JP6737224B2 - 多層膜ｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法および多層膜ＳＯＩウェーハに関する。

ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェーハは、支持基板上に、酸化膜、および活性層（ＳＯＩ層）が積層された構造を有する。また、高集積デバイスに有利なものとして、多層膜ＳＯＩウェーハがある。多層膜ＳＯＩウェーハは、支持基板の上に、第１酸化膜、第１活性層、中間酸化膜、および第２活性層が少なくとも積層された構造を有している。すなわち、多層膜ＳＯＩウェーハは、支持基板の上に複数の活性層を有している。

特許文献１には、多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法として以下の技術が記載されている。まず、第１活性層用ウェーハの表面から酸素イオンを注入して、第１活性層用ウェーハの内部に酸素イオン注入層を形成した後に、熱酸化により酸素イオンを注入した表面から酸素イオン注入層までに第１酸化膜を形成する。次に、第１支持基板用ウェーハと第１活性層用ウェーハとを第１酸化膜を介して重ね合せて、接合熱処理を施すことで、第１支持基板用ウェーハと第１活性層用ウェーハとを貼り合わせる。次に、第１活性層用ウェーハを減厚して、第１活性層を有するＳＯＩウェーハを得る。次に、第２活性層用ウェーハの表面から酸素イオンを注入して、第２活性層用ウェーハの内部に酸素イオン注入層を形成した後に、熱酸化により酸素イオンを注入した表面から酸素イオン注入層までに中間酸化膜を形成する。次に、中間酸化膜を介して、ＳＯＩウェーハの第１活性層側に第２活性層用ウェーハを重ね合わせて、接合熱処理を施すことで、ＳＯＩウェーハと第２活性層用ウェーハとを貼り合わせる。次に、第２活性層用ウェーハを減厚して、所望厚みの第２活性層を有する多層膜ＳＯＩウェーハを得る。

特開２００７−１０９９６１号公報

特許文献１には、多層膜ＳＯＩウェーハを作製する過程においてウェーハの端面については何ら記載されていない。ところが、半導体デバイスの製造歩留りを向上させるために活性層におけるデバイス形成可能な領域（以下、「有効エリア」とも称する。）の面積を増大させることや、半導体デバイスの微細化に伴い活性層の平坦性を高めることが求められている近年の状況では、ウェーハの端面が重要である。本発明者らは、この観点からウェーハの端面に着目して多層膜ＳＯＩウェーハを作製してみると、第２活性層の有効エリアが第１活性層の有効エリアよりも小さくなり、また第２活性層の面内の厚みばらつきが第１活性層の面内の厚みばらつきよりも大きくなるという問題があることを知見した。以下では、この知見を得るに至った実験を説明する。

通常、第１支持基板用ウェーハ１０や第１活性層用ウェーハ２０として用いられるウェーハは、図３（Ａ）に示すようにその端面に面取り部を有している。図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、このようなウェーハ同士を第１酸化膜１２を介して貼り合わせると、貼合せ面の外周より外側には、面取り部同士が接着していない未接着領域が生じてしまう（図３（Ｄ））。この未接着領域を残したままにしていると、後の工程でウェーハが欠けたり割れたりする原因となる。そのため、第１活性層用ウェーハ２０の外周領域に面取り加工やエッチング処理を施すことにより、この未接着領域を除去する。具体的には、図３（Ｄ）に示すように第１支持基板用ウェーハ１０と第１活性層用ウェーハ２０とを第１酸化膜１２を介して貼り合せた後に、第１活性層用ウェーハ２０の外周領域を面取り加工により減厚する。これにより、第１活性層用ウェーハ２０の外周領域の下部にはシリコン残渣部１４が残る（図３（Ｅ））。続いて、シリコン残渣部１４をエッチング処理によって除去する（図３（Ｆ））。このような手順によって未接着領域を除去すると、第１支持基板１０の外周領域上方にはテラス部５４が形成される。すなわち、テラス部５４とは、第１支持基板１０の外周領域上方において、第１活性層用ウェーハ２０が存在しないように第１活性層用ウェーハ２０の外周領域が除去された領域を意味する。ここで、「第１支持基板の外周領域」とは、第１支持基板の最外周端から径方向内側に１〜３ｍｍの領域を指し、「第１活性層用ウェーハの外周領域」とは、第１活性層用ウェーハの最外周端から径方向内側に１〜３ｍｍの領域を指す。なお、本明細書では、図３（Ｄ）〜（Ｆ）につき説明した加工を「テラス加工」と称する。その後、第１活性層用ウェーハ２０を研削および研磨すると、所望厚みの第１活性層２２を有するＳＯＩウェーハ５０が得られる（図３（Ｇ））。

次に、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すようにＳＯＩウェーハ５０と第２活性層用ウェーハ８０とを中間酸化膜２４を介して貼り合わせる。その後、第２活性層用ウェーハ８０の外周領域を面取り加工により減厚する。これにより、第２活性層用ウェーハ８０の外周領域の下部にはシリコン残渣部１６が残る（図５（Ｅ））。続いて、シリコン残渣部１６をエッチング処理により除去する（図５（Ｆ））。このような手順により、第１活性層２２の外周領域上方にもテラス部５６が形成される。すなわち、テラス部５６とは、第１活性層２２の外周領域上方において、第２活性層用ウェーハ８０が存在しないように第２活性層用ウェーハ８０の外周領域が除去された領域を意味する。「第２活性層用ウェーハの外周領域」とは、第２活性層用ウェーハの最外周端から径方向内側に１〜３ｍｍの領域を指す。その後、第２活性層用ウェーハ８０を研削および研磨すると、所望厚みの第２活性層４２を有する多層膜ＳＯＩウェーハ３００が得られる（図５（Ｇ））。

しかしながら、この手順により作製した多層膜ＳＯＩウェーハ３００では、以下の問題があることがわかった。第１活性層２２は、図３（Ｆ）に示す第１活性層用ウェーハ２０を研削し、引き続き研磨を施すことによって形成される。この研磨の際、第１活性層の外周端では、テラス部５４に起因して研磨パッドが沈み込むことにより、中心部に比べて研磨が促進されてしまう。そのため、第１活性層２２では外周ダレが不可避に生じてしまう。これと同様の状況が、第２活性層４２を形成する際にも起こる。ところが、第２活性層４２を形成する際の研磨は、第１支持基板１０と第１酸化膜１２の上にさらに第１活性層２２と中間酸化膜２４とが積層され、また、テラス部５４に加えてテラス部５６が形成された状態で行われるので、第２活性層の外周端での研磨パッドの沈み込みは第１活性層の表面を研磨する時に比べて大きくなる。そのため、第２活性層の外周ダレは、第１活性層の外周ダレよりも悪化してしまう。その結果、第２活性層の有効エリアの面積が第１活性層の有効エリアの面積よりも小さくなり、また第２活性層の面内の厚みばらつきが第１活性層の面内の厚みばらつきよりも大きくなるという問題があることがわかった。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、第２活性層の有効エリアを第１活性層の有効エリアと同程度の大きさにまで確保でき、かつ、第２活性層の面内の厚みばらつきを第１活性層の面内の厚みばらつきと同程度にまで抑制することができる多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法および多層膜ＳＯＩウェーハを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）第１支持基板の上に第１酸化膜と第１活性層とが積層された第１のＳＯＩウェーハと、第２支持基板の上に第２酸化膜と第２活性層とが積層された第２のＳＯＩウェーハと、を用意する第１工程と、
前記第１活性層もしくは前記第２活性層の表面、または、前記第１活性層および前記第２活性層の表面に中間酸化膜を形成する第２工程と、
前記第１のＳＯＩウェーハと前記第２のＳＯＩウェーハとを前記中間酸化膜を介して重ね合せて、接合熱処理を施すことにより、前記第１のＳＯＩウェーハと前記第２のＳＯＩウェーハとを貼り合せて、貼合せウェーハを形成する第３工程と、
前記貼合せウェーハにおいて、前記第２支持基板と前記第２酸化膜とを除去することにより、多層膜ＳＯＩウェーハを得る第４工程と、
を有することを特徴とする多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法。

（２）前記第１工程において、前記第１のＳＯＩウェーハを、前記第１支持基板の外周領域上方に前記第１活性層が存在しないテラス部を有するＳＯＩウェーハとする、上記（１）に記載の多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法。

（３）前記第１工程において、前記第２のＳＯＩウェーハを、その外周領域が前記第２支持基板に至るまで減厚されており、さらに、前記第２活性層がウェーハ表面に平行な断面において円であり、かつ、前記第２活性層の表面の直径が前記第２のＳＯＩウェーハの直径よりも小さいＳＯＩウェーハとする、上記（１）または（２）に記載の多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法。

（４）前記第４工程では、前記減厚により前記第２のＳＯＩウェーハの外周領域に生じたシリコン残存部の少なくとも一部を、前記貼合せウェーハの外周から中心に向かって研削して除去した後に、前記第２支持基板と前記第２酸化膜とを除去する、上記（３）に記載の多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法。

（５）前記第１工程では、前記第２活性層の表面の直径を前記第１活性層の表面の直径以下とする、上記（３）または（４）に記載の多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法。

（６）前記第４工程では、研磨加工を行わない、上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法。

（７）支持基板の上に酸化膜、第１活性層、中間酸化膜、および第２活性層が積層された多層膜ＳＯＩウェーハであって、
前記支持基板の外周領域上方に前記第１活性層が存在しないテラス部を有し、さらに前記第２活性層の面内の厚みばらつきが０．４０μｍ以下であることを特徴とする多層膜ＳＯＩウェーハ。

（８）前記第２活性層の端面には欠けや割れが無い、上記（７）に記載の多層膜ＳＯＩウェーハ。

（９）前記テラス部の表面には傷が無い、上記（７）または（８）に記載の多層膜ＳＯＩウェーハ。

（１０）前記第２活性層の表面の直径が前記第１活性層の表面の直径以下である、上記（７）〜（９）のいずれか一つに記載の多層膜ＳＯＩウェーハ。

（１１）前記第２活性層における有効エリアの面積が、前記第１活性層における有効エリアの面積以下である、上記（７）〜（１０）のいずれか一つに記載の多層膜ＳＯＩウェーハ。

本発明によれば、第２活性層の有効エリアを第１活性層の有効エリアと同程度の大きさにまで確保でき、かつ、第２活性層の面内の厚みばらつきを第１活性層の面内の厚みばらつきと同程度にまで抑制することができる多層膜ＳＯＩウェーハを得ることができる。

本発明の第１の実施形態による多層膜ＳＯＩウェーハ１００の製造方法を説明する模式断面図である。 本発明の第２の実施形態による多層膜ＳＯＩウェーハ２００の製造方法を説明する模式断面図である。 本発明に用いることができるテラス部５４を有する第１のＳＯＩウェーハ５０の製造方法を説明する模式断面図である。 本発明に用いることができる外周領域が減厚された第２のＳＯＩウェーハ６０の製造方法を説明する模式断面図である。 従来の多層膜ＳＯＩウェーハ３００の製造方法を説明する模式断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、各実施形態につき同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、再度の説明を省略する。

（多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法）
本発明の多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法の第１の実施形態を図１に、第２の実施形態を図２に示す。

（第１の実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態による多層膜ＳＯＩウェーハ１００の製造方法を説明する。本実施形態では、まず、第１支持基板１０の上に第１酸化膜１２と第１活性層２２とが積層された第１のＳＯＩウェーハ５０と、第２支持基板３０の上に第２酸化膜３２と第２活性層４２とが積層された第２のＳＯＩウェーハ６０と、を用意する（第１工程）。ここで、第１のＳＯＩウェーハ５０は、第１支持基板１０の外周領域上方に第１活性層２２が存在しないテラス部５４を有する。一方、第２のＳＯＩウェーハ６０は、その外周領域が減厚されている。なお、この減厚により外周領域にはシリコン残存部６６が残る。また、第２のＳＯＩウェーハの第２活性層４２は、ウェーハ表面に平行な断面において円であり、第２活性層の表面６０Ａの直径は、第２のＳＯＩウェーハの直径より小さい。次に、第１のＳＯＩウェーハ５０の第１活性層の表面５０Ａに中間酸化膜２４を形成する（第２工程）。次に、第１活性層の表面５０Ａと第２活性層の表面６０Ａとの間に中間酸化膜２４が位置するように、第１のＳＯＩウェーハ５０と第２のＳＯＩウェーハ６０とを重ね合せる。その後、接合熱処理を施すことにより、第１のＳＯＩウェーハ５０と第２のＳＯＩウェーハ６０とを貼り合せて、貼合せウェーハ７０を形成する（第３工程）。次に、シリコン残存部の一部６６ａを、貼合せウェーハ７０の外周から中心に向かって研削して除去する。次に、第２支持基板３０と第２酸化膜３２とを除去することにより、多層膜ＳＯＩウェーハ１００を得る（第４工程）。

この多層膜ＳＯＩウェーハ１００は、第１支持基板１０の上に、第１酸化膜１２、第１活性層２２、中間酸化膜２４、及び第２活性層４２が積層されている。

（第２の実施形態）
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施形態による多層膜ＳＯＩウェーハ２００の製造方法を説明する。本実施形態では、まず、第１支持基板１０の上に第１酸化膜１２と第１活性層２２とが積層された第１のＳＯＩウェーハ５０と、第２支持基板３０の上に第２酸化膜３２と第２活性層４２とが積層された第２のＳＯＩウェーハ６０と、を用意する（第１工程）。ここで、第１のＳＯＩウェーハ５０は、第１支持基板１０の外周領域上方に第１活性層２２が存在しないテラス部５４を有する。一方、第２のＳＯＩウェーハ６０は、その外周領域が減厚されている。なお、この減厚により外周領域にはシリコン残存部６６が残る。また、第２のＳＯＩウェーハの第２活性層４２は、ウェーハ表面に平行な断面において円であり、第２活性層の表面６０Ａの直径は、第２のＳＯＩウェーハの直径より小さい。次に、第２のＳＯＩウェーハ６０の第２活性層の表面６０Ａに中間酸化膜２６を形成する（第２工程）。次に、第１活性層の表面５０Ａと第２活性層の表面６０Ａとの間に中間酸化膜２６が位置するように、第１のＳＯＩウェーハ５０と第２のＳＯＩウェーハ６０とを重ね合せる。その後、接合熱処理を施すことにより、第１のＳＯＩウェーハ５０と第２のＳＯＩウェーハ６０とを貼り合せて、貼合せウェーハ７０を形成する（第３工程）。次に、シリコン残存部の一部６６ａを、貼合せウェーハ７０の外周から中心に向かって研削して除去する。次に、第２支持基板３０と第２酸化膜３２とを除去することにより、多層膜ＳＯＩウェーハ２００を得る（第４工程）。

この多層膜ＳＯＩウェーハ２００は、第１支持基板１０の上に、第１酸化膜１２、第１活性層２２、中間酸化膜２６、及び第２活性層４２が積層されている。

（第１工程：第１のＳＯＩウェーハおよび第２のＳＯＩウェーハの用意）
第１工程では、図１，２（Ａ）に示すように、第１支持基板１０の上に第１酸化膜１２と第１活性層２２とが積層された第１のＳＯＩウェーハ５０と、第２支持基板３０の上に第２酸化膜３２と第２活性層４２とが積層された第２のＳＯＩウェーハ６０と、を用意する。

（第１のＳＯＩウェーハの形成）
以下では、図３を参照して、第１のＳＯＩウェーハ５０を作製する方法の一例を説明する。

まず、第１支持基板用ウェーハ１０の表面に第１酸化膜１２を形成する（図３（Ａ），（Ｂ））。第１酸化膜１２の厚さは、０．１μｍ以上３．０μｍ以下とすることが好ましい。ここで、第１酸化膜１２の形成方法は特に限定されず、例えば、公知の熱酸化法を好適に用いることができる。この場合の熱酸化条件は、酸素雰囲気中で、９００℃以上１２００℃以下、３０分以上２時間以下とすることが好ましい。なお、第１酸化膜１２は、第１活性層用ウェーハ２０の表面に形成してもよく、また、第１支持基板用ウェーハ１０および第１活性層用ウェーハ２０の両方の表面に形成してもよい。

次に、第１支持基板用ウェーハ１０と第１活性層用ウェーハ２０とを第１酸化膜１２を介して重ね合せて、接合熱処理を施して、第１ウェーハ複合体５２を形成する（図３（Ｃ），（Ｄ））。ここで、接合熱処理は、酸化性ガスまたは不活性ガス雰囲気中において、ウェーハ温度を４００℃以上１２００℃以下として、１０分以上６時間以下の条件下で行うことが好ましい。ウェーハ温度を４００℃以上とすることで、十分な接合強度を得ることができ、ウェーハ温度を１２００℃以下とすることで、スリップの発生を抑制することができる。

ここで、図３（Ｄ）に示すように、支持基板用ウェーハ１０と第１活性層用ウェーハ２０との貼合せ面の外周よりも外側には未接着領域が生じている。この未接着領域を残したままにしていると、後の工程でウェーハが欠けたり割れたりする原因となるので、次のようにして未接着領域を除去する。すなわち、図３（Ｄ）に示すように支持基板用ウェーハ１０と第１活性層用ウェーハ２０とを第１酸化膜１２を介して貼り合せた後に、第１活性層用ウェーハ２０の外周領域を面取り加工により減厚する。これにより、第１活性層用ウェーハ２０の外周領域の下部にはシリコン残渣部１４が残る（図３（Ｅ））。シリコン残渣部１４の厚さは、第１支持基板用ウェーハ１０と第１活性層用ウェーハ２０との貼合せ面から第１活性層用ウェーハ２０に向かって５〜５０μｍ程度とすることが好ましい。続いて、シリコン残渣部１４をエッチング処理によって除去する（図３（Ｆ））。このような手順によって未接着領域を除去すると、支持基板１０の外周領域上方には、第１活性層用ウェーハ２０が存在しないように第１活性層用ウェーハ２０の外周領域が除去されたテラス部５４が形成される。なお、エッチングには、アルカリエッチング溶液を好適に用いることができる。また、テラス部５４の表面には第１酸化膜１２に由来する髭状の酸化膜残渣物が残ることがあるが、この酸化膜残渣物に粘着テープを貼り付けて剥がすことによって、これを除去してもよい。

次に、図３（Ｇ）に示すように第１活性層用ウェーハ２０側から第１ウェーハ複合体５２を減厚して、第１活性層２２を有する第１のＳＯＩウェーハ５０を得る。第１活性層２２の厚さは、０．１μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。なお、減厚に際しては、公知または任意の方法を好適に用いることができる。例えば、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）や反射分光法により第１活性層用ウェーハ２０の厚さを測定しつつ、平面研削法により第１活性層用ウェーハ２０を研削し、さらに鏡面研磨法により第１活性層２２の表面を研磨してもよい。

（第２のＳＯＩウェーハの形成）
以下では、図４を適宜参照して、第２のＳＯＩウェーハ６０を作製する方法の一例を説明する。

まず、第２支持基板用ウェーハ３０の表面に第２酸化膜３２を形成する（図４（Ａ），（Ｂ））。第２酸化膜３２の厚さは、０．１μｍ以上３．０μｍ以下とすることが好ましい。ここで、第２酸化膜３２の形成方法は特に限定されず、例えば、公知の熱酸化法を好適に用いることができる。この場合の熱酸化条件は、酸素雰囲気中で、９００℃以上１２００℃以下、３０分以上２時間以下とすることが好ましい。なお、第２酸化膜３２は、第２活性層用ウェーハ４０の表面に形成してもよく、また、第２支持基板用ウェーハ３０および第２活性層用ウェーハ４０の両方の表面に形成してもよい。

次に、第２支持基板用ウェーハ３０と第２活性層用ウェーハ４０とを第２酸化膜３２を介して重ね合せて、接合熱処理を施して、第２ウェーハ複合体６２を形成する（図４（Ｃ），（Ｄ））。ここで、接合熱処理は、酸化性ガスまたは不活性ガス雰囲気中において、ウェーハ温度を４００℃以上１２００℃以下として、１０分以上６時間以下の条件下で行うことが好ましい。ウェーハ温度を４００℃以上とすることで、十分な接合強度を得ることができ、ウェーハ温度を１２００℃以下とすることで、スリップの発生を抑制することができる。

次に、第２ウェーハ複合体６２の外周領域を減厚する。どの程度減厚するかについては、第２ウェーハ複合体６２の第２活性層用ウェーハ４０側の表面から第２活性層用ウェーハ４０を超えていれば特に限定されない。後述するＸ軸加工およびＹ軸加工を行う場合には、図４（Ｄ），（Ｅ）に示すように、第２活性層用ウェーハ４０側の表面から第２酸化膜３２を超えて第２支持基板に至るまで減厚することが好ましい。この場合、第２酸化膜３２の厚さと第２支持基板３０の一部の厚さとの合計ｂを３０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。

次に、図４（Ｅ），（Ｆ）に示すように第２活性層用ウェーハ４０側から第２ウェーハ複合体６２を研削および研磨して、第２活性層４２を有する第２のＳＯＩウェーハ６０を得る。第２活性層４２の厚さａは、０．１μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。なお、研削および研磨に際しては、公知または任意の方法を好適に用いることができる。例えば、ＦＴＩＲや反射分光法により第２活性層用ウェーハ４０の厚さを測定しつつ、平面研削法により第２活性層用ウェーハ４０を研削し、さらに鏡面研磨法により第２活性層４２の表面を研磨してもよい。

以下では、このようにして得られる第２のＳＯＩウェーハ６０の形状について詳細に説明する。図４（Ｄ），（Ｅ）につき説明した減厚によって、少なくとも第２活性層４２の形状は、ウェーハ表面に平行な断面において円となっている。なお、本実施形態では、図４（Ｆ）に示すように第２活性層４２と第２酸化膜３２と第２支持基板３０の一部とから構成される第２のＳＯＩウェーハの上層部６４の形状がウェーハ表面に平行な断面において円となっている。また、第２活性層の表面の直径ｄは、第２のＳＯＩウェーハ６０の直径よりも小さくなっている。ここで、第２活性層の表面の直径ｄは、第１活性層２２の表面の直径以下となるように設計することがより好ましい。なお、直径ｄが第１活性層２２の表面の直径より大きい場合、多層膜ＳＯＩウェーハの側面部分は、第１活性層２２よりも外方に第２活性層４２の外縁部分がはみ出るため、第２活性層４２と支持基板用ウェーハ１０との間にミクロンオーダーの間隙部が形成されてしまう。このように間隙部が形成されると、多層膜ＳＯＩウェーハの洗浄工程において、間隙部に乾燥残りや異物残りの問題が発生する可能性があるので好ましくない。

また、第２活性層４２の側面の形状は、図４（Ｄ），（Ｅ）につき説明した減厚の際に適宜設計することができる。例えば、第２活性層４２の端面をウェーハ厚み方向に平行な端面にしたい場合には、第２ウェーハ複合体６２の側面のうち第２活性層４２とする部分をウェーハ厚み方向に平行になるように設計する。また、第２活性層４２の直径を多層膜ＳＯＩウェーハ上方に向けて漸減させたい場合には、図１（Ａ），図２（Ａ），図４（Ｆ）に示す段階で、第２活性層４２の直径をその表面６０Ａに向けて漸増させるように設計する。この場合、第２活性層の表面６０Ａと第２活性層４２の側面とのなす角を４５°以上９０°以下とすることが好ましい。

以下では、第２のＳＯＩウェーハ６０の外周領域を減厚し、上記形状に加工する理由を説明する。図５を参照して、テラス部５４を有するＳＯＩウェーハ５０と第２活性層用ウェーハ８０とを中間酸化膜２４を介して貼り合わせると、図５（Ｄ）に示すように第２活性層用ウェーハ８０の外周領域の下側は、第１活性層２２によって支えられていない状態になってしまう。すなわち、第２活性層用ウェーハ８０のうち少なくとも第２活性層４２とする部分の径方向外側には、第２活性層用ウェーハ８０が第１活性層２２に支えられていない不支持領域が生じてしまう。このような状態で、図５（Ｅ）に示すように第２活性層用ウェーハ８０に面取り加工を施すと、面取り加工中にシリコン残渣部１６が剥離したり、あるいはエッチング処理中やウェーハの搬送中にシリコン残渣部１６が剥離してしまう。その結果、図５（Ｇ）に示すように第２活性層４２の端面には欠けや割れが発生してしまう。これに対して、本実施形態では、図１，２（Ｄ）を参照して、予め第２のＳＯＩウェーハ６０の外周領域を減厚しているので、第３工程で貼合せウェーハ７０を形成しても、第２活性層４２は必ず第１活性層２２によって支えられている。また、貼合せウェーハ７０を形成する前に、第２活性層４２の端面は予め仕上がっている。従って、第４工程において、第２支持基板３０および第２酸化膜３２を除去する途中で、第２支持基板３０や第２酸化膜３２のシリコンが剥離したとしても、予め形成しておいた第２活性層４２の端面にはその影響が及ばず、欠けや割れが発生しない。

以上、本発明の第１及び第２のＳＯＩウェーハの作製方法について、第１のＳＯＩウェーハ５０及び第２のＳＯＩウェーハ６０を例にして説明したが、本発明の第１及び第２のＳＯＩウェーハの作製方法はこれに限定されず、特許請求の範囲内において適宜変更を加えることができる。例えば、第２のＳＯＩウェーハとして、図３に示す第１のＳＯＩウェーハ５０と同じものを用いてもよい。

（第２工程：中間酸化膜の形成）
第２工程では、図１（Ｂ）に示すように、第１のＳＯＩウェーハ５０の第１活性層の表面５０Ａに中間酸化膜２４を形成する。または、図２（Ｂ）に示すように、第２のＳＯＩウェーハ６０の第２活性層の表面６０Ａに中間酸化膜２６を形成する。中間酸化膜２４，２６の厚さは、０．１μｍ以上３．０μｍ以下とすることが好ましい。ここで、中間酸化膜２４，２６の形成方法は特に限定されず、例えば、公知の熱酸化法を好適に用いることができる。この場合の熱酸化条件は、酸素雰囲気中で、９００℃以上１２００℃以下、３０分以上２時間以下とすることが好ましい。なお、本発明の他の実施形態として、第２酸化膜は、第１のＳＯＩウェーハ５０の表面および第２のＳＯＩウェーハ６０の表面の両方に形成してもよい。

（第３工程：貼合せウェーハの形成）
第３工程では、図１，２（Ｃ），（Ｄ）に示すように、第１のＳＯＩウェーハ５０と第２のＳＯＩウェーハ６０とを中間酸化膜２４，２６を介して重ね合わせる。すなわち、中間酸化膜２４，２６が第１活性層の表面５０Ａと第２活性層の表面６０Ａとの間に位置するように、第１のＳＯＩウェーハ５０と第２のＳＯＩウェーハ６０とを重ね合わせる。その後、接合熱処理を施すことにより、第１のＳＯＩウェーハ５０と第２のＳＯＩウェーハ６０とを貼り合せて、貼合せウェーハ７０を形成する。接合熱処理は、酸化性ガスまたは不活性ガス雰囲気中において、ウェーハ温度を４００℃以上１２００℃以下として、１０分以上６時間以下の条件下で行うことが好ましい。ウェーハ温度を４００℃以上とすることで、十分な接合強度を得ることができ、ウェーハ温度を１２００℃以下とすることで、スリップの発生を抑制することができる。

（第４工程：第２支持基板および第２酸化膜の除去）
次に、第４工程では、第２支持基板３０と第２酸化膜３２とを除去することにより、第２活性層４２の表面を露出させる。ここで、既述のとおり、第２活性層４２は所望厚みとなるように第１工程にて予め形成されている。従って、第２活性層４２の表面を露出させた段階で、所望の多層膜ＳＯＩウェーハ１００，２００を得ることができ、第２活性層４２の表面に研磨を施す必要がない。そのため、第２活性層４２における外周ダレが抑制される。なお、第２支持基板３０および第２酸化膜３２の除去には、任意または公知の研削方法を好適に用いることができ、具体的には平面研削法が挙げられる。また、研削後の第２活性層４２の表面をアルカリエッチング溶液を用いてエッチングしてもよい。また、第２活性層４２の端面に存在する酸化膜等をエッチング処理等で除去してもよい。

ここで、図１，２（Ｅ），（Ｆ）を参照して、貼合せウェーハ７０を第２のＳＯＩウェーハ６０側からウェーハ厚み方向に研削すると、シリコン残存部の一部６６ａは、その断面形状が鋭く尖ったナイフ状の形状となって、ナイフエッジ化してしまう。そして、ナイフエッジ化した部分のシリコンが剥離すると、テラス部５４の表面に傷が発生するおそれがある。そこで、テラス部５４の表面に傷を発生させない観点から、以下の工程を経た後に、第２支持基板３０および第２酸化膜３２を除去することが好ましい。なお、本明細書では、ウェーハ厚み方向の研削を「Ｙ軸加工」と称する。

（Ｘ軸加工）
テラス部５４の表面に傷を発生させないためには、Ｙ軸加工を行う前に、シリコン残存部６６のうちナイフエッジ化するおそれがあるシリコン残存部の一部６６ａを、貼合せウェーハ７０の外周から中心に向かって研削して、予め除去することが好ましい。本明細書では、貼合せウェーハ７０の外周から中心に向かう方向を「Ｘ軸方向」と定義し、Ｘ軸方向に沿った研削を「Ｘ軸加工」と称する。ここで、Ｘ軸加工を行うには、第２支持基板３０の下方にてＸ軸方向に砥石を挿入することができる隙間を十分に確保する必要がある。本実施形態では、第２のＳＯＩウェーハ６０に対してその外周領域を減厚する加工を施しているので、図１，２（Ｄ）に示すように、第１支持基板１０の上とシリコン残存部６６の下との間に、Ｘ軸方向に砥石を挿入するための隙間を十分に確保することができる。そのため、シリコン残存部の一部６６ａをＸ軸加工によって容易に除去することができる。ここで、砥石を挿入するための隙間の大きさは、図４（Ｆ）につき既述のｂを３０μｍ以上１００μｍ以下の範囲で適宜調整することによって好適に決定することができる。なお、ナイフエッジ化するおそれがあるシリコン残存部の一部６６ａとは、第２支持基板３０の端面から中心に向かって、テラス部５４の径方向幅の８０％〜９０％の領域である。また、Ｘ軸加工には任意または公知の砥石を用いることができる。

（Ｙ軸加工）
Ｘ軸加工の後に、貼合せウェーハ７０に対して第２のＳＯＩウェーハ６０側からＹ軸加工を行うことによって、第２支持基板３０および第２酸化膜３２を除去して、第２活性層４２の表面を露出させる。この時、シリコン残存部の一部６６ａがＸ軸加工により予め除去されているので、テラス部５４の表面には傷が発生しない。第２活性層４２の厚さａは、０．１μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。なお、Ｙ軸加工には任意または公知の砥石を用いることができる。

以下では、本発明の特徴的部分をその作用効果とともに説明する。本発明の特徴的部分は、第１工程において予め形成しておいた第１のＳＯＩウェーハ５０と第２のＳＯＩウェーハ６０とを第３工程にて中間酸化膜２４，２６を介して貼り合わせることにより多層膜ＳＯＩウェーハ１００，２００を得る構成である。すなわち、本発明によれば、ＳＯＩウェーハ同士を貼り合わせて多層膜ＳＯＩウェーハを得るので、第２活性層４２に対する研磨は図４（Ｅ），（Ｆ）に示す段階で行われる。つまり、第２活性層４２に対する研磨は、第１活性層２２の場合と同様に、第２活性層４２の下に第２支持基板３０と第２酸化膜３２のみが存在する状況で行われる。すなわち、第１支持基板１０と第１酸化膜１２の上にさらに第１活性層２２と中間酸化膜２４とが積層され、またテラス部５４に加えてテラス部５６が形成された状態で、第２活性層用ウェーハ８０を研削および研磨するという状況が生じない。従って、第２活性層４２の外周ダレは、第１活性層２２の外周ダレと同程度にまで抑制することができる。これにより、第２活性層４２の有効エリアを第１活性層２２の有効エリアと同程度の大きさにまで確保することができ、また第２活性層４２の面内の厚みばらつきを第１活性層２２の面内の厚みばらつきと同程度にまで抑制することができる。具体的には、例えば第１活性層用ウェーハおよび第２活性層用ウェーハとして、ともに直径２００ｍｍのウェーハを用いる場合、第１活性層および第２活性層の有効エリアの直径をともに１９７ｍｍにすることができ、第１活性層および第２活性層の面内の厚みばらつきをともに０．４０μｍ以下にすることができる。

（第１及び第２支持基板用ウェーハ並びに第１及び第２活性層用ウェーハ）
本発明の第１支持基板用ウェーハ１０、第１活性層用ウェーハ２０、第２支持基板用ウェーハ３０、および第２活性層用ウェーハ４０としては、単結晶シリコンウェーハを用いることができる。単結晶シリコンウェーハには、チョクラルスキー法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）により育成された単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスしたものを使用することができる。さらに、これらのウェーハに対して、任意の不純物を添加してｎ型またはｐ型としてもよい。

また、第１支持基板用ウェーハ１０、第１活性層用ウェーハ２０、第２支持基板用ウェーハ３０、および第２活性層用ウェーハ４０の少なくとも１つはポリッシュド・ウェーハであることが好ましい。ポリッシュド・ウェーハは、上記の単結晶シリコンウェーハを砥粒で研磨し、化学的方法により表面処理を施すことにより得ることができる。

以上、本発明の多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法について、第１及び第２の実施形態を例にして説明したが、本発明の多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲内において適宜変更を加えることができる。

（多層膜ＳＯＩウェーハ）
次に、図１，２（Ｆ）を参照して、上記の製造方法により得られる多層膜ＳＯＩウェーハ１００，２００について説明する。多層膜ＳＯＩウェーハ１００，２００は、ともに支持基板１０（第１支持基板）の上に酸化膜１２（第１酸化膜）、第１活性層２２、中間酸化膜２４，２６、および第２活性層４２が積層されている。また、支持基板の外周領域上方には第１活性層２２が存在しないテラス部５４が形成されており、第２活性層４２の面内の厚みばらつきが０．４０μｍ以下であることを特徴とする。これらの理由については既述の説明を援用する。

また、第２活性層４２の端面には欠けや割れが無いことが好ましく、テラス部５４の表面には傷が無いことが好ましい。また、第２活性層４２の表面の直径は第１活性層２２の表面の直径以下であり、第２活性層４２の有効エリアの面積は第１活性層の有効エリアの面積以下であることが好ましい。これらの理由については既述の説明を援用する。また、支持基板１０、第１活性層２２、および第２活性層４２の少なくとも１つがポリッシュド・ウェーハからなることが好ましい。

以上、本発明の多層膜ＳＯＩウェーハについて、多層膜ＳＯＩウェーハ１００，２００を例にして説明したが、本発明の多層膜ＳＯＩウェーハは、これに限定されず、特許請求の範囲内において適宜変更を加えることができる。

（発明例）
図１に示す手順に従って、発明例の多層膜ＳＯＩウェーハを５枚作製した。

まず、第１，２支持基板用ウェーハおよび第１，２活性層用ウェーハとしては、単結晶シリコンインゴットから得たシリコンウェーハから作製したポリッシュド・ウェーハを用意した。これらのウェーハの直径は２００ｍｍ、厚さは７２５μｍとした。

次に、図３に示す手順に従って、第１のＳＯＩウェーハを作製した。すなわち、まず、熱酸化法により第１支持基板用ウェーハの表面に第１酸化膜を形成した。第１酸化膜の厚さは１μｍとした。次に、第１支持基板用ウェーハと第１活性層用ウェーハとを第１酸化膜を介して重ね合せた後に、接合熱処理を施して、第１支持基板用ウェーハと第１活性層用ウェーハとを貼り合せた。接合熱処理の条件は、酸素雰囲気中で、１１５０℃、２時間とした。次に、図３（Ｅ），（Ｆ）に示すように、既述の面取り加工およびエッチング処理により、支持基板１０の外周領域上方にテラス部を形成した。その後、第１活性層用ウェーハを研削および研磨して、表面の直径１９８ｍｍ、厚さ５μｍの第１活性層を有する第１のＳＯＩウェーハを作製した。

次に、図４に示す手順に従って、第２のＳＯＩウェーハを作製した。まず、熱酸化法により第２支持基板用ウェーハの表面に第２酸化膜を形成した。第２酸化膜の厚さは１μｍとした。次に、第２支持基板用ウェーハと第２活性層用ウェーハとを第２酸化膜を介して重ね合せた後に、接合熱処理を施して、第２支持基板用ウェーハと第２活性層用ウェーハとを貼り合せた。接合熱処理の条件は、酸素雰囲気中で、１１５０℃、２時間とした。次に、第２活性層用ウェーハの外周領域を減厚した後に第２活性層用ウェーハを研削および研磨して、第２のＳＯＩウェーハを図４（Ｆ）に示す形状に加工した。ここで、ａを５μｍ、ｂを４０μｍ、ｄを１９７ｍｍとした。すなわち、第２活性層の厚さを５μｍ、表面の直径を１９７ｍｍとした。

次に、図１（Ｂ）に示すように、熱酸化法により第１のＳＯＩウェーハの第１活性層の表面に中間酸化膜を形成した。中間酸化膜の厚さは１μｍとした。次に、第１のＳＯＩウェーハと第２のＳＯＩウェーハとを中間酸化膜を介して重ね合せて、接合熱処理を施すことにより、第１のＳＯＩウェーハと第２のＳＯＩウェーハとを貼り合わせて、貼合せウェーハを形成した。接合熱処理の条件は、酸素雰囲気中で、１１５０℃、２時間とした。

次に、Ｘ軸加工によりナイフエッジ化するおそれがあるシリコン残存部の一部を予め除去した後に、Ｙ軸加工により第２支持基板と第２酸化膜とを除去して、第２活性層の表面を露出させた。そして、第２活性層の表面に対してアルカリエッチング溶液を用いてエッチングを行うことにより多層膜ＳＯＩウェーハを形成した。すなわち、この工程では第２活性層の表面に対して研磨を行わなかった。

（比較例）
次に、図３，５に示す手順に従って、比較例の多層膜ＳＯＩウェーハを５枚作製した。

まず、第１支持基板用ウェーハ、第１活性層用ウェーハ、および第２活性層用ウェーハとしては、発明例と同じウェーハを用意し、発明例における第１のＳＯＩウェーハの作製方法と同じ方法でＳＯＩウェーハを得た。ここで、第１活性層の厚さは５μｍ、表面の直径は１９８ｍｍであった。

次に、第１活性層の表面に中間酸化膜を形成した（図５（Ａ），（Ｂ））。中間酸化膜の厚さは１μｍとした。次に、ＳＯＩウェーハと第２活性層用ウェーハとを中間酸化膜を介して重ね合わせた後に、接合熱処理を施して、ＳＯＩウェーハと第２活性層用ウェーハとを貼り合せて、貼合せウェーハを形成した（図５（Ｃ），（Ｄ））。接合熱処理の条件は、酸素雰囲気中で、１１５０℃、２時間とした。次に、図５（Ｄ）〜（Ｇ）に示すテラス加工と研削および研磨を行って、多層膜ＳＯＩウェーハ３００を得た。第２活性層の厚さは５μｍ、表面の直径は１９７ｍｍであった。

（評価１）
発明例および比較例の全てに対して、第１活性層および第２活性層の面内の厚みばらつきを評価した。ここで「面内の厚みばらつき」とは、第１活性層および第２活性層の各活性層について、活性層の表面の中心点と、活性層の表面の半径をＲとした場合に、上記中心点を中心とする半径Ｒ／２の円周を４等分する４点と、活性層の表面の外周を４等分する４点と、からなる９点における、活性層の厚さのうち最大値と最小値との差を意味する。各活性層の厚さは、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を適用した膜厚計測器を用いて測定した。その結果、全ての発明例において、第１活性層および第２活性層とも面内の厚みばらつきは０．４０μｍ以下であった。一方で、全ての比較例において、第１活性層の面内の厚みばらつきは０．４０μｍ以下であったのに対して、第２活性層の面内の厚みばらつきは０．５μｍを超えていた。これは、テラス加工を行った第１活性層上で第２活性層用ウェーハを研削および研磨して第２活性層を形成したことに起因する。

（評価２）
次に、発明例および比較例の全てに対して、第２活性層の端面における欠けや割れの有無を目視観察によって調査し、さらにテラス部の表面における傷の有無をマイクロスコープを用いて倍率５０倍にて調査した。その結果、全ての発明例において、第２活性層の端面に欠けや割れが発見されず、テラス部の表面にも傷が発見されなかった。一方、比較例では、一部の多層膜ＳＯＩウェーハにおいて第２活性層の端面に欠け・割れが観察された。また、全ての比較例において、テラス部の表面に傷が発生していた。

本発明によれば、第２活性層の有効エリアを第１活性層の有効エリアと同程度の大きさにまで確保でき、かつ、第２活性層の面内の厚みばらつきを第１活性層の面内の厚みばらつきと同程度にまで抑制することができる多層膜ＳＯＩウェーハを得ることができる。

１００，２００ 多層膜ＳＯＩウェーハ
１０ 第１支持基板用ウェーハ
１２ 第１酸化膜
１４ シリコン残渣部
２０ 第１活性層用ウェーハ
２２ 第１活性層
２４，２６ 中間酸化膜
３０ 第２支持基板用ウェーハ
３２ 第２酸化膜
４０ 第２活性層用ウェーハ
４２ 第２活性層
５０ 第１のＳＯＩウェーハ
５０Ａ 第１活性層の表面
５２ 第１ウェーハ複合体
５４ テラス部
６０ 第２のＳＯＩウェーハ
６０Ａ 第２活性層の表面
６２ 第２ウェーハ複合体
６４ 上層部
６６ シリコン残存部
６６ａ シリコン残存部の一部
７０ 貼合せウェーハ

Claims (5)

1. 第１支持基板の上に第１酸化膜と第１活性層とが積層された第１のＳＯＩウェーハと、第２支持基板の上に第２酸化膜と第２活性層とが積層された第２のＳＯＩウェーハと、を用意する第１工程と、
   前記第１活性層もしくは前記第２活性層の表面、または、前記第１活性層および前記第２活性層の表面に中間酸化膜を形成する第２工程と、
   前記第１のＳＯＩウェーハと前記第２のＳＯＩウェーハとを前記中間酸化膜を介して重ね合せて、接合熱処理を施すことにより、前記第１のＳＯＩウェーハと前記第２のＳＯＩウェーハとを貼り合せて、貼合せウェーハを形成する第３工程と、
   前記貼合せウェーハにおいて、前記第２支持基板と前記第２酸化膜とを除去することにより、多層膜ＳＯＩウェーハを得る第４工程と、
   を有し、
   前記第１工程において、前記第２のＳＯＩウェーハを、その外周領域が前記第２支持基板に至るまで減厚されており、さらに、前記第２活性層がウェーハ表面に平行な断面において円であり、かつ、前記第２活性層の表面の直径が前記第２のＳＯＩウェーハの直径よりも小さいＳＯＩウェーハとすることを特徴とする多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法。
2. 前記第１工程において、前記第１のＳＯＩウェーハを、前記第１支持基板の外周領域上方に前記第１活性層が存在しないテラス部を有するＳＯＩウェーハとする、請求項１に記載の多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法。
3. 前記第４工程では、前記減厚により前記第２のＳＯＩウェーハの外周領域に生じたシリコン残存部の少なくとも一部を、前記貼合せウェーハの外周から中心に向かって研削して除去した後に、前記第２支持基板と前記第２酸化膜とを除去する、請求項１または２に記載の多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法。
4. 前記第１工程では、前記第２活性層の表面の直径を前記第１活性層の表面の直径以下とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法。
5. 前記第４工程では、研磨加工を行わない、請求項１〜４のいずれか一項に記載の多層膜ＳＯＩウェーハの製造方法。

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