JP2000294470A - Ｓｏｉウエーハおよびｓｏｉウエーハの製造方法 - Google Patents
Ｓｏｉウエーハおよびｓｏｉウエーハの製造方法Info
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- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ＳＯＩウエーハを用いて作製されるＭＯＳデ
バイスの酸化膜耐圧やしきい値電圧あるいはやキャリア
移動度等のデバイス特性のバラツキ等に及ぼす影響が極
めて少ないＳＯＩ層表面の面粗さとＳＯＩ／ＢＯＸ界面
の面粗さを有する高品質ＳＯＩウエーハとその製造方法
を提供する。 【解決手段】 ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面の面粗さ
がＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下および／またはＳＯＩ層
と埋め込み酸化膜との界面の面粗さがＲＭＳ値で０．１
２ｎｍ以下であるＳＯＩウエーハ、並びにＳＯＩウエー
ハを鏡面研磨した後、該表面の自然酸化膜を除去または
該表面に３００ｎｍ以上の熱酸化膜を形成して該熱酸化
膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１０
０％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよび
／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なうこ
とを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
バイスの酸化膜耐圧やしきい値電圧あるいはやキャリア
移動度等のデバイス特性のバラツキ等に及ぼす影響が極
めて少ないＳＯＩ層表面の面粗さとＳＯＩ／ＢＯＸ界面
の面粗さを有する高品質ＳＯＩウエーハとその製造方法
を提供する。 【解決手段】 ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面の面粗さ
がＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下および／またはＳＯＩ層
と埋め込み酸化膜との界面の面粗さがＲＭＳ値で０．１
２ｎｍ以下であるＳＯＩウエーハ、並びにＳＯＩウエー
ハを鏡面研磨した後、該表面の自然酸化膜を除去または
該表面に３００ｎｍ以上の熱酸化膜を形成して該熱酸化
膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１０
０％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよび
／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なうこ
とを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶ウ
エーハ中にシリコン酸化膜絶縁層を形成したＳＯＩウエ
ーハおよびＳＯＩウエーハの製造方法に関する。
エーハ中にシリコン酸化膜絶縁層を形成したＳＯＩウエ
ーハおよびＳＯＩウエーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気的に絶縁性のあるシリコン酸化膜の
上にシリコン活性層を有するいわゆるＳＯＩ（ｓｉｌｉ
ｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造は、デバイス
の高速性、低消費電力性、高耐圧性、耐環境性等に優れ
ており、近年特に注目されている。この様なＳＯＩ構造
を有するＳＯＩウエーハの代表的な作製方法として、Ｓ
ＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｔ
ｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）法と貼り合わせ法とがある。
上にシリコン活性層を有するいわゆるＳＯＩ（ｓｉｌｉ
ｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造は、デバイス
の高速性、低消費電力性、高耐圧性、耐環境性等に優れ
ており、近年特に注目されている。この様なＳＯＩ構造
を有するＳＯＩウエーハの代表的な作製方法として、Ｓ
ＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｔ
ｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）法と貼り合わせ法とがある。
【０００３】ＳＩＭＯＸ法は、シリコンウエーハの表面
から高濃度の酸素イオン（16Ｏ+ ）を注入してウエーハ
内の所定の深さに高濃度酸素イオン注入層を形成し、こ
れを例えば１１００〜１３００℃の高温で数時間アニー
ルすることにより、前記高濃度イオン注入層をＳＯＩウ
エーハの埋め込み酸化膜（以下、ＢＯＸということがあ
る。）となるＳｉＯ2 に変化させる技術であり、均一な
ＳＯＩ層の厚さが得られるという利点を有するが、ＳＯ
Ｉ層の結晶性が悪くなるという問題がある。
から高濃度の酸素イオン（16Ｏ+ ）を注入してウエーハ
内の所定の深さに高濃度酸素イオン注入層を形成し、こ
れを例えば１１００〜１３００℃の高温で数時間アニー
ルすることにより、前記高濃度イオン注入層をＳＯＩウ
エーハの埋め込み酸化膜（以下、ＢＯＸということがあ
る。）となるＳｉＯ2 に変化させる技術であり、均一な
ＳＯＩ層の厚さが得られるという利点を有するが、ＳＯ
Ｉ層の結晶性が悪くなるという問題がある。
【０００４】一方、貼り合わせ法とは、２枚のシリコン
ウエーハをシリコン酸化膜を介して貼り合せる技術であ
り、例えば特公平５−４６０８６号公報に示されている
様に、少なくとも一方のウエーハに酸化膜を形成し、接
合面に異物を介在させることなく相互に密着させた後、
２００〜１２００℃の温度で熱処理して結合強度を高め
る方法である。熱処理を行なうことにより結合強度が高
められた貼り合わせウエーハは、その後の研削研磨工程
が可能となるため、素子作製側ウエーハを研削および研
磨により所望の厚さに減厚加工することにより、素子形
成を行なうＳＯＩ層を形成することができる。
ウエーハをシリコン酸化膜を介して貼り合せる技術であ
り、例えば特公平５−４６０８６号公報に示されている
様に、少なくとも一方のウエーハに酸化膜を形成し、接
合面に異物を介在させることなく相互に密着させた後、
２００〜１２００℃の温度で熱処理して結合強度を高め
る方法である。熱処理を行なうことにより結合強度が高
められた貼り合わせウエーハは、その後の研削研磨工程
が可能となるため、素子作製側ウエーハを研削および研
磨により所望の厚さに減厚加工することにより、素子形
成を行なうＳＯＩ層を形成することができる。
【０００５】このようにして作製された貼り合わせＳＯ
Ｉウエーハは、ＳＯＩ層の結晶性に優れ、ＳＯＩ層直下
に存在する埋め込み酸化膜の信頼性も高いという利点は
あるが、研削および研磨により薄膜化しているため、薄
膜化に時間がかかる上、材料が無駄になり、しかも膜厚
均一性は高々目標膜厚±０．３μｍ程度しか得られなか
った。このような膜厚均一性に関する貼り合わせ法の問
題点を解決する薄膜化手法として、特開平５−２１１１
２８号公報に開示されているような水素イオン剥離法と
呼ばれる方法が開発された。
Ｉウエーハは、ＳＯＩ層の結晶性に優れ、ＳＯＩ層直下
に存在する埋め込み酸化膜の信頼性も高いという利点は
あるが、研削および研磨により薄膜化しているため、薄
膜化に時間がかかる上、材料が無駄になり、しかも膜厚
均一性は高々目標膜厚±０．３μｍ程度しか得られなか
った。このような膜厚均一性に関する貼り合わせ法の問
題点を解決する薄膜化手法として、特開平５−２１１１
２８号公報に開示されているような水素イオン剥離法と
呼ばれる方法が開発された。
【０００６】この水素イオン剥離法は、二枚のシリコン
ウエーハのうち少なくとも一方に酸化膜を形成するとと
もに、一方のシリコンウエーハの上面から水素イオンま
たは希ガスイオンの少なくとも一方を注入し、該シリコ
ンウエーハ内部に微小気泡層（封入層）を形成させた
後、該イオン注入面を酸化膜を介して他方のウエーハと
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（剥離面）として一方のウエーハを薄膜状
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ＳＯＩウエーハとする技術である。このように
して作製されたＳＯＩウエーハ表面（剥離面）は比較的
良好な鏡面となるが、通常の鏡面研磨ウエーハと同等の
表面粗さを有するＳＯＩウエーハとするためには、タッ
チポリッシュと呼ばれる研磨代の極めて少ない研磨を行
うことが必要となる。
ウエーハのうち少なくとも一方に酸化膜を形成するとと
もに、一方のシリコンウエーハの上面から水素イオンま
たは希ガスイオンの少なくとも一方を注入し、該シリコ
ンウエーハ内部に微小気泡層（封入層）を形成させた
後、該イオン注入面を酸化膜を介して他方のウエーハと
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（剥離面）として一方のウエーハを薄膜状
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ＳＯＩウエーハとする技術である。このように
して作製されたＳＯＩウエーハ表面（剥離面）は比較的
良好な鏡面となるが、通常の鏡面研磨ウエーハと同等の
表面粗さを有するＳＯＩウエーハとするためには、タッ
チポリッシュと呼ばれる研磨代の極めて少ない研磨を行
うことが必要となる。
【０００７】この方法では、ＳＯＩ層の均一性が極めて
高いＳＯＩウエーハが比較的容易に得られる上、剥離し
た一方のウエーハを再利用できるので、材料を有効に使
用できるという利点を有する。また、この方法は、酸化
膜を介さずに直接シリコンウエーハ同士を結合すること
もできるし、シリコンウエーハ同士を結合する場合だけ
でなく、シリコンウエーハにイオン注入して、石英、炭
化珪素、アルミナ等の熱膨張係数の異なる絶縁性ウエー
ハと結合する場合にも用いられる。
高いＳＯＩウエーハが比較的容易に得られる上、剥離し
た一方のウエーハを再利用できるので、材料を有効に使
用できるという利点を有する。また、この方法は、酸化
膜を介さずに直接シリコンウエーハ同士を結合すること
もできるし、シリコンウエーハ同士を結合する場合だけ
でなく、シリコンウエーハにイオン注入して、石英、炭
化珪素、アルミナ等の熱膨張係数の異なる絶縁性ウエー
ハと結合する場合にも用いられる。
【０００８】ところで、前記ＳＩＭＯＸ法により作製さ
れたウエーハにはＳＯＩ層の結晶性の問題の他にＳＯＩ
層とＢＯＸの界面（以下、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面というこ
とがある。）の凹凸が大きく、作製されたデバイス特性
にバラツキが出易いという問題もあった。この問題点を
解決する方法として、特開平７−２６３５３８号公報に
開示された方法によれば、界面の粗さを示すＲＭＳ値
（Ｒｏｏｔ ＭｅａｎＳｑｕａｒｅ Ｖａｌｕｅ：自乗
平均・平方根粗さ）が約２ｎｍのものを約０．８５ｎｍ
に低減できることが開示されている。
れたウエーハにはＳＯＩ層の結晶性の問題の他にＳＯＩ
層とＢＯＸの界面（以下、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面というこ
とがある。）の凹凸が大きく、作製されたデバイス特性
にバラツキが出易いという問題もあった。この問題点を
解決する方法として、特開平７−２６３５３８号公報に
開示された方法によれば、界面の粗さを示すＲＭＳ値
（Ｒｏｏｔ ＭｅａｎＳｑｕａｒｅ Ｖａｌｕｅ：自乗
平均・平方根粗さ）が約２ｎｍのものを約０．８５ｎｍ
に低減できることが開示されている。
【０００９】これに対し貼り合わせ法で作製されたＳＯ
Ｉウエーハについては、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さが
問題とされることはなかった。これは、貼り合わせＳＯ
Ｉウエーハは前記のように鏡面研磨された２枚のシリコ
ンウエーハを酸化膜を介して貼り合わせるので、ＳＯＩ
／ＢＯＸ界面の面粗さは、使用するシリコンウエーハの
表面粗さに依存し、現在の貼り合わせＳＯＩウエーハの
製造に用いられるシリコンウエーハの表面粗さのレベル
はＲＭＳで０．１５ｎｍ程度であるため、これを用いて
作製されたＳＯＩ／ＢＯＸ界面もほぼこれと同等のレベ
ルとなり、ＳＩＭＯＸに比べたら相当に優れたレベルだ
からである。
Ｉウエーハについては、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さが
問題とされることはなかった。これは、貼り合わせＳＯ
Ｉウエーハは前記のように鏡面研磨された２枚のシリコ
ンウエーハを酸化膜を介して貼り合わせるので、ＳＯＩ
／ＢＯＸ界面の面粗さは、使用するシリコンウエーハの
表面粗さに依存し、現在の貼り合わせＳＯＩウエーハの
製造に用いられるシリコンウエーハの表面粗さのレベル
はＲＭＳで０．１５ｎｍ程度であるため、これを用いて
作製されたＳＯＩ／ＢＯＸ界面もほぼこれと同等のレベ
ルとなり、ＳＩＭＯＸに比べたら相当に優れたレベルだ
からである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した水素
イオン剥離法等の薄膜化技術の登場により、貼り合わせ
法を用いたＳＯＩウエーハの薄膜化と膜厚均一性が飛躍
的に進歩し、１００±１０ｎｍの極薄の膜厚を有するＳ
ＯＩ層が十分に可能となった。その結果、従来は問題視
されていなかったＳＯＩ層の表面やＳＯＩ／ＢＯＸ界面
の面粗さのレベルが０．１５ｎｍ程度であっても、ＳＯ
Ｉ層の膜厚が例えば５００ｎｍ以下になるとＳＯＩウエ
ーハを用いて作製されるＭＯＳデバイスの酸化膜耐圧や
しきい値電圧あるいはキャリア移動度等の特性にバラツ
キ等が生ずるという悪影響を及ぼすことがわかった。こ
れは、ＳＯＩ層の膜厚が極めて薄膜化され、かつ均一な
膜厚分布の状態で使用されるようになったので、ＳＯＩ
層表面の面粗さとＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さが膜厚均
一性に及ぼす影響を無視できなくなったことが主な原因
と考えられる。
イオン剥離法等の薄膜化技術の登場により、貼り合わせ
法を用いたＳＯＩウエーハの薄膜化と膜厚均一性が飛躍
的に進歩し、１００±１０ｎｍの極薄の膜厚を有するＳ
ＯＩ層が十分に可能となった。その結果、従来は問題視
されていなかったＳＯＩ層の表面やＳＯＩ／ＢＯＸ界面
の面粗さのレベルが０．１５ｎｍ程度であっても、ＳＯ
Ｉ層の膜厚が例えば５００ｎｍ以下になるとＳＯＩウエ
ーハを用いて作製されるＭＯＳデバイスの酸化膜耐圧や
しきい値電圧あるいはキャリア移動度等の特性にバラツ
キ等が生ずるという悪影響を及ぼすことがわかった。こ
れは、ＳＯＩ層の膜厚が極めて薄膜化され、かつ均一な
膜厚分布の状態で使用されるようになったので、ＳＯＩ
層表面の面粗さとＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さが膜厚均
一性に及ぼす影響を無視できなくなったことが主な原因
と考えられる。
【００１１】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ウエーハを用いて作製されるＭ
ＯＳデバイスの酸化膜耐圧やしきい値電圧あるいはやキ
ャリア移動度等のデバイス特性のバラツキ等に及ぼす影
響が極めて少ないＳＯＩ層表面の面粗さとＳＯＩ／ＢＯ
Ｘ界面の面粗さを有するＳＯＩウエーハとその製造方法
を提供することを目的とする。
なされたもので、ＳＯＩウエーハを用いて作製されるＭ
ＯＳデバイスの酸化膜耐圧やしきい値電圧あるいはやキ
ャリア移動度等のデバイス特性のバラツキ等に及ぼす影
響が極めて少ないＳＯＩ層表面の面粗さとＳＯＩ／ＢＯ
Ｘ界面の面粗さを有するＳＯＩウエーハとその製造方法
を提供することを目的とする。
【００１２】
【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に記載された発明は、ＳＯＩウエーハ
のＳＯＩ層表面の面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下
であることを特徴とするＳＯＩウエーハである。このよ
うに優れたＳＯＩ層表面の面粗さを有するＳＯＩウエー
ハは、通常の鏡面研磨ウエーハの面粗さよりも優れたレ
ベルであるから、ＳＯＩ層表面に形成されるデバイス
も、バラツキの少ない、極めて良好な酸化膜耐圧やしき
い値電圧あるいはキャリア移動度等のデバイス特性を有
するものとすることができる。
本発明の請求項１に記載された発明は、ＳＯＩウエーハ
のＳＯＩ層表面の面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下
であることを特徴とするＳＯＩウエーハである。このよ
うに優れたＳＯＩ層表面の面粗さを有するＳＯＩウエー
ハは、通常の鏡面研磨ウエーハの面粗さよりも優れたレ
ベルであるから、ＳＯＩ層表面に形成されるデバイス
も、バラツキの少ない、極めて良好な酸化膜耐圧やしき
い値電圧あるいはキャリア移動度等のデバイス特性を有
するものとすることができる。
【００１３】そして本発明の請求項２に記載した発明
は、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界
面の面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下のＳＯＩウエ
ーハであり、この場合も請求項１と同様に極めてバラツ
キの少ない良好なデバイス特性が得られる。
は、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界
面の面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下のＳＯＩウエ
ーハであり、この場合も請求項１と同様に極めてバラツ
キの少ない良好なデバイス特性が得られる。
【００１４】さらに、本発明の請求項３に記載した発明
は、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面の面粗さがＲＭＳ値
で０．１２ｎｍ以下であり、かつＳＯＩ層と埋め込み酸
化膜との界面の面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下の
ＳＯＩウエーハである。このように優れたＳＯＩ層表面
の面粗さとＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面の面粗さ
を有するＳＯＩウエーハは、通常のＳＯＩウエーハの面
粗さや界面粗さよりも優れたレベルであるから、ＳＯＩ
層表面に形成されるデバイスに対してより一層効果的に
作用し、バラツキの少ない、極めて良好な酸化膜耐圧や
しきい値電圧あるいはキャリア移動度等のデバイス特性
を有するものとすることができる。
は、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面の面粗さがＲＭＳ値
で０．１２ｎｍ以下であり、かつＳＯＩ層と埋め込み酸
化膜との界面の面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下の
ＳＯＩウエーハである。このように優れたＳＯＩ層表面
の面粗さとＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面の面粗さ
を有するＳＯＩウエーハは、通常のＳＯＩウエーハの面
粗さや界面粗さよりも優れたレベルであるから、ＳＯＩ
層表面に形成されるデバイスに対してより一層効果的に
作用し、バラツキの少ない、極めて良好な酸化膜耐圧や
しきい値電圧あるいはキャリア移動度等のデバイス特性
を有するものとすることができる。
【００１５】次に、本発明の請求項４に記載した発明
は、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面の自然酸
化膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１
００％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよ
び／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なう
ことを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。こ
のように、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面の
自然酸化膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて
水素アニール熱処理を行なえば、表面面粗さがＲＭＳ値
で０．１２ｎｍ以下にまで改善されたＳＯＩウエーハを
得ることができる。従って、このＳＯＩ層表面にデバイ
スを作製すれば、酸化膜耐圧、しきい値電圧あるいはキ
ャリア移動度等のデバイス特性もバラツキの少ない極め
て良好なものを得ることができる。
は、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面の自然酸
化膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１
００％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよ
び／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なう
ことを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。こ
のように、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面の
自然酸化膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて
水素アニール熱処理を行なえば、表面面粗さがＲＭＳ値
で０．１２ｎｍ以下にまで改善されたＳＯＩウエーハを
得ることができる。従って、このＳＯＩ層表面にデバイ
スを作製すれば、酸化膜耐圧、しきい値電圧あるいはキ
ャリア移動度等のデバイス特性もバラツキの少ない極め
て良好なものを得ることができる。
【００１６】そして、本発明の請求項５に記載した発明
は、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面に３００
ｎｍ以上の熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去するこ
とを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。この
ように、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面に３
００ｎｍ以上の熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去す
ることによっても、ＳＯＩウエーハの表面粗さを改善す
ることができ、ＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にまで向上
させることができる。
は、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面に３００
ｎｍ以上の熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去するこ
とを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。この
ように、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面に３
００ｎｍ以上の熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去す
ることによっても、ＳＯＩウエーハの表面粗さを改善す
ることができ、ＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にまで向上
させることができる。
【００１７】次に本発明の請求項６に記載した発明は、
シリコンウエーハを鏡面研磨した後、該表面の自然酸化
膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１０
０％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよび
／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なって
作製したボンドウエーハと、ベースウエーハとをシリコ
ン酸化膜を介して密着させて熱処理を加えた後、該ボン
ドウエーハを薄膜化することを特徴とするＳＯＩウエー
ハの製造方法である。
シリコンウエーハを鏡面研磨した後、該表面の自然酸化
膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１０
０％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよび
／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なって
作製したボンドウエーハと、ベースウエーハとをシリコ
ン酸化膜を介して密着させて熱処理を加えた後、該ボン
ドウエーハを薄膜化することを特徴とするＳＯＩウエー
ハの製造方法である。
【００１８】このＳＯＩウエーハの製造方法によれば、
鏡面研磨・自然酸化膜除去・水素アニール熱処理を施し
て表面粗さを向上させたシリコンウエーハをボンドウエ
ーハとして用い、酸化膜を介してベースウエーハと結合
してＳＯＩウエーハを作製しているので、結果的にボン
ドウエーハの表面がＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面
（ＳＯＩ／ＢＯＸ界面）になり、該界面の表面粗さが、
ＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にまで改善されたＳＯＩウ
エーハを得ることができる。従って、このＳＯＩウエー
ハにデバイスを形成すれば、極めて良好なデバイス特性
を得ることができる。
鏡面研磨・自然酸化膜除去・水素アニール熱処理を施し
て表面粗さを向上させたシリコンウエーハをボンドウエ
ーハとして用い、酸化膜を介してベースウエーハと結合
してＳＯＩウエーハを作製しているので、結果的にボン
ドウエーハの表面がＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面
（ＳＯＩ／ＢＯＸ界面）になり、該界面の表面粗さが、
ＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にまで改善されたＳＯＩウ
エーハを得ることができる。従って、このＳＯＩウエー
ハにデバイスを形成すれば、極めて良好なデバイス特性
を得ることができる。
【００１９】この場合、請求項７に記載したように、前
記シリコン酸化膜をボンドウエーハ表面に形成した熱酸
化膜とすることができる。このようにボンドウエーハ表
面に熱酸化膜を形成してベースウエーハと結合すれば、
水素アニール熱処理による平坦化効果と熱酸化による平
坦化効果との相乗効果によりＳＯＩ／ＢＯＸ界面はより
一層平坦なものとなり、確実にＲＭＳ値で０．１２ｎｍ
以下にまで向上させることができる。
記シリコン酸化膜をボンドウエーハ表面に形成した熱酸
化膜とすることができる。このようにボンドウエーハ表
面に熱酸化膜を形成してベースウエーハと結合すれば、
水素アニール熱処理による平坦化効果と熱酸化による平
坦化効果との相乗効果によりＳＯＩ／ＢＯＸ界面はより
一層平坦なものとなり、確実にＲＭＳ値で０．１２ｎｍ
以下にまで向上させることができる。
【００２０】そして、本発明の請求項８に記載した発明
は、鏡面研磨されたシリコンウエーハからなるボンドウ
エーハの表面に第一の熱酸化膜を形成し、該第一の熱酸
化膜を除去した後、第二の酸化膜を介して該ボンドウエ
ーハとベースウエーハとを密着させて熱処理を加えた
後、該ボンドウエーハを薄膜化することを特徴とするＳ
ＯＩウエーハの製造方法である。
は、鏡面研磨されたシリコンウエーハからなるボンドウ
エーハの表面に第一の熱酸化膜を形成し、該第一の熱酸
化膜を除去した後、第二の酸化膜を介して該ボンドウエ
ーハとベースウエーハとを密着させて熱処理を加えた
後、該ボンドウエーハを薄膜化することを特徴とするＳ
ＯＩウエーハの製造方法である。
【００２１】このＳＯＩウエーハの製造方法によれば、
鏡面研磨・第一熱酸化膜形成・第一熱酸化膜除去を施し
表面粗さを向上させたシリコンウエーハをボンドウエー
ハとして用い、第二酸化膜を介してベースウエーハと結
合してＳＯＩウエーハを作製しているので、結果的に表
面粗さが改善されたボンドウエーハの表面がＳＯＩ層と
埋め込み酸化膜との界面になり、該界面の表面粗さが、
ＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にまで改善されたＳＯＩウ
エーハを得ることができる。従って、このＳＯＩウエー
ハにデバイスを形成すれば、極めて良好なデバイス特性
を得ることができる。
鏡面研磨・第一熱酸化膜形成・第一熱酸化膜除去を施し
表面粗さを向上させたシリコンウエーハをボンドウエー
ハとして用い、第二酸化膜を介してベースウエーハと結
合してＳＯＩウエーハを作製しているので、結果的に表
面粗さが改善されたボンドウエーハの表面がＳＯＩ層と
埋め込み酸化膜との界面になり、該界面の表面粗さが、
ＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にまで改善されたＳＯＩウ
エーハを得ることができる。従って、このＳＯＩウエー
ハにデバイスを形成すれば、極めて良好なデバイス特性
を得ることができる。
【００２２】この場合、請求項９に記載したように、前
記第二の酸化膜を、ボンドウエーハ表面に形成した熱酸
化膜とすることができる。このようにボンドウエーハ表
面に熱酸化膜を形成してベースウエーハと結合すれば、
熱酸化による平坦化効果によりＳＯＩ／ＢＯＸ界面は一
層平坦化され、確実にＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にま
で向上させることができる。
記第二の酸化膜を、ボンドウエーハ表面に形成した熱酸
化膜とすることができる。このようにボンドウエーハ表
面に熱酸化膜を形成してベースウエーハと結合すれば、
熱酸化による平坦化効果によりＳＯＩ／ＢＯＸ界面は一
層平坦化され、確実にＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にま
で向上させることができる。
【００２３】次に、本発明の請求項１０に記載した発明
は、前記ボンドウエーハを薄膜化することにより作製さ
れたＳＯＩウエーハの表面の自然酸化膜を除去した後、
急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１００％あるいは
水素を１０％以上含有するアルゴンおよび／または窒素
との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なうことを特徴とす
るＳＯＩウエーハの製造方法である。
は、前記ボンドウエーハを薄膜化することにより作製さ
れたＳＯＩウエーハの表面の自然酸化膜を除去した後、
急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１００％あるいは
水素を１０％以上含有するアルゴンおよび／または窒素
との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なうことを特徴とす
るＳＯＩウエーハの製造方法である。
【００２４】このＳＯＩウエーハの製造方法によれば、
既にＳＯＩ／ＢＯＸ界面が平坦化されたＳＯＩウエーハ
に対して自然酸化膜除去・水素アニール熱処理を施して
表面粗さを平坦化するので、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面の平坦
化効果とＳＯＩウエーハ表面粗さの平坦化効果の相乗効
果により、ＳＯＩ層の膜厚均一性はより一層向上したも
のとすることができると共にこのＳＯＩウエーハにデバ
イスを形成すれば、極めて良好なデバイス特性を得るこ
とができる。
既にＳＯＩ／ＢＯＸ界面が平坦化されたＳＯＩウエーハ
に対して自然酸化膜除去・水素アニール熱処理を施して
表面粗さを平坦化するので、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面の平坦
化効果とＳＯＩウエーハ表面粗さの平坦化効果の相乗効
果により、ＳＯＩ層の膜厚均一性はより一層向上したも
のとすることができると共にこのＳＯＩウエーハにデバ
イスを形成すれば、極めて良好なデバイス特性を得るこ
とができる。
【００２５】そして本発明の請求項１１に記載した発明
は、前記ボンドウエーハを薄膜化することにより作製さ
れたＳＯＩウエーハの表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸
化膜を除去することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造
方法である。
は、前記ボンドウエーハを薄膜化することにより作製さ
れたＳＯＩウエーハの表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸
化膜を除去することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造
方法である。
【００２６】このＳＯＩウエーハの製造方法によれば、
既にＳＯＩ／ＢＯＸ界面が平坦化されたＳＯＩウエーハ
に対して熱酸化膜形成・熱酸化膜除去処理を施して表面
粗さを平坦化するので、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面の平坦化効
果とＳＯＩウエーハ表面粗さの平坦化効果の相乗効果に
より、ＳＯＩ層の膜厚均一性はより一層向上したものと
することができると共にこのＳＯＩウエーハにデバイス
を形成すれば、バラツキの少ない極めて良好なデバイス
特性を得ることができる。
既にＳＯＩ／ＢＯＸ界面が平坦化されたＳＯＩウエーハ
に対して熱酸化膜形成・熱酸化膜除去処理を施して表面
粗さを平坦化するので、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面の平坦化効
果とＳＯＩウエーハ表面粗さの平坦化効果の相乗効果に
より、ＳＯＩ層の膜厚均一性はより一層向上したものと
することができると共にこのＳＯＩウエーハにデバイス
を形成すれば、バラツキの少ない極めて良好なデバイス
特性を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
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。本発明者らは、ＳＯＩウエーハを用いて作製される
ＭＯＳデバイスの酸化膜耐圧やしきい値電圧あるいはキ
ャリア移動度等の特性のバラツキ等に悪影響を及ぼすＳ
ＯＩウエーハ表面およびＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さを
改善するため、実験的に検討した結果、ＳＯＩウエーハ
表面の面粗さについては、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨し
た後、表面の自然酸化膜を除去し、ＲＴＡ装置を用い
て、水素１００％あるいは水素を１０％以上含有するア
ルゴンおよび／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処
理を行なうか、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表
面に３００ｎｍ以上の熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を
除去すれば、通常の鏡面研磨面よりも面粗さが向上する
ことを知見した。
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。本発明者らは、ＳＯＩウエーハを用いて作製される
ＭＯＳデバイスの酸化膜耐圧やしきい値電圧あるいはキ
ャリア移動度等の特性のバラツキ等に悪影響を及ぼすＳ
ＯＩウエーハ表面およびＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さを
改善するため、実験的に検討した結果、ＳＯＩウエーハ
表面の面粗さについては、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨し
た後、表面の自然酸化膜を除去し、ＲＴＡ装置を用い
て、水素１００％あるいは水素を１０％以上含有するア
ルゴンおよび／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処
理を行なうか、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表
面に３００ｎｍ以上の熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を
除去すれば、通常の鏡面研磨面よりも面粗さが向上する
ことを知見した。
【００２８】また、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さについ
ては、貼り合わせＳＯＩウエーハを作製する場合の２枚
の原料ウエーハ（鏡面研磨されたシリコンウエーハ）の
うち、ＳＯＩ層を形成するウエーハ（ボンドウエーハ）
に対し、上記２種類の工程の内のいずれかの工程を予め
施してから酸化膜を介して支持体となるベースウエーハ
と結合し、ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩウエーハ
に加工すれば、通常の鏡面研磨面の面粗さに比較して優
れた面粗さを有するＳＯＩ／ＢＯＸ界面が得られること
を知見し、本発明を完成させたものである。
ては、貼り合わせＳＯＩウエーハを作製する場合の２枚
の原料ウエーハ（鏡面研磨されたシリコンウエーハ）の
うち、ＳＯＩ層を形成するウエーハ（ボンドウエーハ）
に対し、上記２種類の工程の内のいずれかの工程を予め
施してから酸化膜を介して支持体となるベースウエーハ
と結合し、ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩウエーハ
に加工すれば、通常の鏡面研磨面の面粗さに比較して優
れた面粗さを有するＳＯＩ／ＢＯＸ界面が得られること
を知見し、本発明を完成させたものである。
【００２９】以下、本発明について図面を参照しながら
詳細に説明する。図１は貼り合わせ法により作製したＳ
ＯＩウエーハ（ＳＯＩ表面は鏡面研磨面）および鏡面研
磨されたシリコンウエーハ（以下、ＰＷと略記すること
がある）を急速加熱・急速冷却装置（ＲＴＡ装置、シュ
ティアック マイクロテック インターナショナル社製
ＳＨＳ−２８００型）を用いて、水素２５容量％、アル
ゴン７５容量％の雰囲気下、１０００〜１２００℃の温
度で３０秒の熱処理を加えた後の表面粗さを測定した結
果を示す。なお、これらのウエーハは、ＲＴＡ熱処理前
に１％フッ酸水溶液で表面の自然酸化膜を除去したもの
と除去しないものの２種類を用いた。また、表面粗さ測
定は原子間力顕微鏡（デジタルインスツルメント社製、
Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ−II）を用いて２μｍ角の面積で行
ない、ＲＭＳ値（自乗平均・平方根値）として表した。
詳細に説明する。図１は貼り合わせ法により作製したＳ
ＯＩウエーハ（ＳＯＩ表面は鏡面研磨面）および鏡面研
磨されたシリコンウエーハ（以下、ＰＷと略記すること
がある）を急速加熱・急速冷却装置（ＲＴＡ装置、シュ
ティアック マイクロテック インターナショナル社製
ＳＨＳ−２８００型）を用いて、水素２５容量％、アル
ゴン７５容量％の雰囲気下、１０００〜１２００℃の温
度で３０秒の熱処理を加えた後の表面粗さを測定した結
果を示す。なお、これらのウエーハは、ＲＴＡ熱処理前
に１％フッ酸水溶液で表面の自然酸化膜を除去したもの
と除去しないものの２種類を用いた。また、表面粗さ測
定は原子間力顕微鏡（デジタルインスツルメント社製、
Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ−II）を用いて２μｍ角の面積で行
ない、ＲＭＳ値（自乗平均・平方根値）として表した。
【００３０】図１より、ウエーハ表面の自然酸化膜をあ
らかじめ除去してからＲＴＡ装置を用いて水素を含む雰
囲気で熱処理すれば、表面粗さは向上し、ＲＭＳ値で
０．１２ｎｍ以下、条件次第では０．１０ｎｍ以下とす
ることができることがわかる。なお、図１の×と＋は、
それぞれ熱処理前のＳＯＩウエーハ表面とＰＷ表面の表
面粗さの平均値を示している。
らかじめ除去してからＲＴＡ装置を用いて水素を含む雰
囲気で熱処理すれば、表面粗さは向上し、ＲＭＳ値で
０．１２ｎｍ以下、条件次第では０．１０ｎｍ以下とす
ることができることがわかる。なお、図１の×と＋は、
それぞれ熱処理前のＳＯＩウエーハ表面とＰＷ表面の表
面粗さの平均値を示している。
【００３１】このような現象の理由は、一般に高温の水
素雰囲気下で熱処理するとＳｉとＳｉＯ2 はエッチング
されるが、そのエッチング速度がＳｉに比べてＳｉＯ2
は非常に遅いので、ウエーハ表面に自然酸化膜のような
不均一な酸化膜が形成されていると、エッチングに部分
的なムラが生ずるため面荒れが発生する。従って、自然
酸化膜を完全に除去した状態で熱処理することにより、
エッチングムラを防ぐことができるのと同時に、シリコ
ン原子のマイグレーションにより、表面をより平坦化す
ることができるものと考えられる。また、予め自然酸化
膜を除去しておくので、１２００℃以上の高温の熱処理
を加えることによって自然酸化膜を除去する必要がな
く、比較的低温で熱処理することができるので、スリッ
プ転位の発生や重金属汚染等を回避することも可能とな
る。
素雰囲気下で熱処理するとＳｉとＳｉＯ2 はエッチング
されるが、そのエッチング速度がＳｉに比べてＳｉＯ2
は非常に遅いので、ウエーハ表面に自然酸化膜のような
不均一な酸化膜が形成されていると、エッチングに部分
的なムラが生ずるため面荒れが発生する。従って、自然
酸化膜を完全に除去した状態で熱処理することにより、
エッチングムラを防ぐことができるのと同時に、シリコ
ン原子のマイグレーションにより、表面をより平坦化す
ることができるものと考えられる。また、予め自然酸化
膜を除去しておくので、１２００℃以上の高温の熱処理
を加えることによって自然酸化膜を除去する必要がな
く、比較的低温で熱処理することができるので、スリッ
プ転位の発生や重金属汚染等を回避することも可能とな
る。
【００３２】図２は、ＲＴＡ装置の熱処理雰囲気中の水
素ガス濃度と表面粗さとの関係を表したグラフであり、
表面の自然酸化膜を除去したＳＯＩウエーハおよびＰＷ
に対して、水素とアルゴンの混合雰囲気中の水素ガス濃
度を変えて１１００℃、３０秒のＲＴＡ熱処理を行なっ
た後の表面粗さと水素ガス濃度との関係を示したもので
ある。図２から熱処理後の表面粗さは水素ガス濃度が１
０％未満の場合は熱処理前に比べて極端に悪化するが、
１０％以上であれば向上していることがわかる。この理
由は、熱処理雰囲気中の水素濃度が低いとウエーハ表面
のＳｉ原子のマイグレーションが発生しにくくなる一方
で、マイグレーションを発生させる作用のない水素以外
の混合ガス（アルゴン、窒素等）によるエッチング作用
に起因した面粗れが発生し易くなることによるものと思
われる。
素ガス濃度と表面粗さとの関係を表したグラフであり、
表面の自然酸化膜を除去したＳＯＩウエーハおよびＰＷ
に対して、水素とアルゴンの混合雰囲気中の水素ガス濃
度を変えて１１００℃、３０秒のＲＴＡ熱処理を行なっ
た後の表面粗さと水素ガス濃度との関係を示したもので
ある。図２から熱処理後の表面粗さは水素ガス濃度が１
０％未満の場合は熱処理前に比べて極端に悪化するが、
１０％以上であれば向上していることがわかる。この理
由は、熱処理雰囲気中の水素濃度が低いとウエーハ表面
のＳｉ原子のマイグレーションが発生しにくくなる一方
で、マイグレーションを発生させる作用のない水素以外
の混合ガス（アルゴン、窒素等）によるエッチング作用
に起因した面粗れが発生し易くなることによるものと思
われる。
【００３３】一方、前記したような水素雰囲気下でのＲ
ＴＡ熱処理以外の熱処理でも表面を平坦化することがで
きることがわかった。図３は、前記と同様のＳＯＩウエ
ーハおよびＰＷに対して、通常のヒーター加熱式の熱処
理炉を用いて、１０５０℃で水蒸気を含む雰囲気下で厚
さの異なる熱酸化膜を形成し、その熱酸化膜を５％フッ
酸水溶液で除去した後、表面粗さを前記と同様の方法で
測定した結果を示す。
ＴＡ熱処理以外の熱処理でも表面を平坦化することがで
きることがわかった。図３は、前記と同様のＳＯＩウエ
ーハおよびＰＷに対して、通常のヒーター加熱式の熱処
理炉を用いて、１０５０℃で水蒸気を含む雰囲気下で厚
さの異なる熱酸化膜を形成し、その熱酸化膜を５％フッ
酸水溶液で除去した後、表面粗さを前記と同様の方法で
測定した結果を示す。
【００３４】図３から、酸化膜厚を厚く形成するほど表
面粗さが向上することがわかる。特に酸化膜厚を３００
ｎｍ以上にすれば、表面粗さはＲＭＳ値で約０．１２ｎ
ｍ以下にまで改善されていることがわかる。このよう
に、表面粗さが酸化膜形成により改善される理由は、酸
化により発生した格子間シリコンがウエーハ表面に注入
され、表面の原子空孔を埋める作用によるものと思われ
る。従って、酸化膜を厚くすればするほど原子空孔が埋
められるため、表面粗さが改善されるものと解釈でき
る。
面粗さが向上することがわかる。特に酸化膜厚を３００
ｎｍ以上にすれば、表面粗さはＲＭＳ値で約０．１２ｎ
ｍ以下にまで改善されていることがわかる。このよう
に、表面粗さが酸化膜形成により改善される理由は、酸
化により発生した格子間シリコンがウエーハ表面に注入
され、表面の原子空孔を埋める作用によるものと思われ
る。従って、酸化膜を厚くすればするほど原子空孔が埋
められるため、表面粗さが改善されるものと解釈でき
る。
【００３５】ところで、表面粗さを向上させる前述の２
種類の熱処理はいずれもウエーハの表面を対象にするも
のであり、貼り合わせＳＯＩウエーハのＳＯＩ／ＢＯＸ
界面を対象とはしていない。しかしながら、貼り合わせ
ＳＯＩウエーハ用のボンドウエーハとして、上記の方法
を用いて表面粗さを向上させたＰＷを用い、酸化膜を介
してベースウエーハと結合することによりＳＯＩウエー
ハを作製すれば、結果的に表面粗さが改善されたボンド
ウエーハ表面がＳＯＩ／ＢＯＸ界面になるので、その界
面の表面粗さが向上したＳＯＩウエーハを得ることがで
きる。この場合、ボンドウエーハ表面に熱酸化膜を形成
してベースウエーハと結合すれば、水素雰囲気下の熱処
理による平坦化の効果と熱酸化による平坦化の効果が合
わさり、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面は一層平坦なものとなる。
種類の熱処理はいずれもウエーハの表面を対象にするも
のであり、貼り合わせＳＯＩウエーハのＳＯＩ／ＢＯＸ
界面を対象とはしていない。しかしながら、貼り合わせ
ＳＯＩウエーハ用のボンドウエーハとして、上記の方法
を用いて表面粗さを向上させたＰＷを用い、酸化膜を介
してベースウエーハと結合することによりＳＯＩウエー
ハを作製すれば、結果的に表面粗さが改善されたボンド
ウエーハ表面がＳＯＩ／ＢＯＸ界面になるので、その界
面の表面粗さが向上したＳＯＩウエーハを得ることがで
きる。この場合、ボンドウエーハ表面に熱酸化膜を形成
してベースウエーハと結合すれば、水素雰囲気下の熱処
理による平坦化の効果と熱酸化による平坦化の効果が合
わさり、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面は一層平坦なものとなる。
【００３６】また、水素雰囲気下の熱処理による平坦化
の効果と熱酸化による平坦化の効果を合わせもたせるこ
とは、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面だけでなくＳＯＩ表面にも適
用できる。すなわち、鏡面研磨されたＳＯＩウエーハを
水素雰囲気で熱処理して表面を平坦化し、さらにその表
面を熱酸化してその酸化膜を除去すれば、ＳＯＩウエー
ハ表面の表面粗さは一層向上できると共に、熱酸化と酸
化膜除去を必要に応じて繰り返すことにより、表面粗さ
の向上だけでなく、ＳＯＩ層の膜厚均一性を維持したま
ま更なる薄膜化も可能となる。
の効果と熱酸化による平坦化の効果を合わせもたせるこ
とは、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面だけでなくＳＯＩ表面にも適
用できる。すなわち、鏡面研磨されたＳＯＩウエーハを
水素雰囲気で熱処理して表面を平坦化し、さらにその表
面を熱酸化してその酸化膜を除去すれば、ＳＯＩウエー
ハ表面の表面粗さは一層向上できると共に、熱酸化と酸
化膜除去を必要に応じて繰り返すことにより、表面粗さ
の向上だけでなく、ＳＯＩ層の膜厚均一性を維持したま
ま更なる薄膜化も可能となる。
【００３７】ここで、本発明のシリコンウエーハやＳＯ
Ｉウエーハを水素アニール熱処理するのに使用する熱処
理装置を説明する。本発明で用いられる急速加熱・急速
冷却装置（ＲＴＡ装置）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。市販されている
ものとしては、例えばシュティアック マイクロテック
インターナショナル社製、ＳＨＳ−２８００のような
装置を挙げることができ、これらは特別複雑なものでは
なく、高価なものでもない。また、ヒータ加熱式の熱処
理炉としては、東京エレクトロン社製のα−８のような
装置を挙げることができる。
Ｉウエーハを水素アニール熱処理するのに使用する熱処
理装置を説明する。本発明で用いられる急速加熱・急速
冷却装置（ＲＴＡ装置）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。市販されている
ものとしては、例えばシュティアック マイクロテック
インターナショナル社製、ＳＨＳ−２８００のような
装置を挙げることができ、これらは特別複雑なものでは
なく、高価なものでもない。また、ヒータ加熱式の熱処
理炉としては、東京エレクトロン社製のα−８のような
装置を挙げることができる。
【００３８】図５に、本発明で用いたシリコンウエー
ハ、ＳＯＩウエーハの急速加熱・急速冷却装置の一例を
示す。図５の熱処理装置１０は、石英からなるチャンバ
ー１を有し、このチャンバー１内でウエーハを熱処理す
るようになっている。加熱は、チャンバー１を上下左右
から囲繞するように配置される加熱ランプ２によって行
う。このランプは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。
ハ、ＳＯＩウエーハの急速加熱・急速冷却装置の一例を
示す。図５の熱処理装置１０は、石英からなるチャンバ
ー１を有し、このチャンバー１内でウエーハを熱処理す
るようになっている。加熱は、チャンバー１を上下左右
から囲繞するように配置される加熱ランプ２によって行
う。このランプは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。
【００３９】ガスの排気側は、オートシャッター３が装
備され、外気を封鎖している。オートシャッター３は、
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、オートシャッタ
ー３にはガス排気口が設けられており、炉内雰囲気を調
整できるようになっている。
備され、外気を封鎖している。オートシャッター３は、
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、オートシャッタ
ー３にはガス排気口が設けられており、炉内雰囲気を調
整できるようになっている。
【００４０】そして、ウエーハ８は石英トレイ４に形成
された３点支持部５の上に配置される。トレイ４のガス
導入口側には、石英製のバッファ６が設けられており、
導入ガスがウエーハ８に直接当たるのを防ぐことができ
るようになっている。また、チャンバー１には不図示の
温度測定用特殊窓が設けられており、チャンバー１の外
部に設置されたパイロメータ７により、その特殊窓を通
してウエーハ８の温度を測定することができる。
された３点支持部５の上に配置される。トレイ４のガス
導入口側には、石英製のバッファ６が設けられており、
導入ガスがウエーハ８に直接当たるのを防ぐことができ
るようになっている。また、チャンバー１には不図示の
温度測定用特殊窓が設けられており、チャンバー１の外
部に設置されたパイロメータ７により、その特殊窓を通
してウエーハ８の温度を測定することができる。
【００４１】以上のような熱処理装置１０によって、ウ
エーハ８を急速加熱・急速冷却する処理は次のように行
われる。まず、熱処理装置１０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ウエーハ８
を挿入口からチャンバー１内に入れ、トレイ４上に配置
した後、オートシャッター３を閉める。
エーハ８を急速加熱・急速冷却する処理は次のように行
われる。まず、熱処理装置１０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ウエーハ８
を挿入口からチャンバー１内に入れ、トレイ４上に配置
した後、オートシャッター３を閉める。
【００４２】そして、窒素ガスで十分パージした後、雰
囲気ガスを水素１００％または水素とＡｒまたは窒素と
の混合ガスに切り替え、加熱ランプ２に電力を供給し、
ウエーハ８を例えば１０００〜１３００℃の所定の温度
に昇温する。この際、目的の温度になるまでに要する時
間は例えば２０秒程度である。次にその温度において所
定時間保持することにより、ウエーハ８に高温熱処理を
加えることができる。所定時間経過し高温熱処理が終了
したなら、ランプの出力を下げウエーハの温度を下げ
る。この降温も例えば２０秒程度で行うことができる。
最後に、ウエーハハンドリング装置によってウエーハを
取り出すことにより、水素アニール熱処理を完了する。
囲気ガスを水素１００％または水素とＡｒまたは窒素と
の混合ガスに切り替え、加熱ランプ２に電力を供給し、
ウエーハ８を例えば１０００〜１３００℃の所定の温度
に昇温する。この際、目的の温度になるまでに要する時
間は例えば２０秒程度である。次にその温度において所
定時間保持することにより、ウエーハ８に高温熱処理を
加えることができる。所定時間経過し高温熱処理が終了
したなら、ランプの出力を下げウエーハの温度を下げ
る。この降温も例えば２０秒程度で行うことができる。
最後に、ウエーハハンドリング装置によってウエーハを
取り出すことにより、水素アニール熱処理を完了する。
【００４３】さらに熱処理するウエーハがある場合に
は、次々にウエーハを投入して連続的にＲＴＡ処理をす
ることができる。また、ＲＴＡ装置を用いて熱酸化処理
をする場合は、処理温度、処理ガス雰囲気等を変更すれ
ばよい。
は、次々にウエーハを投入して連続的にＲＴＡ処理をす
ることができる。また、ＲＴＡ装置を用いて熱酸化処理
をする場合は、処理温度、処理ガス雰囲気等を変更すれ
ばよい。
【００４４】
【実施例】以下、本発明の実施例と比較例を挙げて説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 （実施例および比較例）直径が２００ｍｍで片面が鏡面
研磨されたシリコンウエーハ（ＰＷ）をボンドウエーハ
用とベースウエーハ用に６枚ずつ用意し、これら１２枚
のウエーハを用いて図４の製造工程に従い、６組の貼り
合わせＳＯＩウエーハを作製した。
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 （実施例および比較例）直径が２００ｍｍで片面が鏡面
研磨されたシリコンウエーハ（ＰＷ）をボンドウエーハ
用とベースウエーハ用に６枚ずつ用意し、これら１２枚
のウエーハを用いて図４の製造工程に従い、６組の貼り
合わせＳＯＩウエーハを作製した。
【００４５】図４のフロー図における各工程の詳細な製
造条件は下記の通りである。 ［１］ボンドウエーハ熱処理工程、 １％フッ酸水溶液により自然酸化膜を除去したボンドウ
エーハに対して、下記（ａ）または（ｂ）の工程を行な
う。 （ａ）ＲＴＡ装置（ＳＨＳ−２８００）を使用し、水素
２５容量％、アルゴン７５容量％の雰囲気下、１１００
℃、３０秒間の熱処理を行う。 （ｂ）ヒーター加熱式の熱処理炉にて、水蒸気含有雰囲
気下、１０５０℃で熱処理し、約３００ｎｍの熱酸化膜
を形成後、５％ＨＦ水溶液により熱酸化膜を除去する。
造条件は下記の通りである。 ［１］ボンドウエーハ熱処理工程、 １％フッ酸水溶液により自然酸化膜を除去したボンドウ
エーハに対して、下記（ａ）または（ｂ）の工程を行な
う。 （ａ）ＲＴＡ装置（ＳＨＳ−２８００）を使用し、水素
２５容量％、アルゴン７５容量％の雰囲気下、１１００
℃、３０秒間の熱処理を行う。 （ｂ）ヒーター加熱式の熱処理炉にて、水蒸気含有雰囲
気下、１０５０℃で熱処理し、約３００ｎｍの熱酸化膜
を形成後、５％ＨＦ水溶液により熱酸化膜を除去する。
【００４６】［２］水素イオン注入工程、 水素イオン注入前の酸化膜厚（埋め込み酸化膜厚）：１
００ｎｍの熱酸化膜を形成する。 水素イオン注入条件（剥離層の形成）：Ｈ+ イオン、４
５ｋｅＶ、８×１０ 16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 。 ［３］剥離熱処理工程、 窒素雰囲気下、５００℃、３０分間の熱処理を行う。 ［４］結合熱処理工程、 窒素雰囲気下、１１００℃、１２０分間の熱処理を施
す。 ［５］タッチポリッシュ工程、 研磨代：約１０ｎｍ。 これにより、ＳＯＩ層が、２８０±５ｎｍの膜厚と面内
バラツキを有するＳＯＩウエーハが作製される。 ［６］ＳＯＩ層熱処理工程、 （ａ）ＲＴＡ装置（ＳＨＳ−２８００）を用い、水素２
５容量％、アルゴン７５容量％の雰囲気下、１１００
℃、３０秒間の熱処理を行う。 （ｂ）ヒーター加熱式の熱処理炉にて、水蒸気含有雰囲
気下、１０５０℃で熱処理し、約３００ｎｍの熱酸化膜
を形成後、５％ＨＦ水溶液により熱酸化膜を除去する。
００ｎｍの熱酸化膜を形成する。 水素イオン注入条件（剥離層の形成）：Ｈ+ イオン、４
５ｋｅＶ、８×１０ 16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 。 ［３］剥離熱処理工程、 窒素雰囲気下、５００℃、３０分間の熱処理を行う。 ［４］結合熱処理工程、 窒素雰囲気下、１１００℃、１２０分間の熱処理を施
す。 ［５］タッチポリッシュ工程、 研磨代：約１０ｎｍ。 これにより、ＳＯＩ層が、２８０±５ｎｍの膜厚と面内
バラツキを有するＳＯＩウエーハが作製される。 ［６］ＳＯＩ層熱処理工程、 （ａ）ＲＴＡ装置（ＳＨＳ−２８００）を用い、水素２
５容量％、アルゴン７５容量％の雰囲気下、１１００
℃、３０秒間の熱処理を行う。 （ｂ）ヒーター加熱式の熱処理炉にて、水蒸気含有雰囲
気下、１０５０℃で熱処理し、約３００ｎｍの熱酸化膜
を形成後、５％ＨＦ水溶液により熱酸化膜を除去する。
【００４７】図４のＳＯＩウエーハの製造工程におい
て、ボンドウエーハ熱処理とＳＯＩ熱処理の組み合わせ
を表１に記載したように設定することで、製造条件の異
なる６組のＳＯＩウエーハ（実施例１〜５、比較例１）
を作製した。そして、これらのＳＯＩウエーハのＳＯＩ
層の表面粗さとＳＯＩ／ＢＯＸ界面粗さ（２μｍ角のＲ
ＭＳ値）をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により測定した結
果を表１に示した。なお、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面粗さの測
定は、ＳＯＩ層をＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウム
ハイドライド）溶液によりエッチング除去した後、露出
したＢＯＸ面の表面粗さを測定することにより評価し
た。
て、ボンドウエーハ熱処理とＳＯＩ熱処理の組み合わせ
を表１に記載したように設定することで、製造条件の異
なる６組のＳＯＩウエーハ（実施例１〜５、比較例１）
を作製した。そして、これらのＳＯＩウエーハのＳＯＩ
層の表面粗さとＳＯＩ／ＢＯＸ界面粗さ（２μｍ角のＲ
ＭＳ値）をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により測定した結
果を表１に示した。なお、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面粗さの測
定は、ＳＯＩ層をＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウム
ハイドライド）溶液によりエッチング除去した後、露出
したＢＯＸ面の表面粗さを測定することにより評価し
た。
【００４８】
【表１】
【００４９】表１のＳＯＩ層表面粗さとＳＯＩ／ＢＯＸ
界面粗さの結果から、本発明によれば、ＳＯＩ層表面粗
さおよび／またはＳＯＩ／ＢＯＸ界面粗さがＲＭＳ値で
０．１２ｎｍ以下となるＳＯＩウエーハを得ることがで
きることがわかる。すなわちＭＯＳデバイス用ＳＯＩウ
エーハとして、ＭＯＳデバイスの酸化膜耐圧やしきい値
電圧あるいはやキャリア移動度等の特性のバラツキ等を
極めて少なくすることができるＳＯＩウエーハとその製
造方法を提供することができる。
界面粗さの結果から、本発明によれば、ＳＯＩ層表面粗
さおよび／またはＳＯＩ／ＢＯＸ界面粗さがＲＭＳ値で
０．１２ｎｍ以下となるＳＯＩウエーハを得ることがで
きることがわかる。すなわちＭＯＳデバイス用ＳＯＩウ
エーハとして、ＭＯＳデバイスの酸化膜耐圧やしきい値
電圧あるいはやキャリア移動度等の特性のバラツキ等を
極めて少なくすることができるＳＯＩウエーハとその製
造方法を提供することができる。
【００５０】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。
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。
【００５１】例えば、本発明の実施形態では、直径２０
０ｍｍ（８インチ）のシリコン単結晶ウエーハからＳＯ
Ｉウエーハを製造しているが、近年の２５０ｍｍ（１０
インチ）〜４００ｍｍ（１６インチ）あるいはそれ以上
の大直径化にも十分対応することができる。また、上記
では、ＲＴＡ熱処理あるいは酸化膜の形成除去をボンド
ウエーハにのみ行う場合を例示したが、ベースウエーハ
にも行ってよい。
０ｍｍ（８インチ）のシリコン単結晶ウエーハからＳＯ
Ｉウエーハを製造しているが、近年の２５０ｍｍ（１０
インチ）〜４００ｍｍ（１６インチ）あるいはそれ以上
の大直径化にも十分対応することができる。また、上記
では、ＲＴＡ熱処理あるいは酸化膜の形成除去をボンド
ウエーハにのみ行う場合を例示したが、ベースウエーハ
にも行ってよい。
【００５２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ＳＯＩウエーハの表面粗さおよび／またはＳＯＩ／ＢＯ
Ｘ界面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下となる高品質
のＳＯＩウエーハを容易に低コストで作製することがで
きる。従って、本発明のＳＯＩウエーハを用いてＭＯＳ
デバイスを作製すれば、酸化膜耐圧、しきい値電圧ある
いはキャリア移動度等のデバイス特性のバラツキ等が極
めて少ない高品質のＭＯＳデバイスを提供することがで
きる。
ＳＯＩウエーハの表面粗さおよび／またはＳＯＩ／ＢＯ
Ｘ界面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下となる高品質
のＳＯＩウエーハを容易に低コストで作製することがで
きる。従って、本発明のＳＯＩウエーハを用いてＭＯＳ
デバイスを作製すれば、酸化膜耐圧、しきい値電圧ある
いはキャリア移動度等のデバイス特性のバラツキ等が極
めて少ない高品質のＭＯＳデバイスを提供することがで
きる。
【図１】水素アニール熱処理における熱処理温度と表面
粗さの関係を示した結果図である。
粗さの関係を示した結果図である。
【図２】水素アニール熱処理における水素ガス濃度と表
面粗さの関係を示した結果図である。
面粗さの関係を示した結果図である。
【図３】熱酸化膜厚と表面粗さの関係を示した結果図で
ある。
ある。
【図４】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。
すフロー図である。
【図５】本発明で使用する急速加熱・急速冷却装置の一
例を示す概略図である。
例を示す概略図である。
１…チャンバー、 ２…加熱ランプ、 ３…オートシャ
ッター、４…石英トレイ、 ５…３点支持部、 ６…バ
ッファ、７…パイロメータ、８…ウエーハ、１０…熱処
理装置。
ッター、４…石英トレイ、 ５…３点支持部、 ６…バ
ッファ、７…パイロメータ、８…ウエーハ、１０…熱処
理装置。
フロントページの続き (72)発明者 小林 徳弘 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 (72)発明者 秋山 昌次 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内
Claims (11)
- 【請求項１】 ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面の面粗さ
がＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下であることを特徴とする
ＳＯＩウエーハ。 - 【請求項２】 ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層と埋め込み酸
化膜との界面の面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下で
あることを特徴とするＳＯＩウエーハ。 - 【請求項３】 ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面の面粗さ
がＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下であり、かつＳＯＩ層と
埋め込み酸化膜との界面の面粗さがＲＭＳ値で０．１２
ｎｍ以下であることを特徴とするＳＯＩウエーハ。 - 【請求項４】 ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表
面の自然酸化膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用
いて水素１００％あるいは水素を１０％以上含有するア
ルゴンおよび／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処
理を行なうことを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方
法。 - 【請求項５】 ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表
面に３００ｎｍ以上の熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を
除去することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項６】 シリコンウエーハを鏡面研磨した後、該
表面の自然酸化膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を
用いて水素１００％あるいは水素を１０％以上含有する
アルゴンおよび／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱
処理を行なって作製したボンドウエーハと、ベースウエ
ーハとをシリコン酸化膜を介して密着させて熱処理を加
えた後、該ボンドウエーハを薄膜化することを特徴とす
るＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項７】 前記シリコン酸化膜はボンドウエーハ表
面に形成した熱酸化膜であることを特徴とする請求項６
に記載したＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項８】 鏡面研磨されたシリコンウエーハからな
るボンドウエーハの表面に第一の熱酸化膜を形成し、該
第一の熱酸化膜を除去した後、第二の酸化膜を介して該
ボンドウエーハとベースウエーハとを密着させて熱処理
を加えた後、該ボンドウエーハを薄膜化することを特徴
とするＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項９】 前記第二の酸化膜はボンドウエーハ表面
に熱酸化膜を形成することを特徴とする請求項８に記載
のＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項１０】 前記ボンドウエーハを薄膜化すること
により作製されたＳＯＩウエーハの表面の自然酸化膜を
除去した後、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１０
０％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよび
／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なうこ
とを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか１項
に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項１１】 前記ボンドウエーハを薄膜化すること
により作製されたＳＯＩウエーハの表面に熱酸化膜を形
成し、該熱酸化膜を除去することを特徴とする請求項６
ないし請求項９のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハ
の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP10269899A JP3911901B2 (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | Ｓｏｉウエーハおよびｓｏｉウエーハの製造方法 |
| KR1020007013961A KR100688629B1 (ko) | 1999-04-09 | 2000-03-31 | Ｓｏｉ웨이퍼 및 그 제조방법 |
| US09/701,280 US6461939B1 (en) | 1999-04-09 | 2000-03-31 | SOI wafers and methods for producing SOI wafer |
| EP11008509A EP2413352A3 (en) | 1999-04-09 | 2000-03-31 | Soi wafer and method for producing soi wafer |
| PCT/JP2000/002074 WO2000062343A1 (en) | 1999-04-09 | 2000-03-31 | Soi wafer and method for producing soi wafer |
| EP00913020A EP1100127A4 (en) | 1999-04-09 | 2000-03-31 | SILICON-ON-INSULATOR WASHER AND THEIR PRODUCTION METHOD |
| TW89106452A TW575902B (en) | 1999-04-09 | 2000-04-07 | SOI wafer and manufacturing method of SOI wafer |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| JP (1) | JP3911901B2 (ja) |
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| TW (1) | TW575902B (ja) |
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