WO2003079447A1 - Procede de production de plaquettes par collage - Google Patents

Description

明 細 書 貼り合わせゥユーハの製造方法 技術分野

本発明 は、 イ オン注入剥離法を用 いた貼 り 合わせゥ ユ ーハ の製造 方法に関 し、 典型的には、 水素イ オ ン等 を注入 したシ リ コ ン ゥ エ ー ハを支持基板 と な る他の ゥ エ ー ノヽ と 密着 させた後 に剥離 して S O I ゥ ユ ーハを製造する方法に関する。 背景技術

最近、 S O I ゥ エ ーハ の製造方法 と して、 イ オ ン注入した ゥ エ ー ハを密着 さ せた後に剥離 して S O I ゥ エ ーハ を製造す る 方法 （「ィ オ ン注入剥離法」 あ る いは 「スマー ト カ ッ ト 法 （登録商標）」 と 呼 ばれ る） が注 目 さ れている 。 こ の方法では、 例えば、 2枚の シ リ コ ン ゥ ユ ーハの う ち 、 少な く と も 一方に酸化膜を形成する と 共に、 一 方の シ リ コ ン ゥ エ ー ノヽ （ボ ン ド ゥ エ一ノヽ ） の上面力 ら水素イ オンま たは希ガスイ オ ンを注入 し、 該 ゥ エ ー ハ内部にイ オン注入層 （「微 小気泡層」 と も い う ） を形成 させる。 次いで、 イ オンを注入 した方 の面 を酸ィ匕膜 を介 し て他方 の シ リ コ ン ゥ エ ー ノヽ （ベー ス ウ ェ ーハ） の表面に密着 させる。 こ の密着 させた 2 枚の ゥ ： —ハに対 し、 横型 炉内 で 1 0 °C /分程度でゆ つ く り 昇温さ せて設定温度で所定時間滞 留 さ せる熱処理を行な う こ と に よ り 、 イ オン注入層 を劈開面 と して ボン ド ウ ヱーハ を剥離 させて貼 り 合わせ ゥ エ ー ノ、 を形成する。 さ ら に、 こ の貼 り 合わせ ゥ ユ ーハに高温熱処理 （結合熱処理） を加 え る こ と に よ り 、 ボ ン ド ゥ エ一ノヽカ ら剥離 さ れた S O I 層 とベー ス ゥ ェ ーハ を強固に結合 し、 S O I ゥ エ ー ノ、 と する （特開平 5 — 2 1 1 1 2 8 号参照）。 こ の方法に よ れば、 S O I 層 の膜厚の均一性が高い S O I ゥ エ ーノヽを得る こ と ができ る。

し力 し、 上記の よ う なイ オン注入剥離法に よ り S O I ゥ ェ一ハ を 製造する場合、 剥離後の S O I ゥ ヱーハ表面にイ オン注入に よ る ダ メ ー ジ層が存在 し、 ま た、 表面粗さ は、 通常のシ リ コ ンゥ エ 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 の除去や表面粗さ の改善のための平坦化 処理が必要 と 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 ツ チポ リ ツ シュ と 呼ばれる 取 り 代 （研磨代） の極 めて少ない （研磨代 1 0 0 n m程度） 鏡面研磨 （以下 「微量研磨」 と い う ） が行われていた。

しカゝし、 S O I 層 に機械加工であ る研磨を行 う と 、 研磨代が面内 で均一でないた め に、 イ オン注入 と 剥離に よ っ て達成 された S O I 層の膜厚均一性が悪化 して しま う と い う 問題が生 じる。 ま た、 結合 熱処理後に鏡面研磨を行 う と な る と 、 工程が煩雑 と な り 、 コ ス ト 的 にも不利 と な る と い う 問題も あ る。

研磨に よ らずダメ ージ層 を除去す る方法 と して、 剥離後の S O I ゥ エ ーハに酸化性雰囲気下で熱処理を行い、 S O I 層 の表面に酸化 膜を形成 した後、 該酸化膜を除去す る 、 いわゆ る犠牲酸化を行な う こ と に よ り ダメ ージ層を除去する方法が提案 されている。

しか し、 こ の犠牲酸化のみでは S O I 層表面の表面粗さ を十分に 改善する こ と は困難であ る 。 従っ て、 表面粗 さ を十分に改善 させ る には、 結局機械研磨が必要 と な り 、 S O I 層 の膜厚均一性を劣化 さ せて しま う こ と にな る。 ま た、 酸化性雰囲気下の熱処理を行な う と 、 S O I 層表面の ダメ ージに起因 して O S F (酸化誘起積層欠陥） が発生する と い う 問題も あ る。

そ こ で、 特開平 1 0 — 2 4 2 1 5 4 号公報では、 イ オン注入剥離 法で得 られた S O I ゥ エ ーハを還元性雰囲気で熱処理する こ と に よ り 、 剥離面を研磨する こ と な く 表面粗さ を改善す る方法が提案 さ れ てい る 。 こ の方法に よれば、 S O I 層の膜厚均一性を維持 し たま ま S O I 層表面の面粗 さ を改善す る こ と ができ る と されている。

しカゝ しなが ら 、 剥離直後の表面に存在する 面粗 さ を こ の よ う な還 元性雰囲気の熱処理のみでほぼ完全に除去す る た めには、 高温、 長 時間の熱処理が必要であ り 、 その よ う な熱処理を行な っ て も 十分平 坦化でき ない場合も あっ た。

こ の よ う に、 剥離後の S O I ゥ エ ーハのダメ ー ジ層 の除去や表面 粗さ の改善を行 う 方法 と して従来様々 な提案がな されてい る が、 表 面粗 さ が十分改善されない場合があ る ほか、 S O I 層 の膜厚均一性 の劣化を招いた り 、 長時間 の熱処理が必要であ る な ど他の問題を生 じ させて しまい、 剥離後の平坦化を容易 に達成す る こ と はでき な か つ た。 発明 の 開示

本発明 はこ の よ う な問題点を解決する ため にな されたも の であ り 、 イ オン注入剥離法に よ る貼 り 合わせゥ エーハの剥離後のダメ ー ジ や表面粗 さ を低減 させ、 その後 の平坦化処理 を容易に行 う こ と がで き 、 ひいては、 貼 り 合わせ ゥ エ ーハの製造工程を簡略化する こ と が でき る 貼 り 合わせゥ エ ーハの製造方法を提供する こ と を 目 的 と する 上記 目 的を達成する ため、 本発明 では、 少な く と も 、 ボ ン ド ゥ エ ーハの表面カゝ ら水素イ オン、 希ガスイ オンあ るいはこれ ら の混合ガ スィ オンをイ オン注入 して ゥ エ ーハ内部にィ オン注入層 を形成する 工程 と 、 前記ボ ン ド ゥ エーハのイ オン注入 し た表面 と ベース ウ ェー ハの表面 と を直接あ る いは絶縁膜を介 して密着 させる工程 と 、 該密 着 さ せた ゥ ヱーノヽに熱処理を行な う こ と に よ り 、 前記イ オン注入層 でボ ン ド ゥ エー ノ、を剥離 さ せて貼 り 合わせゥ エ ー ノヽを形成する工程 と を含む貼 り 合わせゥ ヱーハの製造方法において、 前記ボ ン ド ゥ エ ーハ を剥離 させる熱処理を、 急速加熱 . 急速冷却装置を用 いて 5 °C ノ秒以上の昇温速度で行な う 条件 と 、 前記密着 さ せた ゥ ーハ を横 向き 方向 に配置して行な う 条件の う ち、 少な く と も 一方の条件で行 う こ と を特徴とする貼 り 合わせ ゥ エーハの製造方法を提供す る。 ボ ン ド ゥ エーハを剥離 さ せる 際、 上記の よ う に急速加熱 · 急速冷 却装置を用 いて 5 °Cノ秒以上の昇温速度で行 う こ と に よ り 、 剥離直 後の表面粗 さ を低減 させる こ と ができ る 。 そ して、 こ の よ う に表面 粗さ が低減 された貼 り 合わせゥ エ ーハを形成 させれば、 その後に行 われる平坦化処理に よ り 剥離面を容易に平坦化 さ せる こ と ができ る ま た、 急速加熱 · 急速冷却で剥離熱処理を行 う こ と がで き る ため 、 滞留時間がほ と ん ど不要 と な り 、 処理時間 を大幅に低減 させる こ と ができ る。

一方、 昇温速度にかかわ らず、 ボ ン ド ゥ エーハ を剥離 させる熱処 理を、 密着 させた ゥ ユ ーハ を横向 き 方向 に配置して行な う こ と に よ つ て も 剥離面の表面粗 さ を低減 させる こ と ができ 、 その後、 剥離面 を容易 に平坦化 させる こ と ができ る。

前記急速加熱 · 急速冷却装置を用 いた剥離熱処理を行 う 場合、 1 0 °C Z秒以上の昇温速度で行な う こ と が好ま しい。

こ の よ う に、 よ り 高速で昇温 させて剥離させる こ と に よ り 、 剥離 後の表面粗さ を一層低減させる こ と ができ る。

ま た、 前記急速加熱 · 急速冷却装置と して、 赤外線ラ ンプ加熱方 式の装置を用い る こ と が好ま しい。

赤外線ラ ンプ加熱方式の装置を用 いれば、 5 °C Z秒以上、 1 0 °C 秒以上の昇温速度 を容易 に達成す る こ と ができ 、 急速加熱 · 急速 冷却装置を用いた剥離熱処理を好適に行 う こ と ができ る。

ま た、 前記剥離熱処理を、 縦型炉を用いて行 う こ と が好ま しい。 縦型炉であれば、 多数の ゥ ハ を水平あ るいは略水平に した状 態で炉内 の縦方向 に並べて保持する こ と ができ る の で 、 簡単かつ多 数の ゥ ハ を横向 き 方向 に配置して剥離熱処理を極めて効率的 に 行な う こ と ができ 、 低コ ス トイ匕を図 る こ と ができ る。

さ ら に、 前記剥離熱処理に よ り 形成 さ れた貼 り 合わせゥ ハ に 対 して、 不活性ガス、 水素ガス、 あ るいはこ れ ら の混合ガス雰囲気 下で熱処理する こ と に よ り 剥離面 を平坦化 さ せる 工程及び/又は 7 0 n m以下の取り 代で剥離面を研磨する工程を さ ら に含む こ と が好ま しい。

例 えば本発明に よ る剥離熱処理後の S O I ゥ ヽに対 し、 こ の よ う なガス雰囲気下で平坦化の ため の熱処理 （平坦化熱処理） を行 えば、 表面の シ リ コ ン原子が リ フ ロ ー を生 じ、 S O I 層の膜厚均一 性を悪ィ匕させる こ と な く 容易に平坦ィ匕 させる こ と ができ る。

ま た、 剥離面に対し、 取り 代が 7 0 n m以下の微量研磨を行な う こ と でも取り代が従来よ り少ないので S O I 層 の膜厚均一性をそれほ ど悪 化 させる こ と な く 容易に平坦化 させる こ と ができ る。

前記ボ ン ド ゥ エ お よ びべ ス ウ ェーハ と して、 シ リ コ ン単結 晶 ゥ ハを用いる こ と が好ま しい。

シ リ コ ン単結晶 ゥ （単に 「 シ リ コ ン ゥ と も い う ） であれば、 汎用性が高 く 、 比較的安価であ り 、 大 口径化も 容易 であ る。 従っ て、 シ リ コ ンゥ ハ を用 いて本発明に よ り S O I ゥ ハを製造すれば、 極めて高平坦度な大 口 径の s O I ゥ ハを安価 に提供する こ と ができ る。

以上の よ う に、 ボン ド ゥ エーハを剥離 させる際、 急速加熱 ' 急速 冷却装置を用 いて 5 °C Z秒以上の昇温速度で行な う 条件 と 、 前記密 着 させた ゥ ハを横向き に配置 し て熱処理を行な う 条件の う ち 、 少な く と も 一方の条件で行 う こ と に よ り 、 剥離直後の表面粗さ を低 減さ せる こ と ができ る。 そ して、 こ の よ う に表面粗さ が低減 された 03 03354

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貼 り 合わせ ゥ エ ーハを形成 させれば、 その後、 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 した り 、 7 0 n m 以下の取 り 代で剥離面を研磨して平坦化処理をす る こ と に よ り 、 容易 に平坦化 さ せる こ と ができ 、 貼 り 合わせ ゥ エ ーハの品質を向上 させ る こ と ができ る と と も に、 貼 り 合わせゥ エ ーハの製造工程の簡略化 もする こ と 力 Sでき る。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明 に係 る貼 り 合わせ ゥ エ ーハの製造工程の一例 を示 すフ ロ ー図であ る。

図 2 は、 ェ ピタ キシ ャル成長装置 と横型炉 を用 いて剥離熱処理を 行っ た場合の昇温速度 と 剥離面の L P D数の 関係を示すグラ フ であ る

図 3 は、 剥離熱処理後の L P Dの面内分布 を示す図であ る。

( A ) 縦型炉を使用 した場合 （ゥエーハ水平置き -横置き ）

( B ) 横型炉を使用 した場合 （ゥエーハたて置き）

図 4 ( A ) ( B ) は、 横型炉 を用 い て剥離熱処理を行な っ た場合 の L P D の面内分布を示す図であ る。

発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明 につき 更に詳し く 説明する。

従来、 剥離熱処理の設定温度 と しては 5 0 0 °C程度の温度が選択 され、 熱処理装置 と しては抵抗'加熱式で多数枚を一度に処理可能な パ ッ チ式熱処理炉 （横型炉） が用い られていた。 具体的には、 熱処 理炉の温度 を 3 5 0 °C程度に初期設定し、 室温で密着 させた ゥ エ ー ハ対を数十組か ら 百数十組程度熱処理ボー ト 上にセ ッ ト して不活性 ガス雰囲気下で熱処理炉に投入する 。 投入後、 目 標の 5 0 0 °C程度 の温度ま で 1 0 °C Z分の速度で昇温 し、 5 0 0 °Cで 3 0 分程度保持 03354

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した後、 2 °C Z分程度の速度で 3 5 0 °Cまで降温 して取 り 出 さ れ る 。 こ の よ う な熱処理をカ卩えた場合で も 、 結晶 の再配列 と 気泡の凝集 と に よ っ て剥離 ゥ エ ー ノヽ と S O I ゥ エ ー ノヽに分離 される。 し力 し、 こ の よ う な剥離熱処理後に得られた貼 り 合わせゥエ ー ノヽの表面は、 前記 した よ う にダメ ージが存在 し、 表面粗 さ が大き いな どの問題が あつ 7こ 。

そ こ で 、 本発明者 ら は、 表面 にシ リ コ ン酸化膜を形成した シ リ コ ンゥ エーノ、に水素イ オンを注入 してベー ス ゥ ェ一ノヽ (シ リ コ ン ゥ ェ ーハ） と 密着 させ、 上記の横型炉を用 いて剥離熱処理に よ り S O I ゥ エ ー ノヽ （直径 2 0 0 m m ) を作製 し、 その剥離面を光学式表面検 查装置に よ り 観察 してみた。 その結果、 直径 0 . 3 2 μ πι以上 の L P D ( Light Point Defect) が約 1 7 0 0 0 個 /ゥエーノヽの密度で 観察 された。 さ ら に、 その L P D を A F M (原子間カ顕微鏡） に よ り 詳細に観察 した と こ ろ、 これ ら は深 さ 5 0 ~ l O O n m の ピ ッ ト である こ と 力 Sゎカゝつ た。

そ して、 本発明者 ら は、 こ の よ う な ピ ッ ト はイ オン注入 された水 素が熱処理に よ り ガス化す る際に発生する も のであ る と 考え、 剥離 熱処理を急速に行な えば、 水素のガ ス化が急激に発生する こ と に よ つて水素ガ ス の急膨張に よ り 剥離が一気に生 じて ピ ッ ト が発生 し難 く な る のではない力 と 発想 した。 そ こ で、 ェ ピタ キシ ャ ル成長装置 (ェ ピ炉） を用い、 剥離熱処理の昇温速度 と 剥離面の L P D の個数 と の関係を求め る 実験を行っ た と こ ろ、 図 2 に示 される結果が得 ら れた。

図 2 に示 さ れる よ う に、 ェ ピ炉を用 いて も 昇温速度が 1 。 /秒程 度の低速であ る と L P D の数が非常に多いが、 昇温速度が約 5 °C Z 秒以上にな る と L P D の数が急減に減少 し、 横型炉を用いた場合よ り も減少 してい る こ と 力 Sわかる。

一方、 横型炉と同等にゆつ く り と した昇降温速度であるが、 炉内でゥ を横向き方向に配置 （水平置き -横置き） して熱処理が行なわれる縦 型炉を使用し、 横型炉と同一条件で剥離熱処理を行い、 L P Dの密度と面 内分布を調査する実験を行なったと ころ、 横型炉を用いた場合とは異なる 結果が得られた。

すなわち、 横型炉でゥ ハの主面が略垂直となるよ う にゥ ハを立 てて （たて置き） 剥離熱処理を行なった場合、 図 3 ( B ) に示される様に L P Dが面内の特定位置に密集して発生し、 その密度が非常に大き く (約 1 7 0 0 0 個ノ ウ ハ） なったのに対し、 縦型炉でゥ ハを 水平置き して剥離熱処理を行なった場合には、 図 3 ( A ) に示される様に L P Dはゥ ハの周辺付近で密集せず、 面内全体での密度も低く （約 6 0 0 0 個 Z ゥ 抑えられていた。

さ らに、 本発明者らは、 横型炉を用い、 2組の密着されたゥ ハのノ ツチ位置を 9 0 ° ずら した状態でゥ ハボー トに载置 （たて置き） して 同時に剥離熱処理を行ない、 剥離後の L P Dの面内分布を調査したと ころ 図 4 ( A ) ( B ) に示すよ う に、 いずれのゥヱーハも横型炉内の上方向に 相当する位置に L P Dが三日月状に密集しているこ とがわかった。 すなわ ち、 横型炉を用いてゥ ハを略垂直に立てて剥離熱処理を行な う と、 そ れによって生ずるゥ ハ面内の荷重や温度分布に起因し、 剥離現象が偏 つて生ずるこ とによ り L P Dの密集 （偏り ） が発生するものと考えられる 以上の図 2〜図 4 に示される実験結果から、 剥離熱処理を行な う際、 昇 温速度を 5 °C Z秒以上の高速にするこ と と、 ゥヱーハを横向き方向に配置 するこ との 2つの条件の う ち、 少なく と も一方を実施するこ とによ り 、 横 型炉を用いた従来の剥離熱処理に比べ、 剥離面に発生する L P Dを大幅に 低減するこ とができ るこ とがわかった。

こ の よ う に、 剥離面の L P D を低減す る こ と ができ れば、 剥離面 に形成 された ピ ッ ト が低減 された こ と に な る の で 、 その後に行な わ れる平坦化処理で剥離面を平坦化す る の が容易 と な り 、 例えば微量 研磨ではその研磨代を低減する こ と ができ る 。 ま た、 研磨の代替 と して平坦化熱処理を行 う 場合には、 シ リ コ ン原子の リ フ ロ ーする 量 が少な く て も 十分に平坦化する こ と ができ る ので、 平坦化熱処理 を 短時間化、 低温化する こ と が可能にな る 。 本発明 は、 これ ら の知見 に基づき完成 さ れた も のであ る。

以下、 本発明 の具体的な実施の形態を図面 を参照 しなが ら説明す るが、 本発明 は これに限定 される も の ではない。 こ こ では、 好適な 態様 と して、 2 枚のシ リ コ ン ゥ エ ー ノヽ力 ら S O I ゥ エ ーハ を製造す る場合について説明する。

図 1 は、 本発明の方法に よ り 2枚の シ リ コ ンゥ エ ーハカ、 ら S O I ゥ エーハを製造する工程の一例 を示すフ ロ ー図であ る。 本発明 は、 貼 り 合わせゥ エ ーハの製造において、 ボ ン ド ゥ エ一 ノヽを剥離 さ せる 熱処理を、 急速加熱 · 急速冷却装置を用 いて 5 °C Z秒以上の昇温速 度で行な う 条件 と 、 前記密着 さ せた ゥ エ ーハ を横向 き 方向 に配置 し た状態で行な う 条件の う ち 、 少な く と も 一方の条件で行 う こ と を主 な特徴と する が、 ゥ エ ー ノヽ の準備力 ら S O I ゥ エ ー ノヽを完成 させ る ま で順に説明す る。

まず、 工程 （ a ) では、 2 枚のシ リ コ ン鏡面 ゥ エ ーハを準備す る 。 デバイ スの仕様に合っ た支持基板 と な るベース ウ ェーハ 1 と 、 一 部が S O I 層 と な る ボン ド ゥ エー ハ 2 を準備する。

次に工程 （ b ) では、 2 枚の ゥ エ ー ノヽの う ち の少な く と も一方の ゥ ヱーハに絶縁膜 と しての酸化膜 3 を形成す る。 こ こ では、 ボ ン ド ゥ エ ーハ 2 の表面に酸化膜 3 を形成 している 。 酸化膜 3 の厚 さ等は 特に限定 される も の ではないが、 熱酸化に よ り 約 0 · 1 〜 2 . 0 μ mの厚 さ の酸化膜を形成 させれば良い。

工程 （ c ) では、 表面に酸化膜 3 を形成 したボン ド ゥ エー ハ 2 の 表面か ら水素イ オン、 希ガスイ オンあ る いは これ ら の混合ガスィ ォ ンをイ オン注入 して ゥ エ ー ノヽ内部にイ オン注入層 を形成する。 こ こ では水素イ オン H + を注入 し、 イ オンの平均進入深 さ において表面 に平行なイ オン注入層 （微小気泡層） 4 を形成 させている。

工程 （ d ) では、 ボ ン ド ゥ エー ハ 2 のイ オ ン注入 した表面 と ベー ス ウ ェーハ 1 の表面 と を絶縁膜 （酸化膜） 3 を介 して密着 させる 。

こ こ では、 水素イ オ ンを注入 したボン ドゥ エー ノヽ 2 の水素イ オ ン 注入面 と ベース ウ ェーハ 1 の表面を重ね合せて密着 させている。 こ の よ う に 2 枚の ゥ エ ー ノヽ 1 , 2 の鏡面同士を常温の清浄な雰囲気下 で接触 させる こ と に よ り 、 接着剤等を用 いる こ と な く ゥ エ ー ハ同士 が接着する。

次に、 工程 （ e ) では、 密着 させた ゥ エ ー ノ、に熱処理を行な う こ と に よ り 、 前記イ オン注入層 4 でボ ン ド ゥ エー ハ 2 を剥離 させて貼 り 合わせゥ エ ーハ 6 を形成する。 本発明では、 こ のボン ド ゥ エー ハ を剥離 させる熱処理 （剥離熱処理） を、 急速加熱 ' 急速冷却装置を 用いて 5 °C /秒以上の昇温速度で行な う 条件 と 、 前記密着 させた ゥ エ ー ノ、 を横向き方向 に配置 して行な う 条件の う ち 、 少な く と も 一方 の条件で行 う 。 これに よ り 剥離 ゥ エ ー ノヽ 5 と S O I ゥ エ ー ノ、 6 ( S O I 層 7 +埋め込み酸化膜 3 + ベ ース ウ ェーノヽ 1 ) に分離 される と と も に、 剥離直後の S O I 層 7 の表面粗 さ を大幅に低減さ せる こ と 力 Sでき る。

本発明で行 う 剥離熱処理に関 して さ ら に具体的に説明する。

まず、 急速加熱 · 急速冷却装置を用いて 5 °C /秒以上の昇温速度 で行な う には、 密着 さ せた ゥ エ ーハを、 例え ば赤外線ラ ンプ加熱方 式を採用 してい る R T A ( Rapid Thermal Annealing) 装置ゃェ ピタ キ シ ャ ル成長装置な どの急速加熱 · 急速冷却装置に投入 し、 5 °C /秒以上の昇温速度で設定温度ま で昇温 し てィ オン注入層でボ ン ド ウ ユ ーハを剥離 さ せる。 例え ば、 水素イ オンを注入 した場合、 上 記の よ う に急速加熱を行 う こ と でイ オン注入層の水素が急膨張さ れ 、 イ オン注入層で一気に剥離 さ せる こ と ができ る 。 これに よ り 剥離 面の L P D を低減す る こ と ができ る。 こ こ で 、 本発明 でい う 急速加 熱 · 急速冷却装置 と は、 5 °C /秒以上の急速昇温が可能な全ての熱 処理炉を示すも の であ り 、 特にその加熱方式等が限定 される も の で はない。

ま た、 昇温速度の上限は特に限定 される も の ではないが、 一般的 な ラ ンプ加熱式の R T A装置では、 5 0 °C /秒や 1 0 0 °C Z秒、 あ るいはそれ以上の高速昇温が可能で あ り 、 本発明 に好適に用 いる こ と ができ る。

設定温度 と しては、 イ オ ン注入層 での剥離が可能な温度、 例え ば 4 0 0 〜 6 0 0 °C、 あ る いはそれ以上の温度、 好ま し く は 5 0 0 °C 程度に設定し、 その設定温度ま で 5 °C /秒以上で昇温 して剥離を生 じ させれば良い。 こ の よ う な熱処理に よ り イ オ ン注入層 4 を境界 と して剥離する こ と に よ っ て、 設定温度で滞留 させずに剥離 ゥ ェー ハ 5 と S O I ゥ エ ーハ 6 に分離させる こ と カ でき る。

なお、 先に説明 した図 2 に示 されてい る よ う に、 昇温速度 を 1 · 0 °Cノ秒以上、 よ り 好ま し く は 1 5 °C /秒以上 と すれば、 剥離直後の 表面粗 さ を よ り 一層低減させる こ と ができ る。

ま た、 本発明では、 剥離熱処理を、 昇温速度にかかわ らず、 密着 させた ゥ エ ーハを横向 き方向に配置 した状態で行な う 条件で行な う のが好ま し く 、 これに よ り 剥離直後 の特定方向 に生 じ る表面粗 さ を 低減さ せる こ と ができ る。 こ こ で、 密着 させた ゥ ヱーハを横向き 方 向 に配置する と は、 換言すれば ゥ ェ一ハの主面が水平あ る いは略水 平 と な る よ う に配置 した状態を意味する。 この よ う にゥエ ーハを横向 き方向に配置して剥離熱処理を行なえば、 剥離熱処理中、 ゥエ ーハ面内の 荷重や温度分布が均一とな り 、 L P Dが密集せず、 しかも全体と してその 密度も低く抑えるこ とができ る。

なお、 このよ う な剥離熱処理を行な う場合、 ゥエ ーハ面内の荷重や温度 分布を均一にするためにゥ エ ーハの主面が水平 と な る よ う に配置す る こ と が特に好ま しいが、 剥離現象が偏らない程度、 例えば、 水平か ら 5 ° 程度傾けて剥離熱処理を行なっ て も 、 剥離現象が偏らず、 剥離面 の表面粗 さ を大幅に低減さ せる こ と が で き る 。

また、 上記のよ う にゥエ ーハを横向き に配置するこ と で、 たと え昇温 速度を高速にせず と も 、 特定方向に高密度に発生する L P D を確実 に低減させる こ と ができ る 。 従っ て、 従来の よ う に横型炉内 で ゥ ェ ーハ を立て て剥離熱処理を行な う 場合 と 同様の昇温速度であ る 、 例 えば 1 0 °c Z分程度でゆ つ く り 昇温 さ せる場合で あっ て も 、 水平方 向に ゥ エ ーハを配置すれば、 高密度 L P D の発生を防止する こ と が で き る 。

本発明で剥離熱処理を行な う場合、 炉の形式は特に限定 されないが、 縦型炉を用 いれば、 ゥ エ ーハの主面が水平あ る いは略水平 と な る よ う に多数の ゥ ェ一ハを炉内の縦方向 に並べて保持する こ と ができ る。 従っ て、 特に、 密着 させた ゥ ヱ ーハ を横向き 方向 に配置 して剥離熱 処理を行な う 場合には、 非常に効率的に熱処理を行な う こ と ができ る。

ただ し、 横型炉であっ て も 、 剥離熱処理を、 5 °Cノ秒以上の昇温 速度で行な う こ と ができ る も の、 あ るいはゥ エ ー ノヽを横向 き 方向 に 配置 して行な う こ と ができ る も のであれば、 その よ う な横型炉を使 用でき る こ と は言 う までも ない。

上記のよ う に、 本発明に係る剥離熱処理は、 急速加熱 · 急速冷却装 置を用いて 5 °C Z秒以上の昇温速度で行な う 条件 と 、 前記密着 さ せ た ゥ ユ ーハを横向 き に配置 した状態で行な う 条件の う ち、 少な く と も一方の条件で剥離熱処理を行な え ば従来よ り L P D を減少 させる こ と ができ る が、 両方の条件を満た して行な う の が一層望ま しい。 すなわち、 密着 させた ゥ エ ーハを、 急速加熱 · 急速冷却装置を用い、 炉内に横向 き方向に配置 し、 5 °C Z秒以上の昇温速度で剥離熱処理 を行な え ば、 剥離現象が偏らず、 剥離直後の表面粗 さ を よ り 一層低 減させる こ と ができ る。 剥離熱処理後、 工程 （ f ) で結合熱処理を行な う 。

前記密着工程 （ d ) お よ び剥離熱処理工程 （ e ) に よ り 、 S O I 層 と ベー ス ゥ ユ ーハはあ る程度の結合力で結合 さ れる が、 こ の結合 力では、 その ま まデバ イ ス工程で使用する に は弱 いの で 、 結合熱処 理 と して S O I ゥ ヱー ノヽ 6 に高温の熱処理を施し結合強度を十分な も の と す る。 こ の熱処理は例え ば不活性ガス雰囲気下、 1 0 0 0 〜 1 3 0 0 °Cで 3 0 分力、 ら 2 時間の範囲で行な う こ と が好ま しい。 ただ し、 本発明 において は、 こ の結合熱処理を省略 し、 図 1 の f 一 で示 され る よ う に次工程 （ g ) に進んで も よ く 、 工程 （ g ) で結 合熱処理を兼ねる こ と も でき る。

工程 （ g ) は、 貼 り 合わせゥ エ ー ノヽ 6 の S O I 層 7 の表面 を平坦 ィ匕さ せる 工程であ る。 本発明では、 剥離熱処理に よ り 剥離面の L P D を低減す る こ と ができ る ので、 従来に比べて短時間の平坦化熱処 理等で S O I 層表面の表面粗さ の改善と ダメ ージ層 8 の除去 を達成 する こ と カ でき る。

具体的に は、 剥離熱処理後 （また は結合熱処理後） の S O I ゥ ェ ー ノヽ 6 に対 して、 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、 通常の ヒ ー タ 加熱式の熱処理炉 （バ ッ チ炉） を使用 し て熱処理 （平坦化熱処理） を行い、 S O I 層 の表面粗 さ の改善 と ダ メ ージの除去に よ り 平坦化 させる。

前記 した よ う に、 従来、 剥離直後に存在す る表面粗さ を還元性雰 囲気の熱処理のみで完全に除去する ため には、 高温、 長時間の熱処 理が必要 と され、 場合に よ っ ては、 その よ う な熱処理を行な っ て も 完全に平坦化でき ない場合があ っ た。 しかし、 本発明では、 剥離熱 処理後の表面粗さ が低減さ れている ため、 上記の よ う な雰囲気下で の熱処理に よ り 従来に比べ平坦度を向上する こ と ができ る。

熱処理雰囲気 と して、 水素ガ ス の割合が多い と 貼 り 合わせ界面へ の侵食が発生 しやす く な る こ と 、 お よ び、 安全上の問題か ら 、 水素 ガス は爆発限界 （ 4 % ) 以下の含有量と する こ と が好ま しい。 不活 性ガス と して は、 最も安価で汎用性が高いァルゴ ンガス が好適で あ る。

こ こ で の熱処理温度は 1 1 0 0 °C 〜 1 3 5 0 °Cが適切であ る。 1 1 0 0 °C未満であ る と 、 表面粗 さ の改善が不十分 と な る か、 極めて 長時間が必要 と な る。 ま た、 1 3 5 0 °Cを超 え る 温度では重金属不 純物に よ る 汚染や熱処理炉の耐久性に問題が発生する。

ま た、 熱処理時間は熱処理温度に も依存す るが 1 0 分〜 8 時間の 範囲が適切であ る。 これよ り 短時間 では表面粗さ の改善が不十分に な り やす く 、 これ，よ り 長時間では生産性が低下 して しま う おそれも あ る。

なお、 本発明 においては、 上記の よ う な平坦化熱処理 と して、 剥 離熱処理 と 同様に急速加熱 · 急速冷却装置を用いて行 う こ と も でき る。 例えば、 剥離熱処理に よ り 剥離 したボン ド ゥ エー ハ （剥離 ゥ ェ 一 ノヽ ） 5 のみを装置力、 ら取 り 出 し、 S O I ゥ エ ー ノヽ 6 は装置の ゥ ェ ー ハ支持具に支持したま ま所定の温度で熱処理を行えばよい。

こ れに よ り 、 剥離熱処理工程後、 ゥ ユーハの洗浄等 を行 う こ と な く 、 平坦化熱処理工程 （ g ) を行 う こ と がで き 、 S O I ゥ エ ーノヽ の 製造工程を さ ら に簡略化する こ と ができ る。

ま た、 熱処理 と微量研磨を併用す る こ と も でき る （工程 （ h ) )。 なお、 併用する場合には、 図 1 の フ ロ ー の よ う に、 熱処理後 に微量 研磨を行な う こ と に限 らず、 微量研磨後 に熱処理 を行な っ て も 良い あ る いは、 で示 され る よ う に、 工程 （ f ) の結合熱処理後、 ( g ) 工程の平坦化熱処理を省略し て微量研磨に よ る平坦化を行つ て も 良い。

本発明'では、 剥離面の L P D が低減 さ れている の で、 微量研磨を 行な う 際、 研磨代 （取 り 代） を従来の約 1 0 0 n mに比べて大幅に 低減す る こ と ができ 、 7 0 n m 以下 の取 り 代で剥離面を研磨する こ と で十分平坦化する こ と が でき る。 特に、 前述の よ う に熱処理 と 微 量研磨を併用する場合には、 更 に研磨代 を低減す る こ と ができ る 。 従っ て、 研磨を行っ た と し て も S O I 層 の膜厚均一性の悪化を最小 限に防 ぐ こ と ができ る。 なお、 膜厚均一性の悪化を極力抑制する と い う 観点か らすれば、 前記研磨代を 5 0 n m以下 と する こ と が好ま しい。

以下、 実施例及び比較例 を示 して本発明 を よ り 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 )

チ ヨ ク ラ ルス キー法に よ り 作製 さ れた結晶方位 〈 1 0 0 〉 で、 導 電型が p 型で、 抵抗率が 1 0 Ω · c mの シ リ コ ン単結晶イ ン ゴ ッ ト 力 ら 、 直径 2 0 0 m m の シ リ コ ン鏡面 ゥ エーノ、を作製 した。 これ ら をボ ン ド ゥ エー ノヽ 2 と べ— ス ゥ ェ— ノヽ 1 に分け、 図 1 の （ a ) 〜 （ e ) に した力 Sい S O I ゥ エ ーハ 6 を作製 した。 こ の時、 ボ ン ド ゥ エ ーハ 2 に形成 した埋め込み酸化膜 3 の厚 さ は 4 0 0 n m と し、 注入 イ オ ン は H + イ オ ン、 注入エ ネ ル ギー 9 0 k e V 、 注入線量 6 . 5 X 1 0 ^{1 6}ノ c m ² と した。

剥離熱処理は、 ラ ンプ加熱式のェ ピタ キシャ ル成長装置 （ァプラ イ ド ' マ テ リ ア ル社製 「 Centura」） を用 い , 1 5 °C Z秒の昇温速 度で 5 0 0 °Cま で昇温 し、 水素 1 0 0 %雰囲気下、 1 0 分間の熱処 理を行なっ た。

剥離 したま ま の S O I ゥ エ ー ノヽの表面 （剥離面） を K L A — テ ン コ ール社製の表面検査装置 「 S P — 1 」 に よ り 測定 した結果、 0 . 3 2 /x m以上の大き さ を有する L P D が約 4 0 0 0 個 / ゥ エ ー ノ、 の 密度で観察 された。

さ ら に、 その表面 （剥離面） を微量研磨 （研磨代 7 0 n m ) した 後、 再度 L P D を測定 した結果、 L P D は 5 0 個 / ゥ ハ以下に 低減した。

(実施例 2 )

剥離熱処理と して縦型炉を用いた以外は実施例 1 と同一の条件で S 〇 I ゥ ハを作製した。 剥離熱処理は、 密着させたゥ ハを 3 5 0 °Cでス タ ンバイ したヒータ加熱式の縦型炉に投入し （ゥ ハは水平置き）、 1 0 °C Z分 （約 0 . 1 7 °Cノ秒） の昇温速度で 5 0 0 °Cまで昇温し、 A r 雰 囲気下、 3 0分の熱処理を行なった後、 1 . 5 °〇/分の速度で 3 5 0 °〇ま で降温して S O I ゥ ハを取り 出した。

剥離したままの S O I ゥ ハの表面 （剥離面） には、 0 . 3 2 μ πι以 上の大き さを有する L P Dが約 6 0 0 0個/ゥヱーハの密度で観察された, そして、 その S O I ゥ ハを A r 1 0 0 %雰囲気下、 1 2 0 0 °C 1 時間の熱処理を行った後、 さ らに、 その表面を微量研磨 （研磨代 5 0 n m ) した後、 再度 L P Dを測定した結果、 L P Dは 4 0個/ゥ ハ以下 に低減した。

(実施例 3 )

ラ ンプ加熱式の R T A装置を用い、 密着 させた ゥ ハ を横向 き (水平置き ） に配置 した状態で 2 5 °C Z秒の昇温速度で 5 0 0 °Cま で昇温 し、 A r 雰囲気下、 2 分間の熱処理を行な っ た。

剥離 したま ま の S O I ゥ ヽの表面 （剥離面） には、 0 . 3 2 μ ιη以上の大き さ を有する L P D が約 3 0 0 0 個 /ゥ ハの密度 で観察 され、 さ ら に、 その表面 を微量研磨 （研磨代 6 0 n m ) した 後、 再度 L P D を測定 した結果、 L P D は 6 0 個 Zゥ 以下に 低減した。

(比較例） 図 1 の （ a ) （ d ) ま で、 実施例 と 同様の条件でボ ン ド ゥ エ ハ と ベース ゥ ェ一ノヽを密着 させた。

次に、 剥離熱処理 と して、 3 5 0 °Cでス タ ンノ ィ し た ヒ ータ 加熱 式の横型炉に密着 させた ゥ ハを投入 し、 1 0 °C /分 （約 0 . 1 7 °C /秒） の昇温速度で 5 0 0 °Cま'で昇温し、 A r 1 0 0 %雰囲気 下、 3 0 分間の熱処理を行な っ た後、 1 . 5 °C /分の速度で 3 5 0Cま で降温 して S O I ゥ ヽ を取 り 出 した。

剥離 したま ま の S O I ゥ エーハの表面 （剥離面） には、 0 . 3 2 m以上の大き さ を有する L P D が約 1 7 0 0 0 個 Zゥ ハの密 度で観察 さ れた。

さ ら に、 その表面を微量研磨 （研磨代 1 0 0 n m ) した後、 再度 L P D を測定 した結果、 5 0 0 個 Zゥ 以上の L P D が残存 し てい 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 実施形態は単な る例示であ 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、 ヽカ な る も の で あっ て も 本発明の技術的範囲に包含 さ れ る。

ま た、 上記実施態様では 2 枚の シ リ コ ン ゥ ハを結合 して S O I ゥ ハを製造する場合を 中心に説明 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 ンゥ （ボ ン ド ゥ エ ハ） にイ オン注入 した後、 絶緣性ゥ (ベース ウ ェー と 直 接密着 させて結合 し、 シ リ コ ン ゥ ヽ を剥離 して S O I ゥ ハ を製造する場合や、 イ オン注入する ゥ ハ と して G a A _s 等の化 合物半導体 ゥ ハを用 い る場合に も 当然に適用可能であ る。

ま た、 本発明 の貼 り 合わせゥ ハの製造工程も 、 図 1 に示 した も の に限定 される も の ではな く 、 こ の工程に は、 洗浄、 熱処理等の 他の 工程が付力 Π さ れ る こ と も あ る し 、 あ る い は一部工程順 の入れ替 え、 省略等 が 目 的 に応 じ て適宜行な う こ と が でき る も の で あ る 。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 少な く と も 、 ボ ン ド ゥ エーハの表面カゝ ら水素イ オン、 希ガス イ オ ン あ る い は こ れ ら の 混合ガ ス イ オ ン をイ オン注入 し て ゥ エーハ 内部にイ オ ン注入層 を形成する 工程 と 、 前記ボン ド ゥ エーハのィ ォ ン注入 し た表面 と ベース ウ ェーハの表面 と を直接あ る いは絶縁膜を 介 して密着 させる工程と 、 該密着 さ せた ゥ エーハに熱処理を行な う こ と に よ り 、 前記イ オン注入層 でボ ン ド ゥ エーハ を剥離 さ せて貼 り 合わせ ゥ ェ一ハを形成する 工程 と を含む貼 り 合わせゥ エ ーハ の製造 方法において、 前記ボン ド ゥ エーハ を剥離 させる熱処理を、 急速加 熱 · 急速冷却装置を用いて 5 °C Z秒以上の昇温速度で行な う 条件 と 、 前記密着 さ せた ゥ ： —ハ を横向 き 方向 に配置して行な う 条件の う ち、 少な く と も一方の条件で行 う こ と を特徴 とする貼 り 合わせ ゥ ェ ーハの製造方法。

2 . 前記急速加熱 · 急速冷却装置を用 いた剥離熱処理を、 1 0 °C /秒以上の昇温速度で行な う こ と を特徴 と する請求項 1 に記載 され た貼 り 合わせ ゥ ユ ーハの製造方法。

3 . 前記急速加熱 · 急速冷却装置 と し て、 赤外線ラ ンプ加熱方式 の装置を用 い る こ と を特徴 と す る請求項 1 ま たは請求項 2 に記載 さ れた貼 り 合わせゥ エ ーハの製造方法。

4 . 前記剥離熱処理を、 縦型炉を用いて行 う こ と を特徴 と する 請 求項 1 ない し請求項 3 の いずれか一項に記載 された貼 り 合わせゥ ェ ーハの製造方法。

5 . 前記剥離熱処理に よ り 形成 さ れた貼 り 合わせ ゥ ーハに対 し て、 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 熱処理す る こ と に よ り 剥離面を平坦化 さ せる 工程及び /又は 7 O n m以下の取り 代で剥離面を研磨する工程を さ ら に含む こ と を特徴 と す る請求項 1 ない し請求項 4 のいずれか一項に記載 された貼 り 合わせ ゥ ーハの製造方法。

6 . 前記ボ ン ド ゥ エー ノヽお よ びべ一ス ウ ェ ーノヽ と して、 シ リ コ ン 単結晶 ゥ エ ーハを用いる こ と を特徴 と す る請求項 1 ない し請求項 5 の いずれか一項に記載された貼 り 合わせ ゥ エ ーハ の製造方法。