウェーハを洗浄し（ＳＣ−１洗浄及びＳＣ−２洗浄。この際、ＳＯＩ表面に厚さ１．６ｎｍの自然酸化膜が形成される）、５０％の濃度の水素ガス雰囲気中（Ａｒガス５０％）で１０５０℃で５、１０、２０秒のＲＴＡ処理を行った。ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層表面の周辺部の自然酸化膜は除去され、中央部の自然酸化膜は残存していた。ＲＴＡ処理装置はＭａｔｔｓｏｎ社製 Ｍａｔｔｓｏｎ ３０００を用いた。リファレンスとして自然酸化膜が除去されず歪み層が残存するＳＯＩウェーハ（１０００℃で３０秒のＲＴＡ処理）と、自然酸化膜が除去され歪み層が結晶性を回復させたＳＯＩウェーハ（１１００℃で３０秒のＲＴＡ処理）を用意した。

その後、平坦化処理として、犠牲酸化処理を行った。酸化温度は９００℃、酸化膜厚は２００ｎｍとした。ＲＴＡ処理が１０００℃で３０秒と１１００℃で３０秒のリファレンスウェーハの酸化膜をＨＦで除去した後のＳＯＩ層の膜厚分布は特に特徴のある分布ではなく膜厚レンジは１．５ｎｍ程度であった。

一方、１０５０℃で５、１０、２０秒のＲＴＡ処理を行ったＳＯＩウェーハの犠牲酸化処理後のＳＯＩ層の膜厚分布はウェーハ中央部に比べて周辺部が厚く、膜厚レンジは２ｎｍを超えていた。

その後、さらに平坦化処理としてＣＭＰを行った。ＣＭＰはウェーハ周辺部の研磨速度が大きくなる（周辺ダレが形成される）ように研磨条件を設定した。取り代は１００ｎｍに設定した。

（比較例５）
１０００℃で３０秒のＲＴＡ処理した後のＳＯＩウェーハを犠牲酸化処理後さらにＣＭＰすると平均の取り代は１２０ｎｍとなりウェーハ周辺部は中心部と比較しては約５ｎｍ薄くなる傾向があった。

（比較例６）
１１００℃で３０秒のＲＴＡ処理した後のＳＯＩウェーハを犠牲酸化処理後さらにＣＭＰすると平均取り代は９８ｎｍとなり、ウェーハ周辺部はウェーハ中心部と比較すると４．５ｎｍ薄くなる傾向があった。

（比較例７）
１０５０℃で５秒のＲＴＡ処理した後のＳＯＩウェーハを犠牲酸化処理後さらにＣＭＰすると平均取り代は１１４ｎｍとなった。ウェーハの膜厚分布を見ると外周部１０ｍｍ近傍に平均より３．５ｎｍ程度薄いリング状の領域が存在した。

（実施例２）
１０５０℃で１０秒のＲＴＡ処理した後のＳＯＩウェーハを犠牲酸化処理後さらにＣＭＰすると平均取り代は１１１ｎｍとなった。ウェーハの膜厚分布を見ると面内で１．５ｎｍ以内であり、特別薄い領域も厚い領域も無く、ＳＯＩ層の膜厚均一性は良好であった。

（比較例８）
１０５０℃で２０秒のＲＴＡ処理した後のＳＯＩウェーハを犠牲酸化処理後さらにＣＭＰすると平均取り代は１０４ｎｍとなった。ウェーハの膜厚分布を見ると外周部３０ｍｍ近傍に平均より４．２ｎｍ程度厚いリング状の領域が存在した。

以上より、ＳＯＩ層表面の周辺部の自然酸化膜が除去され、中央部の自然酸化膜が残存するようにＲＴＡ処理条件を選ぶことにより犠牲酸化処理とＣＭＰを行っても膜厚均一性は小さくなることが分かった。また、犠牲酸化処理とＣＭＰの特性の組み合わせでもＲＴＡ条件を適切に選ぶことにより均一性の良いＳＯＩウェーハの製造が可能となることも分かった。図３は、実施例２、比較例７〜８のＳＯＩ膜厚分布を示したもので、ウェーハ中心部のＳＯＩ層の膜厚を０とした。

［実施例３、比較例９〜１２］
ボンドウェーハとして直径３００ｍｍ、抵抗率１０Ωｃｍ、ｐ型のシリコン単結晶ウェーハを用意し、ボンドウェーハに熱酸化により１５０ｎｍの酸化膜を形成し、その酸化膜を通して、水素イオンを５．５×１０^１６／ｃｍ^３、４０ｋｅＶの条件にてイオン注入を実施した。これらのウェーハを抵抗率１０Ωｃｍ、ｐ型のシリコン単結晶ウェーハのベースウェーハと貼り合わせ、５００℃で３０分の剥離熱処理を行いＳＯＩウェーハを製造した。

それらのＳＯＩウェーハを洗浄し（ＳＣ−１洗浄及びＳＣ−２洗浄。この際、ＳＯＩ表面に厚さ１．６ｎｍの自然酸化膜が形成される）、５０％の濃度の水素ガス雰囲気中（Ａｒガス５０％）で１０５０℃で５、１０、２０秒のＲＴＡ処理を行った。ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層表面の周辺部の自然酸化膜は除去され、中央部の自然酸化膜は残存していた。ＲＴＡ処理装置はＭａｔｔｓｏｎ社製 Ｍａｔｔｓｏｎ ３０００を用いた。リファレンスとして自然酸化膜が除去されず歪み層が残存するＳＯＩウェーハ（１０００℃で３０秒のＲＴＡ処理）と、自然酸化膜が除去され歪み層が結晶性を回復させたＳＯＩウェーハ（１１００℃で３０秒のＲＴＡ処理）を用意した。

その後、平坦化処理として、犠牲酸化処理を行った。酸化温度は９００℃、酸化膜厚は２００ｎｍとした。ＲＴＡ処理が１０００℃で３０秒と１１００℃で３０秒のリファレンスウェーハの酸化膜をＨＦで除去した後のＳＯＩ層の膜厚分布は特に特徴のある分布ではなく膜厚レンジは１．５ｎｍ程度であった。

一方、１０５０℃で５、１０、２０秒のＲＴＡ処理を行ったＳＯＩウェーハの犠牲酸化処理後のＳＯＩ層の膜厚分布はウェーハ中央部に比べて周辺部が厚く、膜厚レンジは２ｎｍを超えていた。

さらに、平坦化処理として、それらのＳＯＩウェーハに対して１２００℃、４時間のＡｒアニール処理（Ａｒ１００％雰囲気）を行った。

Ａｒアニールは高温でも短時間処理であれば熱処理後のＳＯＩ層面内膜厚分布の悪化は大きくはないが、長時間処理の場合、膜厚分布が大きくなり問題となる。

（比較例９）
１０００℃で３０秒のＲＴＡ処理した後のＳＯＩウェーハを犠牲酸化処理後さらにＡｒアニールするとＳＯＩ層の膜厚は周辺部が中心部と比べ３ｎｍ薄くなる傾向があった。

（比較例１０）
１１００℃で３０秒のＲＴＡ処理した後のＳＯＩウェーハを犠牲酸化処理後さらにＡｒアニールするとＳＯＩ層の膜厚は周辺部が中心部と比べ３ｎｍ薄くなる傾向があった。

（実施例３）
１０５０℃で５秒のＲＴＡ処理した後のＳＯＩウェーハを犠牲酸化処理後さらにＡｒアニールしたＳＯＩウェーハでは面内均一性が１ｎｍ以下になり、リング状等の特別なパターンは見られず、ＳＯＩ層の膜厚均一性は良好であった。
（比較例１１）

１０５０℃で１０秒のＲＴＡ処理した後のＳＯＩウェーハを犠牲酸化処理後さらにＡｒアニールしたＳＯＩウェーハの膜厚分布を見ると外周２５ｍｍ近傍に平均より３ｎｍ程度厚いリング状の領域が存在した。

（比較例１２）
１０５０℃で２０秒のＲＴＡ処理した後のＳＯＩウェーハを犠牲酸化処理後さらにＡｒアニールしたＳＯＩウェーハの膜厚分布を見ると外周３５ｍｍ近傍に平均より３．５ｎｍ程度厚いリング状の領域が存在した。

以上より、ＳＯＩ層表面の周辺部の自然酸化膜が除去され、中央部の自然酸化膜が残存するようにＲＴＡ処理条件を選ぶことにより犠牲酸化処理とＡｒアニールを行っても膜厚均一性は小さくなることが分かった。また、犠牲酸化処理とＡｒアニールの特性の組み合わせでもＲＴＡ条件を適切に選ぶことにより均一性の良いＳＯＩウェーハの製造が可能となることも分かった。図４は、実施例３、比較例１１〜１２のＳＯＩ膜厚分布を示したもので、ウェーハ中心部のＳＯＩ層の膜厚を０とした。

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…ボンドウェーハ、 ２…ベースウェーハ、 ３…絶縁膜、 ４…イオン注入層、 ５…自然酸化膜、 ５’…中央部の自然酸化膜、 ６…ＳＯＩ層、 ６’…平坦化後のＳＯＩ層

Claims (3)

1. 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前記ボンドウェーハ内部にイオン注入層を形成し、前記ボンドウェ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絶縁膜を介して貼り合わせた後、前記ボンドウェーハの一部を前記イオン注入層で剥離して、前記ベースウェーハ上に前記ボンドウェーハの薄膜からなるＳＯＩ層を有する貼り合わせＳＯＩウェーハを作製し、その後、前記剥離面を平坦化する平坦化処理を行う貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法であって、
   前記剥離後の貼り合わせＳＯＩウェーハに対し、前記ＳＯＩ層表面の周辺部の自然酸化膜が除去され、中央部の自然酸化膜が残存するように、水素ガスを含む雰囲気でＲＴＡ処理を行い、前記中央部に自然酸化膜が残存した貼り合わせＳＯＩウェーハに対し、前記ＳＯＩ層の面内膜厚レンジが１．５ｎｍ以下となるように前記平坦化処理を行い、
   前記ＲＴＡ処理の条件は、前記平坦化処理後の前記ＳＯＩ層の面内膜厚レンジが１．５ｎｍ以下となるように、前記平坦化処理における前記ＳＯＩ層の除去量の面内分布特性に合わせて設定することを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
2. 前記平坦化処理として、研磨処理、犠牲酸化処理、及び不活性ガス雰囲気による熱処理のうち、少なくともいずれか一種類以上の処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
3. 前記ＲＴＡ処理は１０２５〜１０７５℃の温度範囲で、１〜６０秒の熱処理時間で行う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ＳＯＩウェーハの製造方法。

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