WO2004040650A1 - Ｓｏｉウエーハ及びｓｏｉウエーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

ボンドウェーハ２１の表面から水素イオン等をイオン注入してウェーハ内部にイオン注入層２４を形成し、該ボンドウエーハのイオン注入された側の表面とベースウェーハ２２の表面とを酸化膜２３を介してまたは直接貼り合わせた後、熱処理により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ＳＯＩウェーハを形成するＳＯＩウェーハの製造方法において、前記ボンドウェーハとして、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶であり、リング状に発生するＯＳＦの外側のＮ領域であって、且つＣｕデポジション法により検出される欠陥領域が存在しないシリコンウエーハを用いる。これにより、例えば、厚さが２００ｎｍ以下といった極めて薄いＳＯＩ層２７を形成した場合であっても、フッ酸洗浄等により微小ピットが発生せずに優れた電気特性を持ち、しかも、工数を増やさずに製造することができるＳＯＩウェーハが提供される。

Description

S O I ゥエ ーハ及ぴ S O I ゥエ ー ノヽの製造方法

技術分野

本発明は S O I ゥ エ ーハに関 し、 さ ら に詳 し く は、 シ リ コ ン活性 層が薄 く 形成 されてい る場合であっ て も電気的信頼性が極めて高い

S O I ゥ ェー ハ 、 及ぴその よ明う な S O I ゥエ ーハの製造方法に関す る 。

書

背景技術

従来、 デバイ ス用基板と して、 支持基板上にシリ コ ン活性層 （ S O I 層） が形成された S O I ゥエ ーハが広く利用されている。 このよ う な s o

I ゥエーハの製造方法と して、 例えば 2枚のシリ コンゥエーハ同士を酸化 膜を介して貼り合わせる貼り合わせ法が知られている。 貼り合わせ法の一 つであるイオン注入剥離法では、 シリ コン活性層となるシリ コンゥエ ーハ (ボン ドゥエーハ） あるいは支持基板となるベース ゥエーハの表面に酸化 膜 （絶縁層） を形成し、 ボン ドゥエーハの片側の表面から水素等のイオン 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。 さ らに、 この ボン ドゥエーハを酸化膜を介してべ一スウェーハに貼り合わせた後、 熱処 理によ り イオン注入層で剥離する。 これによ りべ一スウェーハ上に酸化膜 を介して薄いシリ コン活性層が形成された S O I ゥエ ーハを得る こ とがで さ る。

なお、 絶縁性の支持基板を用い、 これにポン ドゥエーハを直接、 すなわ ち酸化膜を介さずに貼り合わせる場合もある。

上記のよ う に S O I ゥエ ーハを製造する場合、 ボン ドゥエーハと しては、 これまでは通常、 表面にサイズが 5 0 n m以上の微小ピッ ト欠陥が存在す るシリ コ ンゥエ ーハを使用するのが一般的であった。 しかし、 近年、 シリ コン活性層の薄膜化要求が増し、 これに適用できるシリ コンゥエーハの品 質要求も厳しく なっている。

シ リ コ ン活性層 の欠陥を低減させる も の と して、 ェ ピタ キシ ャ ル 層 を利用 した も のや、 F P D、 L S T D、 C O P 等の グロ ーンイ ン ( G r o w n - i n ) 欠陥 と 呼ばれる 単結晶成長起因の欠陥の無い 、 いわゆ る ニ ュー ト ラルな領域 （ N領域） のシ リ コ ン単結晶 を利用 した も のが提案さ れている。

例えば、 シ リ コ ンゥエーハ （ポン ドゥエーハ） 上にェピタキシャル層を 形成し、 ェピタキシャル層にボロンをイオン注入した後、 支持基板に酸化 膜を介して貼り合わせ、 さ らにボン ドゥエーハの裏面を研削研磨するこ と によ り S O I ゥエーハを製造する方法が提案されている （例えば、 特開平 1 0 — 7 9 4 9 8号公報 （第 4一 6頁、 図 2 ) 参照。）。

しかし、 このよ う にェピタキシャル層を形成したゥエーハをボン ドゥエ ーハと して使用 した場合、 S O I 層の欠陥は改善されるが、 ェピタキシャ ル層を成長させる工程が増えるため、 製造コス トが著しく増加する とレヽ ぅ 問題がある。

一^、 ボン ドゥエーハと して、 F P Dや C O P等の微小欠陥が存在し ない N領域で育成したシリ コ ンゥエーハを用いる場合には、 シリ コン単結 晶の育成条件を精密に制御する必要はあるが、 ェピタキシャル層を形成さ せるよ う な工程が不要である という利点がある。

こ こ で N領域について説明 してお く と 、 通常の結晶 中固液界面近 傍の温度勾配 Gが大き い炉内構造 （ホ ッ ト ゾー ン ： H Z ) を使用 し 1t C Z 引 上げ機で結晶軸方向 に成長速度 V を高速か ら低速に変化 さ せた場合、 図 9 に示 した よ う な欠陥分布図 と して得 られる こ と が知 られてい る。

図 9 において V領域 と は、 V a c a n c y 、 つま り シ リ コ ン原子 の不足か ら発生する 凹部、 穴の よ う な も のが多い領域であ り 、 I 領 域 と は、 シ リ コ ン原子が余分に存在する こ と に よ り 発生する転位や 3

余分なシ リ コ ン原子の塊が多い領域の こ と であ る 。 そ して、 V領域 と I 領域の間には 、 原子の不足や余分が無い （少ない ) ニュ ー ト ラ ル ( N e u t r a 1 、 以下 N と 略記する こ と があ る ） 領域が存在 し

、 ま た 、 V領域の ¾界近辺には O S F (酸化誘起積層欠陥、 O X i d a t i o n I n d u c e d S t a c k 1 n g a u 1 t ) と 呼ばれる欠陥が 、 T'R H曰成長軸に対する垂直方向の断面で見た時に ング状に分布 (以下 O S F リ ング と い う と 力 S あ る） してい る こ と も確認されて ヽる

そ して、 成長速度力 ^S比較的高速の場合には、 孔型の点欠陥が集 合 したポィ ド起因 と さ れてい る F P D 、 L S T D 、 C O p 等の グ ロ 一ンィ ン欠陥が SB 方向全域に髙密度に存在 し 、 これ ら の欠陥が 存在する領域は V領域 と な る。 まに、 成長； iS度の低下に伴い、 O S

F ングが結晶の周辺か ら発生 し、 こ の リ ングの外側に格子間シ リ ンが集合 した転位ル一プ起因 と 考え られてい る L / D ( L a r g e D i s 1 o C a t i o n ： 格子間転位ル一プの略号 、 L S E P

D 、 L F P D等 ) の欠陥 (巨大転位ク ラ ス タ ） が低密度に存在 し、 これ ら の欠陥が存在する領域は I 領域 （ L ノ D領域 と い う こ と 力 あ る ) と な る。 さ ら に、 成長速度を低速にする と 、 O S F リ ングが ゥ ェ一ハの中心に収縮 して消滅 し 、 全面が I 領域 と な る。

そ して、 V領域と I 領域の 中間で O S F リ ングの外側の N領域は

、 孔起因の F Ρ D 、 L S T D 、 C O P も 、 格子間シ リ コ ン起因の

L S E P D 、 L F P D も 存在 しない領域 と な る ' ο なお、 最近では、

N領域を さ ら に分類する と 、 図 9 に示 されている よ う に 、 O S F リ ングの外側に隣接する N V 領域 (空孔の多い領域 ) と I 領域に隣接 する N i 領域 (格子間シ ジ コ ンが多い領域） と が あ り 、 N V 領域で は 、 熱酸化処理 し こ際に酸素析出量が多 く 、 N i 領域では酸素析出 が殆 ど toハ、ゝい と がわ力 つ ている

このよ う な N領域は、 従来、 ゥエ ーハ面内では一部分にしか存在しなか 4

つたが、 引上げ速度 （V) と結晶固液界面軸方向温度勾配 （G ) の比であ る V / Gを制御する こ と で N領域が横全面 （ゥ 一ハ全面） に広がった結 晶が製造でき るよ う になつている。

そ こ で、 S O I ゥエーハの製造において も 、 前記 した よ う にポ ン ド ゥエーハ と して全面 N領域 と な る シ リ コ ン単結晶 ゥエーハを用い る方法が提案 されてい る。

例えば、 チヨ ク ラルスキー法 （ C Z法） によ り シリ コ ン単結晶を引上げ る際、 引き上げ速度 Vと引上げ軸方向の結晶固液界面の温度勾配 Gとの比 ( V/G) を所定の範囲内に制御してシリ コ ン単結晶を引上げ、 ボン ドウ エーハと して、 N領域のシリ コンゥエーハを使用 した S O I ゥエーハが提 案されている （例えば、 特開 2 0 0 1 — 1 4 6 4 9 8号公報 （第 5 — 8 頁） 及び特開 2 0 0 1 — 4 4 3 9 8号公報 （第 2 — 4頁、 図 1 ) 参照。）。

と ころが、 ボン ドゥエーハとべ一スウェーハとの貼り合わせのための酸 化処理及び S O I 層の厚さを調整するための酸化処理を行った後、 酸化膜 除去のため弗酸洗浄を行う場合、 ボン ドゥエーハと して N領域で育成した シリ コン単結晶を用いても、 S O I 層がほぼ全面あるいは局部的に破壊す る とい う不良が発生する場合があった。 特に S O I 層の厚さを薄く 形成し たと きに上記のよ う な不良が生じるこ とが多かった。 また、 将来、 さ らに

S O I 層の薄膜化が要求されるよ う になつた場合には、 このよ う な単に N 領域で育成したシリ コンゥエーハをボン ドゥエーハと して使用 しても S O I層が著しく 劣化してしま う こ とが懸念されるほか、 S O I 層とベースゥ エーハの層間絶縁酸化膜の膜質を損な う こ と も予想される。 発明の開示

そこで、 本発明は、 このよ う な問題点に鑑みてなされたもので、 例えば、 厚さが 2 0 0 n m以下といった極めて薄い S O I 層を形成した場合であつ ても、 弗酸洗浄等によ り微小ピッ トが発生せずに優れた電気特性を持ち、 しかも、 工数を増やさずに製造するこ とができる S O I ゥエーハを提供す るこ と を目的とする

上記 困 的を達成する た め、 本発明 に よれば 、 少な < と も支持基板 上にシ リ ン活性層が形成 さ れた S O I ゥェ一 ノヽであ て 、 少な く と ¾) 目 U記シ リ コ ン活性層が、 チ ヨ ク ラノレ ス キ一法に よ り 育成 さ れた シ リ ン単 あ •9 、 リ ング状に発生する O S F の外側の N領域 でめ つ て 且つ 。 U yポジシ ヨ ン法に よ り 検出 される欠陥領域が存 在 しない の力 ら な る と を特徴 と する S Ο I クェ一 ノヽが提供さ れ る。

こ の よ う にシ リ コ ン活性層が、 N領域であつて 、 且つ C uデポジシ ョ ン 法によ り検出される欠陥領域が存在しないシ リ ン単結晶からなる S O I ゥェ一ハとすれば 、 シリ コン活性層には極めて微小な欠陥すら存在しない こ とになるので、 これを弗酸洗浄した場合でも微小ピッ トが発生せず、 優 れた電気特性を持つ s o I ゥエ ー ノ、となる。 また、 このよ う な S O I ゥェ 一 ノヽであれば、 ェピウェ一ハを用いる場合のよ な工数を増やさずに製造 する とができるので、 製造コス トが低く抑えられたものとなる。 こ の場 π 、 シ V ン活性層の厚さ は、 2 0 0 n 以下 と する と がでさ る

近年 、 S o I 層の薄膜化が要求 さ れてい る が 、 本発明 に係 る S o

I ゥ ェ 一 ノヽ の シ ン活性層 には C u デポジシ 3 ン法に よ り 検出 さ れる極めて微小な欠陥す ら存在 しないの で シ コ ン活性層の厚 さ を 2 0 0 n 以下 と して も 、 弗酸洗浄等に よ り 欠陥が拡大 してシ V . ン活性層が破壌 さ れる こ と がな く 、 高品 の S o I ゥ ェ一ハ と す る と がでさ る

ま た 、 刖記シ ジ ン活性層が、 酸化膜を介 して 記支持基板に貼 り 合わ さ れて形成 さ れてレヽ る も のであ る こ と が好ま し < 、 の場合

、

、 目 U記酸化膜の厚 さ が 2 η π！ 〜 3 0 0 0 η の 囲内 に あ る - と が 好ま しい

の よ 5 にシ ジ ン活性層が酸化膜を介 して支持 板に貼 り 合わ さ れて形成 さ れてい る も のであれば、 通常の貼 り 合わせ法に よ り 容 易 に製造する と がでさ る o ま た 、 上記範囲内の厚 さ の酸化膜であ れば 、 熱処理等に よ 容易 に形成する と がでさ る上 、 シ ン活 性層が酸化膜に よ り 確実に接合 さ れる と と も に絶縁 さ れて高 PP質の

S o I ゥェ一ハ と な る o

ま た 、 刖記 S o I ゥェ一ハは 、 ィ ォン注入剥離法に よ り 製造 さ れ た も の と する こ と がでさ る o

の よ ラ にィ ォン注入剥離法に よ り 製造された も のであれば 、 シ

-

V . ン活性層が極めて薄 < 厚 さ の均一な あ の と する と がでさ る 上

、 欠陥の ハ、、 レ、極めて P

PP質の S O I クェ ノヽ と なる ο

さ ら に本発明では 、 次の よ 5 な S o I クェ一 ノヽを製造する 方法も 提供さ れる o すなわち 、 シ V n ン活性層 と な る ポン ド、 ゥェ 一 ノヽ と 支 持基板 と な る へ ス ゥ ェ― - /ヽの う ち 、 刖 griボン 1ド ゥコニ ー ノヽの表面力 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 オン注入層を形成し、 該ボン ドゥエーハのイオン 注入された側の表面と前記ベースゥエーハの表面と を酸化膜を介してまた は直接貼り合わせた後、 熱処理によ り前記ボン ドゥエーハの一部を前記ィ ォン注入層で剥離して s o I ゥ .ェ -ハを形成する S o I ゥ工 - -ハの製造方 法において、 前記ポン ドゥェ 一 ノヽと して 、 チ 3 ク ラ ルス キ一法に よ り 育成 さ れたシ リ コ ン単結晶であ 、 V ング状に発生する o S F の外 側の N領域であっ て、 且つ C u 丁ポジシ ョ ン法に よ 検出 さ れる欠 陥領域が存在 しないシ リ ン クェ一 ノヽを用い · - る と を特徴 と する S

O I ゥエーハの製造方法が提供さ れる o

の よ う な方法に よ り S o I ゥェ一 ノヽを製造すれば 、 シ V ン活 性層がポン ド ゥエーノヽ の性質を反映 した も の すなわち 、 N領域で あつ て、 且つ C u デ シシ ン法に よ り 検出 さ れる欠陥領域す ら存 在 しない も の と な り 、 極めて高品質の s o I クェ ノヽを得る こ と が でさ る。 ま た 、 工数が増 る と も な ヽ ので 、 製造コ ス 卜 を低 く 抑 え る こ と ができ る。

以上のよ う に、 本発明によれば、 シ リ コ ン活性層が、 V領域、 O S F領 域、 巨大転位ク ラ ス タ （ L S E P 、 L F P D ) 領域を含まないニュー ト ラ ル （ N ) 領域であって、 しかも C uデポジシ.ヨ ン欠陥領域も含まず、 且つ、 S O I ゥ； ーハ製造工程内で表面に微小ピッ トが発生しない、 優れた電気 特性を持つ S O I ゥエーハが提供される。

このよ う な S O I ゥヱーハを使用してデバイスを作製すれば、 電気特性 に優れたデバイスを高歩留り で作製するこ とができる。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明に係る S O I 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、 本発明 に係 る S O I ゥエ ーハを製造する 際に使用する結 晶の領域を表す説明図であ る。

図 3 は、 本発明で使用する こ と ができ る C Z シ リ コ ン単結晶製造 装置の一例であ る。

図 4 は、 （ A ) は単結晶成長速度と結晶切断位置の関係を示す関係図で あ り 、 （ B ) は成長速度と各領域を示す説明図である。

図 5 は、 C uデポジショ ン評価試料の作製方法を示す説明図である。 図 6 は、 結晶縦割 り 加工断面の （ A ) ゥエ ー ノヽ ラ イ フ タ イ ム及び ( B ) C u デポジシ ョ ン欠陥を示す図である。

図 Ί は、 実験 2おける成長速度と結晶切断位置を示す図である。

図 8 は、 C uデポジショ ン法によ り各結晶領域の欠陥分布を示す図であ る。

( A ) V領域

( B ) N領域 （ C uデポジシ ョ ン欠陥発生）

( C ) N領域 （ C uデポジシ ョ ン欠陥なし）

図 9 は、 ボン ドゥエーハと して従来使用 さ れてい る 結晶領域を表す 説明図であ る。 発明を実施するための最良の形態

以下 、 本発明 について さ ら に詳 し < 説明する。

本発明者 ら は 、 本発明 の 成に先 つ て以下の よ う な調查及ぴ検 討を行つた。

まず 、 シ リ ン単結晶を引 さ上げる 、 7PB 曰曰 か ら直胴尾部にか けて髙速 ら低速へ漸減させた場合 、 刖 pL し /こ う に、 あ る成長速 度に達 した と さ に O S F が シュ ンク し 、 その後 、 さ ら に低速領域 で N V 、 N i 、 I (巨大転位ク ラ ス タ発生） 領域の順に各相が形成

- さ れる と が知 られてレ、る o ま た 、 最近では、 図 2 に示 さ れる よ う に、 N V領域には O S F消滅直後に c Uァポジショ ：ン法によ り 欠陥が検 出される領域が一部存在する こ と も分かった （例えば、 特開 2 0 0 2 — 2 0 1 0 9 3号公報参照。）。

なお . 、 ' C U デ：ポジシ 3 ン法 と は 、 半導体 ゥェ ハ の欠陥の位置を 正確に測定 し 、 半導体 ク工一 ノヽ の欠陥に対する検出限 /スを 向上 させ

、 よ り 微細な欠陥に対 して も正確に測定 し 、 分析でさ る ゥェ一 ノヽの 評価法であ る o

具体的な ゥェ一 ノヽ の評価方法は 、 ゥェ一 ノヽ表面上に所定の厚 さ の 絶縁膜を形成 させ 前記クェ一 ノヽの表面近 < に形成 さ れた欠陥部位 上の絶縁膜を破壌 して欠陥部位に C u 等の電解物質を析出 ( T ポジ

、、、

シ ン ) す る も の で あ る o つ ま り 、 C ポ ンシ ン法は 、 c ィ ォンが溶存する液体の 中で 、 ゥェ一 ノヽ表面に形成 した酸化膜に電位 を印加する と 、 酸化膜が劣化 してい る部位に電流が流れ 、 C ィ ォ ンが C と なつ て析出する と を利用 した 価法であ る 酸化膜が 劣化 し易い部分には C o P 等の欠陥が存在 してい る こ と が知 られて い る o

C u T ポジシ 3 ン さ れた クェ ノヽ の欠陥部位は 、 集光灯下や直接 13645

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的に肉眼で分析 してそ の分布や密度を評価する こ と 力 でき 、 さ ら に 顕微鏡観察、 透過電子顕微鏡 （ T E M ) ま たは走査電子顕微鏡 ( S

E M ) 等で も確認する こ と ができ る。

そして ' . 当業者な ら 、 O S F がシユ リ ン ク した後の N V 領域か ら

N i 領域が消滅する ま で （ I 領域が発生する ま で） の範囲で育成 し たシ y ン単結晶 をボン ド ゥエーハ と して使用する こ と は容易 に想 到でさ る であろ う （図 9 参照）。

しか し 、 例えば厚 さ カ 2 0 0 n m以下 と な る極めて薄い s o I 層 には微小 ピ ッ ト欠陥 さ え も残留 しない方が好ま しい。 そ こ で本発明 者 ら は 、 こ れ ら の領域にお け る欠陥について を行つ た 。 具体的 には 、 シ リ コ ン単結晶成長の高速か ら低速へ漸減する 際 O S F 消

、

滅直刖 の V領域を表面検査装置 （ M A G I C s ) に よ る座標同定後

、 F I B (集束イ オン ビーム） 加工を施 し、 そのポイ ン 卜 の T E M 観察を行つ た と こ ろ、 約 2 0 n mの微小 ピ ッ ト 欠陥の存在が確認 さ れた o

さ ら に他の領域について も調査、 検討を行つ た と こ ろ 、 以下の よ

5 な と が分かっ た。

V領域は O S F消滅直前の領域ほどボイ ドが微細化するが 、 V領域の 微小 ピ V ト 欠陥は、 相 当微細な も の であ つ て も初期酸化膜耐圧 ( T z D B ) 特性を著 し く 劣化 させる。

方 、 シ リ コ ン単結晶成長の高速か ら低速へ漸減の際 、 O S F 消 滅直後の C u デポ ジシ ョ ン欠陥領域について は、 V領域のよ う に顕 な耐圧レ ルの劣化はなく 、 T Z D B 特性が面内 ほぼ 1 0 0 % の領 域で C モー ドを示すも のの、 経時絶縁破壌 （ T D D Β ) 特性におい てやや劣化力 ^s見 られる。

さ ら に、 S O I 層表面の微小 ピ ッ ト欠陥の存在はゝ ボン ウ ー ノヽ と ベース ゥ エ ーハの貝占 り 合わせのための酸化 、 及ぴ S ο I 層の厚 さ調整のため の酸化処理後に行われる 弗酸洗浄の 、 ェ ッ チングに よ り 欠陥サイ ズが拡大 して S O I 層 を破壌する こ と がわかっ た。 特 に、 空乏層を広げる 目的で S O I 層が 1 0 0 n mよ り 薄膜化した場合、 C uデポジシ ョ ン法で検出される、 2 0 n mのサイズを下回る十分微小な 欠陥であっても、 これらの欠陥が存在する と弗酸洗浄の際にエッチングに よ り欠陥サイズが拡大して S O I層を破壊するおそれがある。 その結果、 これらの微小欠陥は電気的障害を引き起こ し、 著しく信頼性を損な う原因 となる。

すなわち、 上記のよ う な領域、 特に N領域は、 本来、 酸化膜耐圧はそ れほど悪く ないが、 これを S O I ゥエ ーハの活性層と して用いる と、 たと え欠陥のサイズが S O I 層の厚さに対して十分微細であっても、 電気的に 信頼性を損な う可能性がある こ とがわかった。

本発明者 ら は 、 以上の よ つ な 及ぴ検討を行つ た結果 、 シ V ン活性層が 、 Ν領域であつ て 、 C ホ シ シ 3 ン法に よ り 検出 さ れ る欠陥領域 さ X. あ存在 しなレ、 も の と すれば 、 Τ Ζ D Β 特性及ぴ Τ D

D B 特性に優れる 上、 弗酸洗浄を行つ て も欠陥サィ ズが拡大せず 、 ェ ッ チングに よ り 破壌する と のなレ、 特性に優れた S ο I ゥェ 一 ノヽ と な る こ と を Λ出 した そ して 、 こ の よ な S Ο I クェ一 ノヽを 製造する には 例えば 、 C z 法に よ 育成 さ れた シ リ コ ン単結晶で あ り 、 N領域であ つ て 、 C τポジシ ョ ン法に よ 検出 される欠陥 領域が存在 しないシ リ コ ン ゥェ ハをポン クェ一ハ と して使用 し て S O I 層 を形成 さ せれば良い と を ^出 し 本発明 を 成する に 至つ た も のである

以下、 添付図面 ¾■ 照 しなが ら本発明 の実施の形態につレ、て具体 的に説明する が 本発明は _れに限定 される も のではない

図 1 は ィ ォン注入剥離法に よ り 本発明 に係 る S Ο I クェ一ハを 製造する ェ の一例を示すフ n 一図であ る

まず、 最初のェ程 （ a ) では 、 2 枚の シ リ ン鏡面 ゥェ ノヽ 、 す なわち、 S ο I μ と な る ボン K ゥェ一 ノヽ 2 1 と 、 支持基板 と な るベ 5

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一ス ウェーノヽ 2 2 と を準備する。 こ こ で、 本発明では、 ボン ド ゥエ ー ノヽ 2 1 と して、 チ ヨ ク ラルス キー法 （ C Z 法） に よ り 育成 さ れた シ リ コ ン単結晶であ り 、 リ ング状に発生する O S F の外側の N領域 であっ て、 且つ C u デポ ジシ ョ ン法に よ り 検出 さ れる欠陥領域 （本 発明 では 「 C u デポ ジ シ ョ ン欠陥領域」 と レヽ ぅ 場合が あ る 。） が存 在 しないシ リ コ ン ゥエ ーハを使用する。

上記の よ う な N領域であっ て、 C u デポジシ ョ ン欠陥領域の無い シ リ コ ン単結晶は、 例えば、 図 3 に示 さ れる よ う な単結晶製造装置 を使用 し、 V / G を制御 しな力 S ら育成する こ と がで き る 。 こ の単結 晶引上げ装置 3 0 は、 引上げ室 3 1 と、 引上げ室 3 1 中に設けられたルツ ボ 3 2 と、 ルツポ 3 2 の周囲に配置されたヒータ 3 4 と、 ルツポ 3 2 を回 転させるルツポ保持軸 3 3及ぴその回転機構 （図示せず） と、 シ リ コ ンの 種結晶を保持するシー ドチャ ック 6 と、 シー ドチャ ック 6 を引上げるワイ ャ 7 と、 ワイヤ 7 を回転又は卷き取る卷取機構 （図示せず） を備えている 。 また、 ヒータ 3 4 の外側周囲には断熱材 3 5が配置されている。

ルツポ 3 2 は、 その内側のシリ コ ン融液 （湯） 2 を収容する側には石英 ルツポが設けられ、 その外側には黒鉛ルツポが設けられている。

なお、 最近では引上げ室 3 1 の水平方向の外側に、 図示しない磁石を設 置し、 シリ コン融液 2 に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加するこ と によって、 融液の対流を抑制し、 単結晶の安定成長をはかる、 いわゆる M C Z法が用いられるこ と も多い。 '

また、 育成したシリ コ ン単結晶 1 を囲むよ う に して筒状の黒鉛筒 （遮熱 板） 1 2が設けられており 、 さ らに結晶の固液界面 4近傍の外周に環状の 外側断熱材 1 0が、 内側には内側断熱材 1 1 がそれぞれ設けられている。 これらの断熱材 1 0 ， 1 1 は、 その下端とシリ コ ン融液 2 の湯面 3 と の間 に 2 〜 2 0 c mの間隔を設けて設置されている。 こ うすれば、 結晶中心部 分の温度勾配 G c [ °C / c m ] と結晶周辺部分の温度勾配 G e との差が小 さ く な り、 例えば結晶周辺の温度勾配の方が結晶中心よ り低く なるよ う に 5

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炉内温度を制御するこ と もできる。

黒鉛筒 1 2 の上には冷却筒 1 4があって冷却媒体を流して強制冷却して いる。 さ らに、 冷却ガスを吹き付けたり 、 輻射熱を遮って単結晶を冷却す る筒状の冷却手段を設,けてもよい。

このよ う な単結晶引上げ装置 3 0 を用いてシ リ コン単結晶を製造するに は、 まず、 ルツポ 3 2 内でシ リ コ ンの高純度多結晶原料を融点 （約 1 4 2 0 °C ) 以上に加熱して融解する。 次に、 ワイヤ 7 を卷き出すこ と によ り融 液 2の表面略中心部に種結晶の先端を接触又は浸漬させる。 その後、 ルツ + ポ保持軸 3 3 を回転させる と と もに、 ワイヤ 7 を回転させながら卷き取る 。 これによ り種結晶も回.転 しなが ら 引上げられ、 単結晶の育成が開始さ れ、 以後、 引上げ速度と温度を適切に調節するこ とによ り略円柱形状の単 結晶棒 1 を得るこ と ができ る。

'そ して、 N領域であっ て、 C u デポ ジシ ョ ン欠陥領域が存在 しな いシ リ コ ン単結晶を育成する には、 例えば、 引上げ中 のシ リ コ ン単 結晶の成長速度を漸減 した場合、 O S F リ ングが消滅 した後に残存 する C u デポジシ ョ ン法に検出 される欠陥領域が消滅する境界の成 長速度 と 、 さ ら に成長速度を漸減 した場合に格子間転位ループが発 生する境界の成長速度 と の間の成長速度に制御 して結晶を育成する。 すなわち、 引上げ中のシリ コン単結晶の成長速度を結晶肩から直胴尾部 にかけて高速から低速へ漸減させた場合、 図 2 に示したよ う に、 成長速度 Vに応じて、 V領域、 O S F リ ング領域、 C uデポジショ ン欠陥領域、 N V領域、 N i 領域、 I 領域 （巨大転位ク ラス タ発生領域） の順に各相が形 成されるが、 N領域の う ち、 O S F リ ング消滅後に残存する C u デ ポジシ ョ ンに よ り 検出 される欠陥領域が消滅する境界の成長速度 と 、 さ ら に成長速度を漸減 した場合に、 I 領域が発生する成長速度 と の 間の成長速度に制御 して単結晶 を育成する。 こ のよ う な方法によれば、 F P D 等 の V領域欠陥、 巨大転位ク ラ ス タ （ L S E P D 、 L F P D ) 等の I 領域欠陥、 O S F 欠陥を含まず、 かつ C u デポ ジ シ ョ ン 45

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法に よ り 検出 される欠陥 も ない N領域のシリ コン単結晶を育成する こ とができる。

そして、 上記のよ う に育成したシリ コン単結晶を鏡面研磨したゥエ ーハ ( P W ) に加工した後、 イ ンゴッ トプロ ック ごとの単位ロ ッ トから P Wを 任意に抜き取ったのちに C uデポジショ ンによる評価を行い、 欠陥がフ リ 一であった場合にボン ドウヱーハと して採用すれば良い。

次に図 1 の工程 ( b ) では、 ポン ド ゥェ 、 ~~ ノヽ 2 1 と ベ一 ス クェ

- · - ノヽ 2 2 の 5 ちの少な < と も一方の ゥェ一 ノヽの表面を酸化する o ではポン クェ一 ノヽ 2 1 を熱酸化 し 、 例 ば 、 その表面に 2 n m

3 0 0 0 n m の厚さ の酸化膜 2 3 を形成する こ と がで含 る ο な 、 酸化膜 2 3 の厚 さ が 2 n 未満であ る と 、 絶縁性が保てないおそれ があ り 、 一方 、 3 0 0 0 n mを超え る 5 な酸化膜 2 3 を形成 させ る と な る と 、 熱処理時間が極めて長 く な る な ど生産性低下の問題も 起こ 得る ので、 上記範囲内 と する の力 S好ま しい o

ェ ( c ) では 、 表面に酸化膜 2 3 を形成 したポン ド、 ゥェ一 ノヽ 2

1 の片側の表面か ら水素ィ ォンをィ ォン注入する 。 なお 、 希ガスィ ォンあ る いは水素ィ ォン と 希ガスィ ォン の混 Π ガスィ ォンをィ ォン 注入 して も よ い。 これに よ り 、 ゥェ ■ ~~ ノヽ内部にィ ォンの平均 入深 さ において表面に平行なィ ォン注入層 を形成する こ と がでさ る ο な

· -

、 の時のィ ォン注入層の深さ は 、 最終的に形成 される S o I 層 の厚 さ に反映さ れる ο 従つ て、 注入ェネルギ 等を制御 してィ 才ン 入する - と に よ り 、 例 ば 2 0 0 n m以下の厚 さ の S o I 層 と す る と も可能であ る o

ェ ロ- ( d ) は、 ポン ド、 クェ · ~~ハ 2 1 のィ ォン注入された側の表面 と ベー ス クェ • "~ ノヽ 2 2 の表面 と を酸化膜 2 3 を介 して貼 り 合わせる o 例 X.ば 常温の清浄な雰囲気下で 2 枚の クェ一ハ 2 1 2 2 の

·>- 面同士を接触 させる と に よ り 、 接着剤等を用いる こ と な < クェ一 ノヽ同士が接着する 次に、 ェ ( e ) ではヽ 処理に よ り ポン ド クェ ■ ~~ ノヽ 2 1 の 部 をィ ォン注入層 2 4 で剥離する o 例えば、 ポン Kゥェ一ハ 2 1 と ぺ 一 ス ク工一ハ 2 2 と を貼 り 合わせて接着 した も の に対 し 、 不活性ガ ス雰囲気下約 5 0 0 °C以上の温度で熱処理を加 X.れば、 晶の再配 列 と 気泡の凝集 と に よ つ て剥離ゥェ一 ノヽ 2 5 と S O I ゥェ一 ノヽ 2 6

( S O I 層 2 7 +埋込み酸化 2 3 +ベ . -~ ス ゥェ一ハ 2 2 ) に分離 される ο

X ( f ) では 、 S o I クェ一 ノヽ 2 6 に対 して >ί¾ -口 熱処理を加 X. る o のェ程 ( f ) は 、 刖記ェ程 ( d )、 ( e ) の貼 り 合わせェ程お よぴ剥離熱処理ェ で密着 させたゥェ一 ノヽ同士の結合力では 、 その ま ま丁 ノく ィ ス作製ェ程で使用する には弱いので ±h Ά,

、 処理 と して

S o I クェ 一ノヽ 2 6 に高温の熱処理を施 して結合強度を十分なもの と する 例 ば 、 の熱処理は不活性ガス雰囲気下 、 1 0 5 0 V

1 2 0 0 。cで 3 0 分か ら 2 時間の範囲で行 う こ と ができ る ο

ェ ( g ) では 、 S o I ゥェ一ハ 2 6 表面に形成 された酸化膜を 弗酸洗浄に よ り 除去する もの であ る こ の と き 、 従来の方法に よ り 単に Ν領域で育成 したシ ンゥェ ' ~ ノヽをポン K ゥェ一ノヽ と して 用いた場合には 、 微小ピ -y 卜 が発生 して しま つ o しか し 、 本発明 に 係る S Ο I ゥェ一 ノヽ 2 6 は S O I 層 2 7 が N領域であつ て 、 且つ

C u Vポジシ 3 ン欠陥領域も存在 しないものであ る ためヽ 弗酸洗浄 を行つ ても ピ y 卜 が 大する よ う な こ と はな く 、 s O I 2 7 が破 層

壊される - と あ ない

さ ら にェ禾。 - ( h ) では 、 必要に応 じ 、 s O I 層 2 7 の厚 さ を調整 する ための酸化を行い 、 次いで ( I ) ェ程では 、 弗酸洗浄に よ り 酸 化膜 2 8 を除去する o これに よ ·* S O I 層の厚 さ を例 ば 2 0 0 n m以下に調整する と もでさ る o

以上の よ 5 な X禾 ( a ) ( I ) を経て製造 さ れた S o ' I ゥ ■ェ一 ノヽは 、 S o I μの表面に微小 ピ ッ ト が存在せず、 電気的特性に極め P T/JP2003/013645

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て優れた も の と なる。

以下、 実施例を挙げて本発明を説明するが、 本発明はこれに限定される ものではない。

(実施例）

(実験 1 ) ： 引上げ条件の確認

図 3 の単結晶製造装置 3 0 を用いて、 以下の よ う に結晶成長速度 の漸減実験を行い、 各領域の境界におけ る成長速度を調べた。

まず、 2 4 イ ンチ （ 6 0 0 m m ) 径の石英ルツポに原料 と な る 多 結晶シ リ コ ンを 1 5 0 k g チ ャージ し、 直径 2 1 O m mの シ リ コ ン 単結晶 を育成 した。 酸素濃度は 2 3 〜 2 6 p p m a ( A S T M ' 7 9 値） となるよ う にした。 単結晶を育成する 際、 図 4 ( A ) に示 される よ う に、 成長速度を結晶頭部か ら尾部にかけて 0 . 7 0 m m / m i n 力、 ら 0 . 3 0 m m / m i n の範囲で直線的に漸減 させる よ う に制 御 した。

そして、 図 4 ( A) ( B ) に示すとおり 、 引上げた単結晶の頭部から尾 部にかけて結晶軸方向に縦割 り切断し、 その後、 直径 2 0 0 mmのゥエ ー ハ形状の鏡面加工仕上げのサンプルを作製した。

サンプルのう ち 1枚は、 酸素析出熱処理後のゥエ ーハライ フタイ ム （W L T) 測定 （測定器 ： S E M I L A B WT— 8 5 ) によ り V領域、 O S F領域、 I 領域の各領域の分布状況および各領域境界の成長速度を確認し た。 さ らにも う 1枚は熱酸化膜形成後 C uデポジショ ン処理を施し、 酸化 膜欠陥の分布状況を確認した。 なお、 本実験における詳細な評価方法は、 以下のとおり である。

( a ) 直径 2 1 0 mmのイ ンゴッ トを結晶軸方向 1 0 c m毎の長さでブロ ックに切断後、 結晶軸方向に縦割り切断加工し、 その後図 5 に示される よ う に結晶軸に対し垂直方向に直径 2 0 0 mm ( 8イ ンチ） の円柱にく り抜 き加工後、 ゥヱーハ形状の鏡面加工サンプルに仕上げた。 ( b ) 上記サンプルの う ち 1枚目 は、 ゥエ ーハ熱処理炉内 6 2 0 °C . 2時 間 （窒素雰囲気） 熱処理後、 8 0 0 °C . 4 時間 （窒素雰囲気） と 1 0 0 0 °C · 1 6 時間 （ ドライ酸素雰囲気） の 2段熱処理を施したあとに冷却し S E M I L A B W T - 8 5 による W L Tマップを作成した。

( c ) 2枚目 はゥエ ーハ表面に熱酸化膜形成後 C uデポジショ ン処理を施 し、 酸化膜欠陥の分布状況を確認した。 評価条件は次のとおり である。

1 ) 酸化膜 ： 2 5 n m

2 ) 電界強度 ： 6 MVZ c m

3 ) 電圧印加時間 ： 5分間

実験結果

上記実験から、 図 6 ( A ) ( B ) に示される よ う な結果が得られ、 V領 域、 O S F領域、 N領域、 I 領域の各領域境界の成長速度を確認した。

V領域 /O S F領域境界 ： 0. 5 2 3 mm/ m i n

O S F消滅境界 0 . 5 丄 O mm/ m i n

C uデポジショ ン欠陥消滅境界 0 . 5 0 6 mm/m i n 析出 N領域/非析出 N領域境界 0 . 4 9 7 mmZm i n

非析出 N領域 Z I 領域境界 0 . 4 8 8 mra/ m i n

(実験 2 ) ： S O I ゥエーハの製造

図 3 に示した実験 1 と同じ引き上げ装置によ り 、 2 4イ ンチ石英ルツポ に原料多結晶シリ コンを 1 5 0 k gチャージし、 今度は図 7 に示されるよ う に成長速度を 0. 5 5 mm m i ii X)¹ "ら 0 . 4 o mm m i nの 囲で 直径 2 1 O mmのイ ンゴッ トの結晶頭部から尾部にかけて実験 1 よ り緩や かに漸減させ、 結晶直胴部の 4 0 c mから 7 0 c mの領域に C uデポジシ ョ ン欠陥を含んだ N領域及び C uデポジショ ン欠陥を含まない N領域が形 成されるよ う にコン トロールした。 また、 酸素濃度は 2 4〜 2 6 p p m a ( A S T M ' 7 9 ) となるよ う に作製した。 そして以下の手順にしたがつ て品質評価おょぴ S O I加工を行った。 ( 1 ) 結晶引き上げ後、 各結晶ブロ ッ ク の結晶軸方向に頭側から順にゥ エーハを切断し、 切断順序がわかるよ う にレーザーマーキングにて番号を 印字し、 鏡面ゥエーハに加工した。

( 2 ) 各プロ ック単位の頭側 1枚目の P Wは 1 4サイズに分割し、 F P D、 L F P D、 L S E P、 O S Fを調査した。 次いで各ブロ ック単位の 頭側 2枚目は C uデポジショ ン欠陥分布を確認した。 そして各プロ ック単 位の頭側 3枚目 から 7枚目の合計 5枚は S O I ゥエーハ製造工程 （ S O I 工程） へ投入した。 再ぴ頭側 8枚目は F P D、 L F P D、 L S E P、 O S Fを評価し、 9枚目は C uデポジショ ン欠陥分布を、 1 0枚目から 1 4枚 目 の合計 5枚は S O I 工程へ投入する という要領で、 結晶軸方向 7枚単位 の頭側 2枚を品質評価し、 残り 5枚を S O I ゥエーハに加工した。

( 3 ) 上記評価の結果、 結晶直胴部のおよそ 4 0 c mから 5 0 c mのブ ロ ッ ク の半ばまでが V領域および O S F領域、 結晶直胴部の 5 0 c m付近 までが C uデポジショ ン欠陥が発生する N領域、 結晶直胴部のおよそ 5 0 c mから 7 0 c m付近までが C uデポジショ ン欠陥が発生しない N領域、 結晶直胴部の 7 0 c m付近からテール側の領域は I領域であった。

( 4 ) 上記 （ 1 ) の 5枚ずつのロ ッ トの鏡面ゥエ ーハをボン ドゥエーハ に使用 し、 図 1 に示した工程に基づきイオン注入剥離法に基づき、 ベース ゥエーハと貼り合わせた後、 5 0 n m厚さの S O I 層を有する S O I ゥェ ーハに加工した。

これらの S O I ゥエーハの S O I 層表面をパーティ クルカウンター （K L A _ T e n c o r社製、 S u r f s c a n S P - 1 ) によ り測定した と ころ、 V領域および O S F領域のシリ コンゥエーハをボン ドゥエーハと して使用 したも のでは、 ほぼ完全に S O I 層が破壊されていた （図 8 (A))。

また、 C uデポジショ ン欠陥が発生する N領域のボン ドゥエーハは低密 度ながら局部的に S O I 層が破壌された （図 8 ( B ) )。

しかし、 C uデポジショ ン欠陥が発生しない N領域のポン ドゥエーハの 場合は S O I 層に欠陥が見つからなかった （図 8 ( C ) )。 さ らに C uデポ ジシヨ ン欠陥が発生しない N領域の S O I 層は 5 0 %弗酸溶液に 3 0分間 無攪拌のまま放置し欠陥密度測定を行った場合でもエッチピッ ト欠陥は検 出されなかった。 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 ォノ目、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 のであつ て も本発明 の技術的範囲に包含 さ れる。

例えば 、 実施形態では 、 2 枚のシ リ ： 3 ン ゥェ一ハを用いてィ ォン 注入剥離法に よ り S O I クェ ■ ~~ ノ、を製造する場合につ いて説明 した が 、 本発明 は こ の よ う な製造方法に限定 される も の ではない。 例 ば 、 ホ ン ゥエーハ と して 、 チ ョ ク ラノレス キー法に よ り 育成 さ れた シ リ コ ン単結晶であ り 、 V ング状に発生する o S F の外側の N領域 であつ て 、 且つ C u デポジシ ョ ン法に よ り 検出 さ れる欠陥領域が存 在 しないシ リ =1 ン ゥェ一ノヽ を、 酸化膜を介 さ ずに絶縁性の支持基板

、 例えば石英、 S i C 、 サ フ ア イ ァ等の基板に直接貼 り 合わせて S

O I ゥェ一ハを製造する 合に も適用する こ と ができ る

さ ら に 、 S I M O X法 、 すなわち シ リ コ ン ゥ工 ^"ー ノヽ こ酸素をィ ォ ン注入 した後、 熱処理 して S O I クェ一八を製造する場合に も 、 使 用する シ リ . ン ゥェ— ノヽ と して、 チ ョ ク ラノレ ス キー法に よ り 育成 さ れたシ V コ ン単結晶であ 、 リ ング状に発生する O S F の外側の N 領域であつ て、 且つ C u デポジシ ン法に よ り 検出 さ れる欠陥領域 が存在 しない も の を用い る こ と で 、 本発明 に係 る S O I ゥエ ー ノヽを 製造する と ができ る。

Claims

求 の 範

1 少な < と も支持基板上にシ リ ン活性層が形成 さ れた S O I ゥェ一ノヽであつ て、 少な く と も HU S己 シ リ コ ン活性層が、 チ ョ ク ラノレ ス キ一法に よ り 育成 さ れたシ V コ ン単結晶であ り 、 リ ング状に発生 する O S F の外側の N領域であつ て 、 且つ C u デポジシ ョ ン法に よ 検出 される欠陥領域が存在 しない も の力 ら な る こ と を特徴 と する

S O I ゥェ一ハ

2 刖記シ V コ ン活†生層の厚 さ が 、 2 0 0 n m以下であ る こ と を 特徴 と する if 求項 1 に記載の S O I クエ ーハ。

3 刖 mシ コ ン活性層が 、 酸化膜を介 して前記支持基板に貼 り a わ さ れて形成 されてい る も のであ る こ と を特徴 と する請求項 1 又 は 冃求項 2 に記载の S O I ゥェ ' ~~ ノヽ

4 _r 酸化膜の厚 さ が、 2 n m 〜 3 0 0 0 n mの範囲内 に あ る こ と を特徴 と する請求項 3 に記載の S O I ゥエ ーノヽ 。

5 S o I ゥエ ーノヽカ 、 ィ ォン注入剥離法に よ り 製造 さ れた も のであ る と を特徴 と する 求項 1 ない し請求項 4 のいずれか 1 に記載の S o I ゥエ ーノヽ 。

6 シ リ ン活性層 と な る ボン ド クエ ーハ と 支持基板 と な るベー ス ク ェ · ~~ ノヽ の う ち、 Bij 記 ン ' ド ゥエ一ノヽの表面力 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し、 該ボン ドゥエーハのイオン注入された側の表面 と前記べ一スウェーハの表面と を酸化膜を介してまたは直接貼り合わせた 後、 熱処理によ り前記ボン ドゥエーハの一部を前記イオン注入層で剥離し て S O I ゥエーハを形成する S O I ゥエーハの製造方法において、 前記ポ ン ドゥエー ノヽと して、 チ ヨ ク ラルス キー法に よ り 育成さ れた シ リ コ ン 単結晶であ り 、 リ ング状に発生する O S F の外側の N領域であっ て、 且つ C u デポジシ ョ ン法に よ り 検出 さ れる欠陥領域が存在 しないシ リ コ ン ゥエーノヽを用い る こ と を特徴 と する S O I ゥエーハの製造方 法。 '