JPH11340444A

JPH11340444A - Ｓｏｉウエーハの製造方法およびｓｏｉウエーハ

Info

Publication number: JPH11340444A
Application number: JP16291698A
Authority: JP
Inventors: Koji Aga; 浩司阿賀; Kiyoshi Mitani; 清三谷; Masatake Nakano; 正剛中野
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 1999-12-10
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: JP4379927B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＳＯＩ層を気相エッチング後、研磨すること
に変わる新たな処理方法と処理条件を確立し、気相エッ
チングで得られた良好な膜厚均一性を保持するとともに
潜傷やダメージ層、表面粗さを除去し、結晶性に優れた
薄膜ＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハを、比較的簡単に
低コストで製造する方法を提供する。【解決手段】ＳＯＩ層を気相エッチングする工程を有
するＳＯＩウエーハの製造方法において、該気相エッチ
ング後、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を加える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＳＯＩ（Silicon On
Insulator）ウエーハのＳＯＩ層の膜厚均一性が保持さ
れ、ＳＯＩ層表面の潜傷、ダメージ層、表面粗さを除去
することができるＳＯＩウエーハの製造技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＳＯＩ構造のウエーハの作製法と
しては、酸素イオンをシリコン単結晶に高濃度で打ち込
んだ後に、高温で熱処理を行い酸化膜を形成するＳＩＭ
ＯＸ（Separation By Implanted Oxygen）法によるもの
と、２枚の鏡面研磨したシリコンウエーハを接着剤を用
いることなく結合し、片方のウエーハを薄膜化する結合
法が注目されている技術である。

【０００３】ＳＩＭＯＸ法は、デバイス活性領域となる
ＳＯＩ層の膜厚を、酸素イオン打ち込み時の加速電圧で
決定、制御できるために、薄層でかつ膜厚均一性の高い
ＳＯＩ層を容易に得る事ができる利点があるが、埋め込
み酸化膜の信頼性や、ＳＯＩ層の結晶性、１３００℃以
上の温度での熱処理が必要である等問題が多い。

【０００４】一方、ウエーハ結合法は、単結晶のシリコ
ン鏡面ウエーハ２枚のうち少なくとも一方に酸化膜を形
成し、接着剤を用いずに貼り合わせ、次いで熱処理（通
常は１０００℃〜１２００℃）を加えることで結合を強
化し、その後片方のウエーハを研削や湿式エッチングに
より薄膜化した後、薄膜の表面を鏡面研磨してＳＯＩ層
を形成するものであるので、埋め込み酸化膜の信頼性が
高くＳＯＩ層の結晶性も良好であるという利点がある
が、機械的な加工により薄膜化しているために、得られ
るＳＯＩ層の膜厚およびその均一性に限界がある。

【０００５】しかしながら、半導体デバイスの高集積
化、高速度化等により、ＳＯＩ層の厚さはさらなる薄膜
化が要求されており、１μｍ以下といった極薄のＳＯＩ
層が要求されるようになってきている。従って、このよ
うな極薄のＳＯＩ層を結合ウエーハで作製し、今後のＣ
ＭＯＳ基板としてＳＩＭＯＸ法と同等またはそれ以上の
薄膜化を達成するためには、最低でも０．１±０．０１
μｍの膜厚と加工精度が必要とされている。

【０００６】この結合ウエーハで０．１±０．０１μｍ
の膜厚と加工精度を実現するための技術として、特開平
５−１６００７４号公報に開示されているいわゆるＰＡ
ＣＥ（Plasma Assisted Chemical Etching）法と呼ばれ
る方法が開発された。このＰＡＣＥ法は気相エッチング
による薄膜の厚さを均一化する方法であり、予め均一化
しようとするシリコン層の厚さの分布を測定して、厚さ
分布のマップを作成し、そのマップにしたがって数値制
御により厚い部分を局所的に気相エッチングにより除去
することによって、極薄でかつ膜厚がきわめて均一な薄
膜を作製することができるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ＰＡＣＥ
法では高周波プラズマを用いて薄膜の表面をエッチング
除去するために、ＳＯＩ層表面に極僅かではあるがダメ
ージが入ってしまう。また、ＰＡＣＥ法で処理したＳＯ
Ｉ層表面には、新たにヘイズと呼ばれる周期が０．０１
〜５μｍ程度の微小な面粗さが入ることがあり、このヘ
イズの改善のために、ＰＡＣＥ法で処理後、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を行う
等の処理が必要となる。

【０００８】ところが、このタッチポリッシュ後のＳＯ
Ｉ層をＨ．Ｇａｓｓｅｌ（J.Electrochem.Soc.,140,pp1
713,1993) らにより開示された、四段セコエッチング法
を応用して評価すると、ＳＯＩ層表面には高密度の結晶
欠陥が存在することがわかった。すなわち、タッチポリ
ッシュではＰＡＣＥ法で入った潜傷やダメージ、結晶欠
陥を完全には除去できないか、あるいはタッチポリッシ
ュ自体で新たな潜傷やダメージ、結晶欠陥が導入されて
いることになる。これらの残留ダメージや結晶欠陥はデ
バイスの電気特性に悪影響を及ぼしてしまう。また、タ
ッチポリッシュでは、ウエーハ面内の研磨代が不均一に
なり易く、ＰＡＣＥ加工により得られた良好なＳＯＩ層
膜厚の均一性が悪化するという欠点を避けることはでき
なかった。

【０００９】そこで、本発明はこのような問題点に鑑み
なされたもので、ＳＯＩ層を気相エッチング後、タッチ
ポリッシュ等の研磨に変わる新たな処理方法と処理条件
を確立し、良好な膜厚均一性を保持しつつ、気相エッチ
ングで入った潜傷や、ダメージ層、結晶欠陥、表面粗さ
を確実に除去するとともに、表面粗さの極めて小さい、
結晶性に優れた薄膜ＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハ
を、比較的簡単にかつ比較的低コストで製造する方法を
提供することを目的とする。

【００１０】

【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、ＳＯＩ層を気
相エッチングする工程を有するＳＯＩウエーハの製造方
法において、該気相エッチング後、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を
加えることを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法であ
る。

【００１１】このように、ＳＯＩ層を気相エッチング
後、水素を含む還元性雰囲気下の熱処理を加えることに
よって、気相エッチングで得られたＳＯＩ層の良好な膜
厚均一性を保持したまま、ＳＯＩ層表面に残留する潜傷
やダメージ層、表面粗さを確実に除去することができ
る。従って、機械的な研磨をする必要がなくなり、膜厚
均一性に優れた極めて高品質のＳＯＩウエーハを製造す
ることができる。

【００１２】この場合、請求項２に記載したように、水
素を含む還元性雰囲気下の熱処理を、１０００℃〜シリ
コンの融点以下の温度範囲で、６時間以下行なうように
した。このような条件の高温長時間熱処理を加えれば、
確実に気相エッチング後のＳＯＩ層の表面にある潜傷、
ダメージ層および表面粗さを除去することができる。ま
た、この水素を含む還元性雰囲気下の熱処理は通常の熱
処理炉を用いて行うことができる。

【００１３】また、本発明の請求項３に記載した発明で
は、水素を含む還元性雰囲気下の熱処理を、急速加熱・
急速冷却装置を用いて、１０００℃〜シリコンの融点以
下の温度範囲で、１〜３００秒間行うようにした。この
ように、気相エッチング後のＳＯＩウエーハに、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下
の熱処理を施せば、極めて短時間で効率よくＳＯＩ層表
面の潜傷、ダメージ層および表面粗さを改善することが
できる。

【００１４】そして、請求項４に記載したように、水素
を含む還元性雰囲気下の熱処理を、１００％水素雰囲気
または水素とアルゴンの混合雰囲気で行うのが好まし
い。このような熱処理雰囲気とすれば、確実にＳＯＩ層
表面の潜傷、ダメージ層および表面粗さを改善すること
ができる。

【００１５】さらに、このような本発明の方法によれ
ば、膜厚均一性の良好な、ＳＯＩ層表面の潜傷、ダメー
ジ層および表面粗さを除去した極めて高品質のＳＯＩウ
エーハを得ることができる（請求項５）。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定され
るものではない。ここで、図１は本発明のウエーハ結合
法でＳＯＩウエーハを製造する方法の製造工程の一例を
示すフロー図である。

【００１７】図１の工程では、気相エッチング工程と水
素を含む還元性雰囲気下の熱処理工程を有するＳＯＩウ
エーハの製造工程となっている。先ず、工程１では、２
枚のシリコン鏡面ウエーハを準備するものであり、デバ
イスの仕様に合ったウエーハを準備する。工程２では、
そのうちの少なくとも一方のウエーハを熱酸化し、その
表面に約０．１μｍ〜２．０μｍ厚の酸化膜を形成す
る。工程３では、２枚の鏡面ウエーハの鏡面同士を貼り
合わせて接合する工程であり、常温の清浄な雰囲気下で
２枚のウエーハの鏡面同士を接触させることにより、接
着剤等を用いることなくウエーハ同士が接着する。

【００１８】工程４では、接合したウエーハ同士の結合
力は、そのままデバイス工程で使用するには弱いので、
酸化性雰囲気下、熱処理を行い結合強度を十分なものと
する必要があるが、この熱処理はウエット酸素雰囲気
下、１０５０℃〜１２００℃で３０分から２時間の範囲
で行うことが好ましい。次に、工程５では、結合ウエー
ハの一方の面を研削する工程であり、研削を行うのは工
程２で酸化膜を形成した方のウエーハでも、酸化膜を形
成しなかった方のウエーハのどちらでもよく、ＳＯＩ層
の厚さが１０μｍ程度となるように一方のウエーハの裏
面（結合ウエーハの表面）から研削除去する。そして、
工程６では、工程５で研削した研削面を鏡面研磨する工
程であり、通常の鏡面研磨ウエーハ製造工程と同様の鏡
面研磨を行い、ＳＯＩ層の厚さを約２μｍ〜７μｍとす
る。ここまでの工程は、通常の結合法によるＳＯＩウエ
ーハの製造方法と変わりがない。

【００１９】次に、工程７は、気相エッチングによるＳ
ＯＩ層のさらなる薄膜化と厚さを均一化する工程であ
り、例えば、ＰＡＣＥ法により行えばよい。図２はＰＡ
ＣＥ法による気相エッチングの概略を示す概念図で、
（ａ）は斜視図、（ｂ）断面図である。

【００２０】ＰＡＣＥ法は、図２（ａ）（ｂ）に示すよ
うに高周波プラズマ１６を空洞１２内に局在化させて、
気相エッチングを行う方法で、膜厚の均一化に極めて有
効な方法である。この方法は、いわゆるドライエッチ法
の一つで、まず結合ウエーハ１１上のＳＯＩ層の厚さ分
布を測定した後、その分布に従って、結合ウエーハ１１
上を膜厚分布に応じて空洞１２の走行速度を制御するこ
とにより、ＳＯＩ層の表面がプラズマ１６に暴露される
時間が制御され、その結果表面のエッチング除去量が制
御されることによって、結合ウエーハ１１上のＳＯＩ層
の厚さを均一化するものである。プラズマ１６は、結合
ウエーハ１１を挟んで上下に配置された、電極１３、１
４に高周波電源１５から高周波を印加することによっ
て、空洞１２内に局在化して発生させる。そして、この
空洞が結合ウエーハ１１上を自在に走行できるようにな
っていてエッチングが行なわれる。

【００２１】そして、次に、従来法ではタッチポリッシ
ュ等の鏡面研磨の工程を行い、上記工程７の気相エッチ
ングで導入されたＳＯＩ層表面のヘイズ等の除去を行っ
ていたが、このように気相エッチング後に研磨を行うと
却ってＳＯＩ層の膜厚の均一性が悪化したり、潜傷やダ
メージ層が導入され、結晶性が劣化し易いという欠点が
ある。

【００２２】そこで本発明では工程８において、水素を
含む還元性雰囲気下の熱処理を行ない、ＳＯＩ層表面の
潜傷、ダメージ層および表面粗さを確実に除去しようと
いうものである。このように、気相エッチング後、ＳＯ
Ｉ層表面を研磨することなく、水素を含む還元性雰囲気
下の熱処理を加えることによって、ＳＯＩ層表面に残留
する潜傷、ダメージ層と表面粗さを、膜厚均一性を劣化
させることなく除去することができるようになった。以
上の工程を経て、結晶品質が高く、膜厚均一性に優れた
ＳＯＩ層を有する高品質のＳＯＩウエーハを製造するこ
とができる。

【００２３】以下、本発明の気相エッチング後に行われ
る水素を含む還元性雰囲気下の熱処理（水素アニール法
ということもある）を詳細に説明する。上記工程８の水
素を含む還元性雰囲気下の熱処理は、例えば１０００℃
〜シリコンの融点以下、より好ましくは１２００℃〜１
３５０℃の温度範囲で、６時間以下行なうのが好まし
い。

【００２４】このような条件の高温長時間熱処理をすれ
ば、どのような形式の熱処理炉を用いても確実に気相エ
ッチング後のＳＯＩ層の表面にある潜傷、ダメージ層お
よび表面粗さ等を除去することができる。１２００℃以
上のような高温であると、特に効率的に潜傷、ダメージ
層および表面粗さ等を改善することができ、熱処理時間
も短縮できるが、１３５０℃を越えて熱処理すると炉の
耐久性や、ウエーハ汚染の問題が生じることがあるの
で、１２００℃〜１３５０℃の範囲とするのが良い。

【００２５】また、上記のように通常の熱処理炉を用い
たのでは時間がかかり過ぎるので、本発明では、水素を
含む還元性雰囲気下の熱処理を、急速加熱・急速冷却装
置（Rapid Thermal Annealer, ＲＴＡ装置と略称するこ
とがある）を用いて、１０００℃〜シリコンの融点以下
の温度範囲で、１〜３００秒間処理することができる。
このように、気相エッチング後のＳＯＩ層に、ＲＴＡ装
置を用いて、水素アニールを施せば、極めて短時間で効
率よくＳＯＩ層表面の潜傷、ダメージ層および表面粗さ
等を改善することができる。この場合も上記と同様に、
１２００〜１３５０℃の温度範囲とすればより効果的で
ある。

【００２６】この場合、水素を含む熱処理の雰囲気とし
ては、水素１００％雰囲気あるいは、水素の還元力を調
整したり安全上等の理由からアルゴンとの混合雰囲気で
行うことができる。このような熱処理雰囲気とすれば、
前工程の気相エッチングで得られた膜厚均一性を保持し
たまま、確実にＳＯＩ層表面の潜傷、ダメージ層および
表面粗さ等を改善することができる。

【００２７】尚、ＳＯＩ層を形成するウエーハとしてチ
ョクラルスキー法（ＣＺ法）によって作製されたＣＺウ
エーハを用いた場合、ＣＺウエーハ中には結晶製造時に
導入されたＣＯＰ（Crystal Originated Particle ）と
呼ばれる欠陥が存在しているため、近年要求されている
ようにＳＯＩ層が薄い場合には、このＣＯＰがＳＯＩ層
を貫通して存在し、ピンホールを形成する場合がある。
このような場合、水素を含む還元性雰囲気下の熱処理を
長時間にわたり行うと、還元性ガスがこのピンホールを
通って侵入し、埋め込み酸化膜を還元してしまうと言う
問題が生じるが、急速加熱・急速冷却装置を用いて熱処
理を行えば、極めて短時間の熱処理で済むので、上記埋
め込み酸化膜を還元してしまうこともないのに加えて、
ＳＯＩ層中のＣＯＰを低減あるいは消滅させることが可
能である。

【００２８】一方、ＳＯＩ層を形成するウエーハとし
て、エピタキシャルウエーハあるいはフローティングゾ
ーン法（ＦＺ法）によって作製されたＦＺウエーハを用
いた場合には、上記ＣＯＰの問題は生じないので、通常
の炉を用いて熱処理を行っても良いが、長時間の熱処理
が必要になることには変わりがないので、急速加熱・急
速冷却装置を用いた方が効率的である。

【００２９】本発明で用いられる、ＳＯＩウエーハを、
水素を含む還元性雰囲気下で急速加熱・急速冷却できる
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、その他市販されているも
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。

【００３０】ここで、本発明で用いたＳＯＩウエーハを
水素を含む還元性雰囲気下で急速加熱・急速冷却できる
装置の一例を示す。図３は、このような急速加熱・急速
冷却できる装置の概略断面図である。図３の熱処理装置
２０は、例えば炭化珪素あるいは石英からなるベルジャ
２１を有し、このベルジャ２１内でウエーハを熱処理す
るようになっている。加熱は、ベルジャ２１を囲繞する
ように配置される加熱ヒータ２２，２２’によって行
う。この加熱ヒータは上下方向で分割されており、それ
ぞれ独立に供給される電力を制御できるようになってい
る。もちろん加熱方式は、これに限定されるものではな
く、いわゆる輻射加熱、高周波加熱方式としてもよい。
加熱ヒータ２２，２２’の外側には、熱を遮蔽するため
のハウジング２３が配置されている。

【００３１】炉の下方には、水冷チャンバ２４とベース
プレート２５が配置され、ベルジャ２１内と、外気とを
封鎖している。そしてＳＯＩウエーハ２８はステージ２
７上に保持されるようになっており、ステージ２７はモ
ータ２９によって上下動自在な支持軸２６の上端に取り
つけられている。水冷チャンバ２４には横方向からウエ
ーハを炉内に出し入れできるように、ゲートバルブによ
って開閉可能に構成される不図示のウエーハ挿入口が設
けられている。また、ベースプレート２５には、ガス流
入口と排気口が設けられており、炉内ガス雰囲気を調整
できるようになっている。

【００３２】以上のような熱処理装置２０によって、Ｓ
ＯＩウエーハの還元性雰囲気下急速加熱・急速冷却する
熱処理は次のように行われる。まず、加熱ヒータ２２，
２２’によってベルジャ２１内を、例えば１０００℃〜
シリコンの融点以下の所望温度に加熱し、その温度に保
持する。分割された加熱ヒータそれぞれを独立して供給
電力を制御すれば、ベルジャ２１内を高さ方向に沿って
温度分布をつけることができる。したがって、ウエーハ
の処理温度は、ステージ２７の位置、すなわち支持軸２
６の炉内への挿入量によって決定することができる。

【００３３】ベルジャ２１内が所望温度で維持されたな
ら、熱処理装置２０に隣接して配置される、不図示のウ
エーハハンドリング装置によってＳＯＩウエーハを水冷
チャンバ２４の挿入口から入れ、最下端位置で待機させ
たステージ２７上に例えばＳｉＣボートを介してウエー
ハを乗せる。この時、水冷チャンバ２４およびベースプ
レート２５は水冷されているので、ウエーハはこの位置
では高温化しない。

【００３４】そして、ＳＯＩウエーハのステージ２７上
への載置が完了したなら、すぐにモータ２９によって支
持軸２６を炉内に挿入することによって、ステージ２７
を１０００℃〜シリコンの融点以下の所望温度位置まで
上昇させ、ステージ上のＳＯＩウエーハに高温熱処理を
加える。この場合、水冷チャンバ２４内のステージ下端
位置から、所望温度位置までの移動には、例えば２０秒
程度しかかからないので、ＳＯＩウエーハは急速に加熱
されることになる。

【００３５】そして、ステージ２７を所望温度位置で、
所定時間停止（１〜３００秒）させることによって、Ｓ
ＯＩウエーハに還元性雰囲気下で停止時間分の高温熱処
理を加えることができる。所定時間が経過し高温熱処理
が終了したなら、すぐにモータ２９によって支持軸２６
を炉内から引き抜くことによって、ステージ２７を下降
させ水冷チャンバ２４内の下端位置とする。この下降動
作も、例えば２０秒程度で行うことができる。ステージ
２７上のＳＯＩウエーハは、水冷チャンバ２４およびベ
ースプレート２５が水冷されているので、急速に冷却さ
れる。最後に、ウエーハハンドリング装置によって、Ｓ
ＯＩウエーハを取り出すことによって、熱処理を完了す
る。さらに熱処理するＳＯＩウエーハがある場合には、
熱処理装置２０の温度を降温させていないので、次々に
ＳＯＩウエーハを投入し連続的に熱処理をすることがで
きる。

【００３６】以上、詳述したように、本発明の方法によ
って膜厚均一性の良好な、極めて結晶性に優れた高品質
のＳＯＩウエーハを得ることができる。特に、本発明で
は、ＳＯＩ層の膜厚均一性が±８ｎｍ以下であり、ＳＯ
Ｉ層の表面粗さがＲＭＳ値で０．３ｎｍ以下で、ＳＯＩ
層の表面欠陥密度が１０³ 個／ｃｍ² 以下であるとい
う、各品質項目ともに高品質のＳＯＩウエーハを得るこ
とができる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例と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）ＳＯＩウエーハの作製ＳＯＩウエーハを作製するための２枚のウエーハは、Ｃ
Ｚ法で引き上げられた方位〈１００〉、直径８インチの
鏡面研磨したシリコンウェーハを用いた。ＳＯＩ層とな
るウエーハ（ボンドウエーハ）に酸化膜を０．２μｍ形
成した後、支持基板となるもう一方のウエーハ（ベース
ウエーハ）と密着させ、これに１１００℃で２時間の結
合熱処理を加えた後、ボンドウエーハを研削・研磨し、
さらにＰＡＣＥ法気相エッチングを行い、約０．１μｍ
のＳＯＩ層を持つＳＯＩウエーハを６枚作製し、４枚を
実施例に、２枚を比較例に使用した。

【００３８】（２）還元性雰囲気下における熱処理とそ
の結果熱処理用ＲＴＡ装置にはＡＳＴ社製ＳＨＳ−２８００を
用い、上記気相エッチング処理したＳＯＩウエーハを水
素ガス１００％の雰囲気で、１２００℃で１０秒の急速
加熱・急速冷却熱処理を行った。

【００３９】表１に原料となる鏡面研磨ウエーハ（ボン
ドウエーハとベースウエーハ）と、ＳＯＩ層表面をＰＡ
ＣＥ法気相エッチング処理したＳＯＩウエーハとさらに
水素アニールを施したＳＯＩウエーハの三段階のウエー
ハの表面粗さを、原子間力顕微鏡法により、０．２μｍ
角、１μｍ角の２水準で測定した値を、ＲＭＳ値（二乗
平均平方根値）とＰ−Ｖ値（ピークと底の差の最大値）
で示した。

【００４０】その結果、気相エッチングによってＳＯＩ
層の表面粗さは数倍面粗れしたものとなるが、急速加熱
・急速冷却装置による水素アニールにより元の鏡面研磨
ウエーハの表面粗さとほぼ同じ値まで改善されることが
わかる。

【００４１】

【表１】

【００４２】また、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層の膜厚
を、気相エッチング後と水素アニール後のものについて
測定し、膜厚の均一性を求めた。膜厚測定は反射分光法
で行ない、ＳＯＩウエーハの面内を外周から１０ｍｍを
除いて、１ｍｍピッチで数千点測定した。

【００４３】その結果、気相エッチング後のＳＯＩ層の
表面粗さのシグマ（標準偏差）は、２．４ｎｍであり、
従って、膜厚均一性（３シグマ）は±７．２ｎｍで、悪
くとも±８ｎｍ以内であった。一方、水素アニール後の
ＳＯＩ層膜厚のシグマ（標準偏差）は、２．３ｎｍであ
り、従って、膜厚均一性（３シグマ）は±６．９ｎｍ
で、水素アニールにより膜厚の均一性は全く影響を受け
ておらず、悪くとも±８ｎｍ以下で極めて良好であるこ
とがわかった。

【００４４】さらに、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層の潜
傷、ダメージ層の深さを、気相エッチング後と水素アニ
ール後のものについて測定し、水素熱処理の効果を確認
した。ＫＯＨ水溶液によるエッチングを行ない、表面か
らのエッチング除去量を変えた試料を準備し、Ｈ．Ｇａ
ｓｓｅｌ等により開示された四段セコエッチング法を行
なった後、顕微鏡観察して、その表面に存在するピット
密度をカウントすることによって測定した。その結果、
水素アニール後のＳＯＩ層表面には潜傷、ダメージ層が
消滅していた。すなわち、ＳＯＩ層の表面欠陥密度は約
２５０個／ｃｍ² であり、深さ方向にはこの値は殆ど変
化せず、確実に１０³ 個／ｃｍ² 以下とすることができ
ることがわかった。従って、気相エッチングによるＳＯ
Ｉ層の膜厚の均一性を悪化させることなく、表面のダメ
ージ層等を除去することができた。

【００４５】（比較例）従来法に従って、ＰＡＣＥ法気
相エッチング後、研磨代を１０ｎｍとしてタッチポリッ
シュを施した。その結果の表面粗さを表１に併記した。
タッチポリッシュによって表面粗さは、測定面積が微小
局部的な場合は改善されているが、広くなると本発明の
方法より数倍の面粗れになっていることがわかる。ま
た、膜厚均一性は、気相エッチング後の膜厚のシグマ
（標準偏差）は２．４ｎｍであり、従って、膜厚均一性
（３シグマ）は±７．２ｎｍであったのに対し、タッチ
ポリッシュ後の膜厚のシグマは２．８ｎｍであり、従っ
て、膜厚均一性（３シグマ）は±８．４ｎｍ程度と若干
悪くなる傾向が見られた。さらに、タッチポリッシュに
よって潜傷、ダメージ層が導入されていることがわかっ
た。すなわち上記実施例の場合と同様に、四段セコエッ
チング法処理後ピット密度を計測した所、気相エッチン
グ後は約１０³ 個／ｃｍ² であったものがタッチポリッ
シュ後は約１０⁵ 個／ｃｍ² まで増加していた。

【００４６】尚、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。

【００４７】例えば、上記実施形態で使用したＳＯＩウ
エーハは、２枚のシリコン単結晶ウエーハをシリコン酸
化膜を介して貼り合わせた、いわゆる貼り合わせＳＯＩ
ウエーハ（結合ウエーハ）を気相エッチング処理および
還元性熱処理する場合について説明したが、本発明はこ
の場合に限定されるものではなく、シリコンウエーハと
絶縁性ウエーハを結合してＳＯＩウエーハとする場合、
あるいは、シリコンウエーハをイオン注入したウエーハ
に結合し、その後注入部で分離してＳＯＩウエーハを製
造する方法（水素イオン剥離法またはスマートカット法
と呼ばれる技術）で得たＳＯＩウエーハにも適用するこ
とが可能である。

【００４８】また、上記実施形態では図３に示したよう
な熱処理装置を用いたが、本発明はこのような装置によ
り行わなければならないものではなく、ＳＯＩウエーハ
を水素を含む還元性雰囲気下の熱処理をすることができ
る熱処理装置で、１０００℃以上に加熱することができ
るものであれば、原則としてどのような装置であっても
用いることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように、ＳＯＩ層を気相エ
ッチングした後、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を施すことによっ
て、ＳＯＩ層の膜厚均一性が極めて良好なＳＯＩウエー
ハを製造することができると共にＳＯＩ層に残留する潜
傷、ダメージ層および表面粗さが除去されるので、極め
て高品質のＳＯＩウエーハを低コストで製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＳＯＩウエーハの製造工程の一例を示
すフロー図である。

【図２】ＰＡＣＥ法による気相エッチングの概略を示す
概念図である。（ａ）斜視図、（ｂ）断面図。

【図３】ＳＯＩウエーハを急速加熱・急速冷却できる装
置の一例を示した概略断面図である。

【符号の説明】

１…２枚の鏡面研磨ウエーハを準備する工程、２…一方
のウエーハを酸化する工程、３…２枚のウエーハの鏡面
同士を貼り合わせる工程、４…酸化性雰囲気で結合熱処
理する工程、５…一方のウエーハの裏面から研削する工
程、６…研削面を鏡面研磨する工程、７…ＰＡＣＥ法気
相エッチング工程、８…水素を含む還元性雰囲気下熱処
理、１１…結合ウエーハ、１２…空洞、１３、１４…電
極、１５…高周波電源、１６…プラズマ、２０…熱処理
装置、２１…ベルジャ、２２，２２’…加熱ヒータ、２
３…ハウジング、２４…水冷チャンバ、２５…ベースプ
レート、２６ …支持軸、２７…ステージ、２８…ＳＯ
Ｉウエーハ、２９…モータ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳＯＩ層を気相エッチングする工程を有
するＳＯＩウエーハの製造方法において、該気相エッチ
ング後、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を加えることを特徴とするＳ
ＯＩウエーハの製造方法。
【請求項２】前記水素を含む還元性雰囲気下の熱処理
を、１０００℃〜シリコンの融点以下の温度範囲で、６
時間以下行うことを特徴とする請求項１に記載したＳＯ
Ｉウエーハの製造方法。
【請求項３】前記水素を含む還元性雰囲気下の熱処理
を、急速加熱・急速冷却装置を用いて、１０００℃〜シ
リコンの融点以下の温度範囲で、１〜３００秒間行うこ
とを特徴とする請求項１に記載したＳＯＩウエーハの製
造方法。
【請求項４】前記水素を含む還元性雰囲気下の熱処理
を、１００％水素雰囲気または水素とアルゴンの混合雰
囲気で行う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項に記載したＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項５】前記請求項１ないし請求項４のいずれか
１項に記載した方法で製造されたことを特徴とするＳＯ
Ｉウエーハ。