WO2014080563A1 - Ｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents

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    • H10P14/6322—Formation by thermal treatments

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an SOI wafer by an ion implantation separation method.
  • a bond wafer that forms an SOI layer (Silicon On Insulator layer, in a broad sense, Semiconductor On Insulator) and a base wafer are bonded together via an oxide film, and then the ion implantation layer is formed.
  • the SOI layer surface (peeling surface) of the SOI wafer after peeling and the surface (peeling surface) of the bond wafer after peeling face each other. For this reason, depending on the warped shapes of the peeled SOI wafer and the peeled bond wafer, contact may occur between the wafers, and scratches and SOI film thickness abnormalities may occur.
  • the bonded wafer after peeling is processed from the concave shape due to the influence of the back oxide film. It becomes a shape obtained by subtracting the convex shape of time.
  • a mismatch may occur between the warped shape of the SOI wafer and the bond wafer after peeling, and the size of the concave warp of the bond wafer after peeling is smaller than the size of the convex warpage of the SOI wafer.
  • contact with the bond wafer after peeling occurred, and scratches and SOI film thickness abnormality occurred.
  • the occurrence of the SOI film thickness abnormality is caused by the formation of a natural oxide film on the surface of the SOI wafer being inhibited by the contact between the SOI wafer and the bond wafer, and the natural oxide film at the contact portion becomes thin. That is, in SC1 cleaning (cleaning with NH 4 OH / H 2 O 2 solution) of the next step RCA, the oxide film is quickly removed at the thin portion of the oxide film at the wafer contact portion, and the Si surface of the SOI layer is exposed. , Etching of Si by SC1 starts relatively early. As a result, after SC1 cleaning, a thin film portion is formed in the SOI film thickness at the thin oxide film portion (wafer contact portion).
  • an ion implantation method for forming an ion implantation layer causing separation for example, there is an ion implantation separation method performed by so-called co-implantation performed by implanting two kinds of hydrogen ions and helium ions.
  • an oxide film 102 for example, 27 nm
  • a bond wafer 101 for example, a warped shape
  • the helium ion implanted layer 104 is positioned deeper than the hydrogen ion implanted layer 103 is formed.
  • the hydrogen ion implanted layer 103 is bonded to the SOI wafer 120 having the SOI layer 106 and the bonded wafer 101 ′ after peeling.
  • the helium ion-implanted layer 104 remains on the bond wafer 101 ′ after peeling even after peeling. In this case, due to the presence of the helium ion implantation layer 104, a force that warps the convex side of the bond wafer 101 ′ after peeling acts, and the bond wafer 101 ′ after peeling (for example, 40 ⁇ m convex) and the SOI wafer 120 (for example, 20 ⁇ m convex).
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a method of imparting a concave warp to the base wafer.
  • there is a technique for solving the mismatch between the warped shape of the bond wafer and the SOI wafer after delamination, taking into account the influence of the warped shape of the bond wafer before bonding. was needed.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and suppresses scratches and SOI film thickness abnormalities caused by the warped shape of the SOI wafer and the bonded wafer after peeling, which are generated when peeling is performed by the ion implantation peeling method.
  • a method for manufacturing an SOI wafer that can be performed is provided.
  • the present invention provides: An oxide film is formed on a bond wafer made of a semiconductor single crystal substrate, and at least one gas ion of hydrogen and a rare gas is ion-implanted through the oxide film to form an ion-implanted layer on the bond wafer.
  • an SOI wafer is manufactured by bonding the ion-implanted surface and the base wafer surface through the oxide film and then peeling the bond wafer with the ion-implanted layer.
  • a method for manufacturing an SOI wafer characterized in that an oxide film formed on the bond wafer has a thicker back oxide film than an oxide film on a bonded surface.
  • the peeled bond wafer has a concave shape due to the film thickness difference of the oxide film. It is possible to prevent a warp shape mismatch between the SOI wafer and the peeled bond wafer, and to suppress the occurrence of scratches or abnormal SOI film thickness due to contact.
  • the oxide film of the bond wafer is formed by forming a thermal oxide film on the entire surface of the bond wafer and then removing the thermal oxide film on the bonding surface side of the bond wafer to form a thermal oxide film only on the back surface. It is preferable that the bonding wafer be prepared, and the entire surface of the bond wafer having the thermal oxide film only on the back surface be thermally oxidized.
  • the film thickness difference between the oxide film on the bonded surface and the oxide film on the back surface can be appropriately set.
  • the bond wafer it is preferable to use a wafer produced by regenerating a bond wafer after peeling with an ion implantation layer.
  • the ion implantation it is preferable that hydrogen ions and helium ions are co-implanted and helium ions are implanted deeper than the hydrogen ions in the co-implantation.
  • the SOI wafer manufacturing method of the present invention With the SOI wafer manufacturing method of the present invention, the influence of the warp on the bond wafer after peeling due to the presence of the helium ion implantation layer is eliminated, and the mismatch of the warp shape between the SOI wafer and the bond wafer after peeling is prevented. can do.
  • the present invention in the production of an SOI wafer by the ion implantation delamination method, the occurrence of scratches in the SOI wafer or abnormal SOI film thickness distribution due to the contact between the bond wafer and the SOI wafer after delamination at the time of delamination. Can be suppressed.
  • the present inventors In the fabrication of an SOI wafer by an ion implantation separation method, the present inventors, when the size of the concave shape of the bond wafer after peeling is smaller than the size of the convex shape of the SOI, It has been found that there is a warp shape mismatch, and during the peeling heat treatment process, contact with the peeled bond wafer at the convex tip of the SOI layer surface may cause scratches and SOI film thickness abnormalities at the center of the SOI wafer. It was.
  • the peeled SOI wafer warps in a convex shape toward the SOI layer in proportion to the thickness of the buried oxide film.
  • the oxide film on the surface of the bond wafer after peeling disappears, the oxide film on the back surface acts, and the peeling surface warps in a concave shape.
  • the size of the convex shape of the SOI wafer and the size of the concave shape of the bond wafer after peeling are the same, and the convex tip of the SOI wafer peels off. No contact with subsequent bond wafers.
  • the concave shape of the bond wafer after peeling and the convex shape of the SOI become different sizes, and during the peeling heat treatment
  • the convex tip portion of the SOI wafer may come into contact with the peeled bond wafer, and scratches and film thickness abnormalities may occur in the central portion of the SOI wafer.
  • the helium ion implantation layer is positioned deeper than the hydrogen ion implantation layer, delamination occurs in the hydrogen ion implantation layer.
  • the layer is divided into the SOI layer side and the peeled bond wafer, while the helium ion implantation layer remains on the peeled bond wafer.
  • the bond wafer after peeling acts as a convex warping force, and the size of the concave shape of the bond wafer after peeling tends to be smaller than the size of the convex shape of the SOI wafer.
  • Warpage shape mismatches are likely to occur. For this reason, in the co-implantation of hydrogen ions and helium ions, contact with the bond wafer after peeling occurs at the convex tip of the SOI wafer, and scratches and SOI film thickness abnormalities are likely to occur.
  • the present inventors as a method of reliably increasing the size of the concave shape of the bond wafer after peeling away from the convex shape of the SOI wafer, are located on the back side of the oxide film on the bonding surface when bonding is performed.
  • a bond wafer having a concave shape formed in advance by forming a thick oxide film is used for manufacturing an SOI wafer, thereby completing the present invention.
  • an oxide film is formed on a bond wafer made of a semiconductor single crystal substrate, and at least one gas ion of hydrogen and a rare gas is ion-implanted through the oxide film to form an ion-implanted layer on the bond wafer.
  • an SOI wafer is manufactured by bonding the ion-implanted surface and the base wafer surface through the oxide film and then peeling the bond wafer with the ion-implanted layer.
  • the oxide film formed on the bond wafer is thicker than the oxide film on the bonded surface.
  • FIG. 1 is a flowchart of a method for manufacturing an SOI wafer according to the present invention.
  • an oxide film 2 'on the back surface is formed on the bond wafer 1 (FIG. 1A).
  • a thermal oxide film is preferable.
  • a thermal oxide film is formed on the entire surface of the bond wafer, and then the thermal oxide film on the bonding surface side of the bond wafer is removed.
  • a method of producing a bond wafer having a thermal oxide film only on the back surface is preferable.
  • a thermal oxide film having a substantially uniform thickness is formed on the entire surface of the bond wafer, and then a protective sheet such as a ring-shaped rubber (O-ring) or PVC is used. Then, with the oxide film on the back surface protected, the thermal oxide film on the bonding surface side is removed with an HF solution using a method of contacting the oxide film with an etchant or spin etching to leave only the oxide film on the back surface.
  • a method can be mentioned.
  • a silicon single crystal wafer as a semiconductor single crystal substrate used as a bond wafer. It can also be used.
  • an oxide film 2 is further formed on the bond wafer 1 on which the oxide film 2 'on the back surface is formed (FIG. 1B).
  • a thermal oxide film is preferable, and as a method for forming the oxide film, a method of thermally oxidizing the entire surface of the bond wafer on which the back oxide film is formed is preferable.
  • a step of polishing the bonding surface side by CMP or the like may be added, and then the entire surface may be thermally oxidized (between (A) and (B) in FIG. 1). .
  • a bond wafer having a thicker oxide film on the back surface than the oxide film on the bonded surface is manufactured by the method exemplified above. With such a bond wafer, even if a concave shape is formed in advance before being bonded to the base wafer or a later-described helium ion implantation layer is formed, it is possible to suppress more than necessary warpage.
  • the thickness of the oxide film on the back surface is larger than the oxide film on the bonded surface.
  • the specifications of the SOI wafer to be manufactured (diameter, base wafer thickness, BOX layer thickness, etc.) and the bond used Based on the wafer specifications (diameter, wafer thickness, etc.), the mismatch immediately after peeling is prevented (the size of the convex shape of the SOI wafer is equal to the size of the concave shape of the bond wafer after peeling). And can be set as appropriate by experiment or calculation.
  • ions are implanted into the bonding surface side of the bond wafer 1 on which the oxide film 2 is formed to form an ion implantation layer (FIG. 1C).
  • an ion-implanted layer include those formed by ion-implanting at least one gas ion of hydrogen and a rare gas, and in particular, a hydrogen ion-implanted layer formed by implanting hydrogen ions. Or a co-implanted layer formed by implanting both hydrogen ions and helium ions.
  • the peeled bond wafer 101 ′ has a convex shape, A warp shape mismatch with the SOI wafer 120 occurred, and scratches and SOI film thickness abnormality occurred.
  • the warp shape of the bond wafer can be set in advance before bonding by increasing the thickness of the oxide film on the back surface. The influence by can be suppressed to the minimum.
  • the bonded wafer 1 is bonded to the surface of the base wafer 5 through the oxide film 2 at a room temperature of about 20 to 30 ° C., for example, to form a bonded wafer 10 (FIG. 1E). (F)).
  • the bonding strength at room temperature can be improved by performing plasma treatment on the bonding surface of at least one of the bond wafer and the base wafer before bonding.
  • the base wafer a silicon single crystal wafer, a silicon single crystal wafer having an insulating film formed on the surface, or the like can be used.
  • An SOI wafer 20 having the following structure is formed (FIG. 1G).
  • the peeled bond wafer 1 ′ is surely warped in a concave shape, and contact due to a mismatch in shape between the peeled bond wafer and the SOI wafer as in the prior art can be prevented.
  • one of the features of the SOI wafer manufacturing method using the ion implantation separation method is that the bond wafer after separation can be reused. Therefore, also in the present invention, a wafer produced by regenerating the peeled bond wafer 1 'can be used. In this case, when the bond wafer after peeling is reprocessed, the bond wafer with the oxide film on the back surface is produced by regenerating without removing the oxide film on the back surface. A bond wafer in which the oxide film on the back surface is thicker than the oxide film on the mating surface can be manufactured.
  • the removal of the oxide film remaining on the outer peripheral unbonded portion on the bonding surface side in the reclaim processing of the bonded wafer after peeling is achieved by directly polishing the bonding surface side.
  • the protection of the back oxide film at the time of reprocessing the bonded wafer after peeling may be performed by blocking the etching solution or etching gas by O-ring as described above, or the bond after peeling the protective sheet such as PVC. It may be attached to the back surface of the wafer, or it may be prevented that the etching solution or etching gas flows around the back surface of the bond wafer due to centrifugal force or wind pressure generated by the rotation of the wafer.
  • An HF solution is desirable as an etching solution for the oxide film. Etching may be performed with HF gas.
  • the O-ring is preferably set to a few mm from the outer periphery so that warpage occurs in the bond wafer after etching. However, depending on the level of allowable warpage, the O-ring may be installed further inside.
  • the oxide film of the bond wafer to be bonded to the base wafer is made thicker than the oxide film on the bonded surface, so that the shape of the bond wafer at the time of peeling is reliably deformed into a concave shape.
  • contact between the bond wafer after peeling and the SOI wafer can be suppressed, and scratches and film thickness abnormalities of the SOI wafer can be suppressed.
  • Example 1 A bond wafer made of a silicon single crystal wafer having a mirror polished surface of 300 mm in diameter is thermally oxidized to form a 150 nm thermal oxide film (initial oxide film) on the entire surface, and the oxide film on the back surface of the bond wafer is O-ringed. In a protected state, it is immersed in an aqueous HF solution to remove the oxide film on the bonding surface side, and after that, the surface is reprocessed by CMP processing, and then thermal oxidation is performed again to thermally bond 30 nm on the bonding surface side.
  • Example 2 The bonded wafer (with a back oxide film of 155 nm) obtained in Example 1 was immersed in an HF aqueous solution in a state where the back oxide film (initial oxide film) was protected by O-ring, and the bonded surface side was bonded. After removing the oxide film, and then performing reprocessing by CMP processing, thermal oxidation is performed to form a 30 nm thermal oxide film (buried oxide film) on the bonding surface side, and hydrogen ion implantation is performed.
  • the wafer was bonded to a base wafer made of a silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm, and peeled and heat treated in a horizontal heat treatment furnace to produce 10 SOI wafers.
  • Example 3 A bond wafer made of a silicon single crystal wafer having a mirror polished surface of 300 mm in diameter is thermally oxidized to form a 150 nm thermal oxide film (initial oxide film) on the entire surface, and the oxide film on the back surface of the bond wafer is O-ringed. In a protected state, it is immersed in an aqueous HF solution to remove the oxide film on the bonding surface side, and after that, the surface is reprocessed by CMP processing, and then thermal oxidation is performed again to thermally bond 30 nm on the bonding surface side.
  • a film (buried oxide film) and performing ion implantation (co-implantation) of hydrogen and helium
  • it is bonded to a base wafer made of a silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm, and peeled off by a heat treatment in a horizontal heat treatment furnace.
  • the implantation energies are 30 keV and 50 keV, respectively, so that helium ions are implanted deeper.
  • thermo oxide film (embedded oxide film) is formed on the entire surface of a bond wafer made of a silicon single crystal wafer having a mirror polished surface of both sides with a diameter of 300 mm, and then hydrogen without performing HF treatment and re-forming the thermal oxide film. After performing the ion implantation, 10 SOI wafers were manufactured by bonding to a base wafer and peeling and heat treatment.
  • thermo oxide film (embedded oxide film) is formed on the entire surface of a bond wafer made of a silicon single crystal wafer having a mirror polished surface of both sides with a diameter of 300 mm, and then hydrogen without performing HF treatment and re-forming the thermal oxide film.
  • the wafer was bonded to a base wafer, peeled off by heat treatment, and 10 SOI wafers were produced.
  • the implantation energies are 30 keV and 50 keV, respectively, so that helium ions are implanted deeper.
  • Table 1 shows the manufacturing conditions of the SOI wafers of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the warped shapes of the bond wafer and the SOI wafer after peeling, the results of scratches and abnormal SOI film thickness.
  • corrugation) of curvature shows the shape on the basis of a peeling surface.
  • Example 1 the warpage of the bond wafer and the SOI wafer after peeling was almost the same, and no scratch or SOI film thickness abnormality occurred (see FIG. 2).
  • Comparative Example 1 the warpage of the SOI wafer was larger than the warpage of the bond wafer after peeling, and an SOI film thickness abnormality occurred (see FIG. 2).
  • Comparative Example 2 the warp of the bonded wafer after peeling becomes large and convex with respect to the warp of the SOI wafer, and the SOI film thickness abnormality occurs. When the optical microscope is observed, scratches (scratches) are found in the thin film portion of the SOI layer. Observed (see FIG. 3).
  • the SOI wafer manufacturing method of the present invention can suppress the SOI wafer scratch and SOI film thickness distribution abnormality caused by the contact between the bond wafer and the SOI wafer after peeling at the time of peeling. It was.
  • this invention is not limited to the said embodiment.
  • the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

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Abstract

　本発明は、半導体単結晶基板からなるボンドウェーハに酸化膜を形成し、該酸化膜を通して水素および希ガスのうち少なくとも１種類のガスイオンをイオン注入して前記ボンドウェーハにイオン注入層を形成し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハ表面とを前記酸化膜を介して貼り合わせた後、前記イオン注入層で前記ボンドウェーハを剥離することによりＳＯＩウェーハを作製するＳＯＩウェーハの製造方法において、前記ボンドウェーハに形成する酸化膜を、貼り合わせ面の酸化膜よりも背面の酸化膜を厚くするＳＯＩウェーハの製造方法である。これにより、イオン注入剥離法により剥離した場合に生じるＳＯＩウェーハと剥離後のボンドウェーハの反り形状に起因して発生するスクラッチやＳＯＩ膜厚異常を抑制することのできるＳＯＩウェーハの製造方法が提供される。

Description

ＳＯＩウェーハの製造方法
　本発明は、イオン注入剥離法によりＳＯＩウェーハを製造する方法に関する。
　イオン注入剥離法によるＳＯＩウェーハの作製において、ＳＯＩ層（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ層、広義にはＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）を形成するボンドウェーハとベースウェーハとを酸化膜を介して貼り合わせた後、イオン注入層に熱処理を行って剥離した際、剥離後のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層表面（剥離面）と剥離後のボンドウェーハの表面（剥離面）は互いに向き合っている。この為、剥離後のＳＯＩウェーハ及び剥離後のボンドウェーハの反りの形状によってはウェーハ間で接触が生じ、スクラッチやＳＯＩ膜厚異常が発生することがあった。
　上記の問題に対して、ボンドウェーハの全面に酸化膜を形成しベースウェーハと貼り合わせてＳＯＩウェーハを作製する方法があった。この方法では、ＳＯＩウェーハはボンドウェーハ表面から転写された埋め込み酸化膜によって凸形状に反る一方、剥離後のボンドウェーハは貼り合わせ面に酸化膜が無く、背面に残った酸化膜によってＳＯＩウェーハとは逆に凹形状に反り、反りの大きさもＳＯＩウェーハと剥離後のボンドウェーハで同程度となる為、理論的にはウェーハ間の接触を発生しにくくすることができる。しかし、実際にはウェーハ加工時の反り形状の影響も残る為、例えば、ボンドウェーハ加工時のウェーハ形状が凸形状の場合、剥離後のボンドウェーハは、背面酸化膜の影響による凹形状からウェーハ加工時の凸形状を差し引きした形状となる。このとき、ＳＯＩウェーハと剥離後のボンドウェーハの反り形状にミスマッチが生じる場合があり、ＳＯＩウェーハの凸形状の反りの大きさに比べ、剥離後のボンドウェーハの凹形状の反りの大きさが小さくなる。このような場合、ＳＯＩウェーハの凸形状先端部においては、剥離後のボンドウェーハに接触が生じ、スクラッチやＳＯＩ膜厚異常が発生した。
　このうち、ＳＯＩ膜厚異常の発生は、ＳＯＩウェーハとボンドウェーハの接触によってＳＯＩウェーハ表面の自然酸化膜の形成が阻害され、接触部の自然酸化膜が薄くなることに起因する。即ち、次工程のＲＣＡ洗浄のＳＣ１洗浄（ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２溶液による洗浄）において、ウェーハ接触部の酸化膜の薄い部分では酸化膜が早く除去されてＳＯＩ層のＳｉ表面が露出し、ＳＣ１によるＳｉのエッチングが相対的に早く始まる。その結果、ＳＣ１洗浄後に、酸化膜の薄い部分（ウェーハ接触部）でＳＯＩの膜厚に薄膜部が形成されることになる。
　また、剥離を生じさせるイオン注入層を形成するためのイオン注入の方法として、例えば水素イオンとヘリウムイオンの２種類を注入することによって行う、いわゆる共注入により行うイオン注入剥離法がある。この方法では、図４に示されているように、酸化膜１０２（例えば、２７ｎｍ）を形成しヘリウムイオン注入層１０４を水素イオン注入層１０３よりも深い位置としたボンドウェーハ１０１（例えば、反り形状：６０μｍ凸）と、ベースウェーハ１０５とを酸化膜１０２を介して貼り合わせウェーハ１１０とすると、水素イオン注入層１０３は剥離工程においてＳＯＩ層１０６を有するＳＯＩウェーハ１２０側と剥離後のボンドウェーハ１０１’側に分割されるが、ヘリウムイオン注入層１０４は剥離後も剥離後のボンドウェーハ１０１’に残る。この場合、ヘリウムイオン注入層１０４の存在によって剥離後のボンドウェーハ１０１’に凸側に反る力が働き、剥離後のボンドウェーハ１０１’（例えば、４０μｍ凸）とＳＯＩウェーハ１２０（例えば、２０μｍ凸）との反り形状のミスマッチが生じる。この為、共注入を利用したイオン注入剥離法によるＳＯＩウェーハの製造方法において、ＳＯＩウェーハの凸形状先端部においては、剥離後のボンドウェーハに接触が生じ、スクラッチやＳＯＩ膜厚異常が生じることがあった。
特開２００８－１４０８７８号公報 特開平３－５５８２２号公報
　貼り合わせＳＯＩウェーハの反りを解決する技術として、特許文献１、２にはベースウェーハに凹の反りを付与する方法が開示されている。しかし、イオン注入剥離法による貼り合わせＳＯＩウェーハの作製において、貼り合わせ前のボンドウェーハの反り形状の影響を踏まえた上で、剥離後のボンドウェーハとＳＯＩウェーハの反り形状のミスマッチを解決する技術が必要とされていた。
　本発明は、上記問題を鑑みなされたものであって、イオン注入剥離法により剥離した場合に生じるＳＯＩウェーハと剥離後のボンドウェーハの反り形状に起因して発生するスクラッチやＳＯＩ膜厚異常を抑制することのできるＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。
　上記課題を解決するために、本発明は、
　半導体単結晶基板からなるボンドウェーハに酸化膜を形成し、該酸化膜を通して水素および希ガスのうち少なくとも１種類のガスイオンをイオン注入して前記ボンドウェーハにイオン注入層を形成し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハ表面とを前記酸化膜を介して貼り合わせた後、前記イオン注入層で前記ボンドウェーハを剥離することによりＳＯＩウェーハを作製するＳＯＩウェーハの製造方法において、
　前記ボンドウェーハに形成する酸化膜を、貼り合わせ面の酸化膜よりも背面の酸化膜を厚くすることを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。
　このように、貼り合わせ面の酸化膜よりも背面の酸化膜が厚いボンドウェーハを用いるＳＯＩウェーハの製造方法であれば、酸化膜の膜厚差によって剥離後のボンドウェーハが凹形状になるため、ＳＯＩウェーハと剥離後のボンドウェーハとの反り形状のミスマッチを防止し、接触によるスクラッチやＳＯＩ膜厚異常の発生を抑制することができる。
　このとき、前記ボンドウェーハの酸化膜の形成は、ボンドウェーハの全面に熱酸化膜を形成した後、該ボンドウェーハの貼り合わせ面側の熱酸化膜を除去することによって背面のみに熱酸化膜を有するボンドウェーハを作製し、該背面のみに熱酸化膜を有するボンドウェーハの全面を熱酸化することによって行うことが好ましい。
　このような方法でボンドウェーハの酸化膜を形成することで、貼り合わせ面の酸化膜と背面の酸化膜との間の膜厚差を適宜設定することができる。
　さらに、前記ボンドウェーハの貼り合わせ面側の熱酸化膜を除去した後に、該貼り合わせ面側を研磨する工程を含み、その後全面の熱酸化を行うことが好ましい。
　このように貼り合わせ面を研磨することで、貼り合わせの際の不具合を抑制することができる。
　また、前記ボンドウェーハとして、イオン注入層で剥離後のボンドウェーハを再生加工して作製したウェーハを用いることが好ましい。
　このようにボンドウェーハとして再生加工したウェーハを用いれば、経済的にＳＯＩウェーハを製造することができる。
　さらに、前記再生加工において、前記剥離後のボンドウェーハの背面酸化膜を除去しないことが好ましい。
　このような再生加工したウェーハを用いれば、ボンドウェーハの酸化膜の膜厚差の形成を容易に行うことができる。
　また、前記イオン注入として、水素イオンとヘリウムイオンの共注入を行い、該共注入においてヘリウムイオンを水素イオンよりも深い位置に注入することが好ましい。
　本発明のＳＯＩウェーハの製造方法であれば、ヘリウムイオン注入層の存在による剥離後のボンドウェーハへの反りの影響を排除して、ＳＯＩウェーハと剥離後のボンドウェーハとの反り形状のミスマッチを防止することができる。
　以上のように、本発明によれば、イオン注入剥離法によるＳＯＩウェーハの作製において、剥離時に剥離後のボンドウェーハとＳＯＩウェーハとの接触に起因するＳＯＩウェーハのスクラッチやＳＯＩ膜厚分布異常の発生を抑制できる。
本発明のＳＯＩウェーハの製造方法の一例を示したフロー図である。 実施例１及び比較例１における剥離後のＳＯＩ層膜厚分布の測定結果を示した図である。 比較例２のＳＯＩウェーハの中央部に発生したＳＯＩ膜厚異常とスクラッチとを示した図である。 従来の共注入を用いたＳＯＩウェーハの製造方法の一例を示したフロー図である。
　本発明者らは、イオン注入剥離法によるＳＯＩウェーハの作製において、剥離後のボンドウェーハの凹形状の大きさがＳＯＩの凸形状の大きさよりも小さい時、剥離後のボンドウェーハとＳＯＩウェーハとの反り形状のミスマッチが生じ、剥離熱処理工程中に、ＳＯＩ層表面の凸の先端で剥離後のボンドウェーハと接触し、ＳＯＩウェーハ中央部にスクラッチやＳＯＩ膜厚異常が発生する場合があることを見出した。
　ボンドウェーハに熱酸化膜を形成して貼り合わせＳＯＩウェーハを作製する場合、剥離後のＳＯＩウェーハは埋め込み酸化膜の厚さに比例してＳＯＩ層側に凸形状に反る。一方、剥離後のボンドウェーハは、表面の酸化膜が無くなることで背面の酸化膜が作用し、剥離面が凹形状に反る。
　通常は、反りに作用する酸化膜の厚さが同じ為、ＳＯＩウェーハの凸形状の大きさと剥離後のボンドウェーハの凹形状の大きさは同程度になり、ＳＯＩウェーハの凸の先端部が剥離後のボンドウェーハに接触しない。しかし、元々のボンドウェーハのウェーハ作製工程において凸形状、或いは、凹形状が形成されている場合では、剥離後のボンドウェーハの凹形状とＳＯＩの凸形状とが異なる大きさとなり、剥離熱処理中にＳＯＩウェーハの凸の先端部が剥離後のボンドウェーハと接触し、ＳＯＩウェーハ中央部にスクラッチや膜厚異常が発生する場合がある。
　また、水素イオンとヘリウムイオンの共注入による剥離法において、ヘリウムイオンの注入層を水素イオンの注入層よりも深い位置にした場合では、水素イオンの注入層で剥離が起こる為、水素イオンの注入層はＳＯＩ層側と剥離後のボンドウェーハに分割される一方、ヘリウムイオンの注入層は剥離後のボンドウェーハに残る。この場合、ヘリウムイオン注入層の存在によって剥離後のボンドウェーハには凸側に反る力が働き、剥離後のボンドウェーハの凹形状の大きさが、ＳＯＩウェーハの凸形状の大きさより小さくなり易く、反り形状のミスマッチが生じ易い。この為、水素イオンとヘリウムイオンの共注入ではＳＯＩウェーハの凸形状先端部において、剥離後のボンドウェーハとの接触が生じ、スクラッチやＳＯＩ膜厚異常が生じ易い。
　そこで、本発明者らは、剥離後のボンドウェーハの凹形状の大きさをＳＯＩウェーハの凸形状よりも確実に大きくする方法として、貼り合わせを行う際の貼り合わせ面の酸化膜よりも背面の酸化膜を厚く形成する事で予め凹形状を形成したボンドウェーハをＳＯＩウェーハの製造に用いることとし、本発明を完成させた。
　即ち、本発明は、
　半導体単結晶基板からなるボンドウェーハに酸化膜を形成し、該酸化膜を通して水素および希ガスのうち少なくとも１種類のガスイオンをイオン注入して前記ボンドウェーハにイオン注入層を形成し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハ表面とを前記酸化膜を介して貼り合わせた後、前記イオン注入層で前記ボンドウェーハを剥離することによりＳＯＩウェーハを作製するＳＯＩウェーハの製造方法において、
　前記ボンドウェーハに形成する酸化膜を、貼り合わせ面の酸化膜よりも背面の酸化膜を厚くするＳＯＩウェーハの製造方法である。
　以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　図１は、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法のフロー図である。
　まず、ボンドウェーハ１に背面の酸化膜２’を形成する（図１（Ａ））。このような背面の酸化膜としては熱酸化膜が好ましく、その形成方法としては、ボンドウェーハの全面に熱酸化膜を形成した後、ボンドウェーハの貼り合わせ面側の熱酸化膜を除去することによって背面のみに熱酸化膜を有するボンドウェーハを作製する方法が好ましい。
　この背面の酸化膜の形成方法の他の例としては、ボンドウェーハの全面にほぼ均一な厚さの熱酸化膜を形成した後に、リング状のゴム（オーリング）やＰＶＣ等の保護シートを用いて背面の酸化膜を保護した状態で、酸化膜のエッチング液に接触させる方法や、スピンエッチングなどを用いてＨＦ溶液で貼り合わせ面側の熱酸化膜を除去し、背面の酸化膜のみを残す方法を挙げることができる。
　尚、ボンドウェーハとして用いる半導体単結晶基板としては、シリコン単結晶ウェーハを用いることが好ましいが、それ以外にもゲルマニウム単結晶ウェーハ、ゲルマニウムエピタキシャルウェーハ、ＳｉＧｅエピタキシャルウェーハ、歪シリコンウェーハ、ＳｉＣ単結晶ウェーハを用いることもできる。
　次に、背面の酸化膜２’を形成したボンドウェーハ１に、さらに酸化膜２を形成する（図１（Ｂ））。このような酸化膜としては熱酸化膜が好ましく、その形成方法としては、背面の酸化膜を形成したボンドウェーハの全面を熱酸化する方法が好ましい。
　また、背面の酸化膜の形成や、貼り合わせ面側の酸化膜の除去によるボンドウェーハの貼り合わせ面の面粗さの悪化やパーティクルの付着により、貼り合わせの際の不具合が生じる場合には、貼り合わせ面側の酸化膜を除去した後に、ＣＭＰ等で貼り合わせ面側を研磨する工程を入れ、その後全面の熱酸化を行っても良い（図１の（Ａ）と（Ｂ）の間）。
　上記に例示される方法で、貼り合わせ面の酸化膜よりも背面の酸化膜が厚いボンドウェーハを作製する。このようなボンドウェーハであれば、ベースウェーハに貼り合わせる前に予め凹形状を形成したり、後述のヘリウムイオン注入層を形成しても必要以上の反りを抑制することができる。
　尚、背面の酸化膜を貼り合わせ面の酸化膜よりどの程度厚く形成するかについては、製造するＳＯＩウェーハの仕様（直径、ベースウェーハ厚さ、ＢＯＸ層厚さ、等）、及び、使用するボンドウェーハの仕様（直径、ウェーハ厚さ、等）に基づいて、剥離直後のミスマッチを防止するように（ＳＯＩウェーハの凸形状の大きさと剥離後のボンドウェーハの凹形状の大きさが同等になるように）、実験や計算によって適宜設定することができる。
　次に、酸化膜２を形成したボンドウェーハ１の貼り合わせ面側にイオン注入してイオン注入層を形成する（図１（Ｃ））。このようなイオン注入層としては、水素および希ガスのうち少なくとも１種類のガスイオンをイオン注入して形成するものを挙げることができるが、特に、水素イオンを注入して形成した水素イオン注入層や水素イオンとヘリウムイオンを両方注入して形成した共注入層が好ましい。
　このイオン注入として、水素イオンとヘリウムイオンによる共注入を行う場合は、図１（Ｄ）に示されているように、まず、水素イオンを注入して水素イオン注入層３を形成し、次にヘリウムイオンを水素イオン注入層３よりも深い位置に注入してヘリウムイオン注入層４を形成することが好ましい。このように共注入を行えば、１種類のイオンを単独で注入する時に比べて、注入するイオンの量を減らすことができる。
　この場合、従来のＳＯＩウェーハの製造方法では、図４に示すように、水素イオンとヘリウムイオンを共注入すると、ヘリウムイオン注入層１０４の存在により、剥離後のボンドウェーハ１０１’が凸形状となり、ＳＯＩウェーハ１２０との反り形状のミスマッチが生じ、スクラッチやＳＯＩ膜厚異常が発生した。しかし、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法では、前述の通り、背面の酸化膜厚を厚くすることでボンドウェーハの反り形状を貼り合わせ前に予め設定することができるため、ヘリウムイオン注入層の存在による影響を最小限に抑制することができる。
　次に、例えば２０～３０℃程度の室温において、ボンドウェーハ１のイオン注入した表面とベースウェーハ５の表面を酸化膜２を介して貼り合わせ、貼り合わせウェーハ１０を形成する（図１（Ｅ）、（Ｆ））。この場合、貼り合わせの前に、ボンドウェーハとベースウェーハの少なくとも一方のウェーハの貼り合わせ面にプラズマ処理を行うことによって、室温での貼り合わせ強度を向上させることもできる。
　尚、ベースウェーハとしては、シリコン単結晶ウェーハ、又は、表面に絶縁膜を形成したシリコン単結晶ウェーハなどを用いることができる。
　そして、例えば、４００℃以上の剥離熱処理により、貼り合わせウェーハ１０からイオン注入層（水素イオン注入層３）でボンドウェーハ１を剥離して剥離後のボンドウェーハ１’とすることにより、ＳＯＩ層６を有するＳＯＩウェーハ２０を形成する（図１（Ｇ））。このとき、本発明では剥離後のボンドウェーハ１’は確実に凹形状に反っており、従来のような剥離後のボンドウェーハとＳＯＩウェーハとの形状のミスマッチによる接触を防ぐことができる。
　また、イオン注入剥離法を用いたＳＯＩウェーハの製造方法は、剥離後のボンドウェーハを再利用できることが特徴の一つである。従って、本発明においても剥離後のボンドウェーハ１’を再生加工して作製したウェーハを用いることができる。この場合、剥離後のボンドウェーハを再生加工する際、背面の酸化膜を除去しないで再生加工する事で、背面に酸化膜のついたボンドウェーハを作製し、それを熱酸化することによって、貼り合わせ面の酸化膜よりも背面の酸化膜が厚いボンドウェーハを作製することができる。
　この際、剥離後のボンドウェーハの再生加工における貼り合わせ面側の外周未結合部に残る酸化膜の除去については、貼り合わせ面側を直接研磨することで達成されるが、リング状のゴム（オーリング）やＰＶＣ等の保護シートを用いて背面の酸化膜を保護した状態で、酸化膜のエッチング液に接触させる方法や、スピンエッチング機を用いて行うこともできる。
　剥離後のボンドウェーハの再生加工の際の背面酸化膜の保護は上記のようにオーリングによりエッチング液やエッチングガスを遮断する処理を行っても良いし、ＰＶＣ等の保護シートを剥離後のボンドウェーハ背面に付けても良いし、ウェーハの回転による遠心力や風圧によりボンドウェーハ背面にエッチング液やエッチングガスが回りこまないようにしても良い。酸化膜のエッチング液としてはＨＦ溶液が望ましい。また、ＨＦのガスによりエッチングでも良い。オーリングの設置位置はエッチング後のボンドウェーハに反りが発生するように外周から数ｍｍ程度が望ましいが、許容可能な反りのレベルによっては更に内側で設置しても良い。
　以上のように、ベースウェーハに貼り合わせるボンドウェーハの酸化膜を、貼り合わせ面の酸化膜よりも背面の酸化膜を厚くすることにより、剥離時のボンドウェーハの形状を確実に凹形状に変形させることで、剥離後のボンドウェーハとＳＯＩウェーハとの接触を抑制し、ＳＯＩウェーハのスクラッチや膜厚異常が抑制できる。
（実施例１）
　直径３００ｍｍの両面が鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハに熱酸化を行って１５０ｎｍの熱酸化膜（初期酸化膜）を全面に形成し、ボンドウェーハの背面の酸化膜をオーリングで保護した状態でＨＦ水溶液に浸漬して貼り合わせ面側の酸化膜を除去し、その後、ＣＭＰ加工により表面の再加工を行った後、再度、熱酸化を行い貼り合わせ面側に３０ｎｍの熱酸化膜（埋め込み酸化膜）を形成し、水素のイオン注入を行った後、直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと貼り合わせ、横型熱処理炉で剥離熱処理して剥離してＳＯＩウェーハを１０枚作製した。
（実施例２）
　実施例１で得られた剥離後のボンドウェーハ（背面の酸化膜１５５ｎｍ付き）を、背面の酸化膜（初期酸化膜）をオーリングで保護した状態でＨＦ水溶液に浸漬して貼り合わせ面側の酸化膜を除去し、その後、ＣＭＰ加工により再生加工を行った後、熱酸化を行い貼り合わせ面側に３０ｎｍの熱酸化膜（埋め込み酸化膜）を形成し、水素のイオン注入を行った後、直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと貼り合わせ、横型熱処理炉で剥離熱処理して剥離してＳＯＩウェーハを１０枚作製した。
（実施例３）
　直径３００ｍｍの両面が鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハに熱酸化を行って１５０ｎｍの熱酸化膜（初期酸化膜）を全面に形成し、ボンドウェーハの背面の酸化膜をオーリングで保護した状態でＨＦ水溶液に浸漬して貼り合わせ面側の酸化膜を除去し、その後、ＣＭＰ加工により表面の再加工を行った後、再度、熱酸化を行い貼り合わせ面側に３０ｎｍの熱酸化膜（埋め込み酸化膜）を形成し、水素及びヘリウムのイオン注入（共注入）を行った後、直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと貼り合わせ、横型熱処理炉で剥離熱処理して剥離してＳＯＩウェーハを１０枚作製した。
　尚、水素及びヘリウムの共注入では、注入エネルギーがそれぞれ３０ｋｅＶ、５０ｋｅＶであるため、ヘリウムイオンの方が深い位置に注入される。
（比較例１）
　直径３００ｍｍの両面が鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハの全面に３０ｎｍの熱酸化膜（埋め込み酸化膜）を形成し、その後、ＨＦ処理及び再度の熱酸化膜形成を行わずに水素のイオン注入を行った後、ベースウェーハに貼り合わせ、剥離熱処理して剥離してＳＯＩウェーハを１０枚作製した。
（比較例２）
　直径３００ｍｍの両面が鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハの全面に３０ｎｍの熱酸化膜（埋め込み酸化膜）を形成し、その後、ＨＦ処理及び再度の熱酸化膜形成を行わずに水素及びヘリウムのイオン注入（共注入）を行った後、ベースウェーハに貼り合わせ、剥離熱処理して剥離してＳＯＩウェーハを１０枚作製した。
　尚、水素及びヘリウムの共注入では、注入エネルギーがそれぞれ３０ｋｅＶ、５０ｋｅＶであるため、ヘリウムイオンの方が深い位置に注入される。
　実施例１～３、比較例１、２のＳＯＩウェーハの製造条件、剥離後のボンドウェーハとＳＯＩウェーハの反り形状、スクラッチ及びＳＯＩ膜厚異常の結果を表１に示した。
　尚、反りの形状（凹凸）は、剥離面を基準とした形状のことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１～３は剥離後のボンドウェーハとＳＯＩウェーハの反りの大きさがほぼ同一であり、スクラッチやＳＯＩ膜厚異常は発生しなかった（図２参照）。比較例１は剥離後のボンドウェーハの反りに対してＳＯＩウェーハの反りが大きくなり、ＳＯＩ膜厚異常が発生した（図２参照）。比較例２はＳＯＩウェーハの反りに対して剥離後のボンドウェーハの反りが大きく凸となりＳＯＩ膜厚異常が発生し、さらに光学顕微鏡観察を行ったところＳＯＩ層の薄膜部でスクラッチ（キズ部）が観察された（図３参照）。
　上記の結果から、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法であれば、剥離時に剥離後のボンドウェーハとＳＯＩウェーハとの接触に起因するＳＯＩウェーハのスクラッチやＳＯＩ膜厚分布異常を抑制できることが明らかになった。
　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。

Claims (6)

  1. 　半導体単結晶基板からなるボンドウェーハに酸化膜を形成し、該酸化膜を通して水素および希ガスのうち少なくとも１種類のガスイオンをイオン注入して前記ボンドウェーハにイオン注入層を形成し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハ表面とを前記酸化膜を介して貼り合わせた後、前記イオン注入層で前記ボンドウェーハを剥離することによりＳＯＩウェーハを作製するＳＯＩウェーハの製造方法において、
    　前記ボンドウェーハに形成する酸化膜を、貼り合わせ面の酸化膜よりも背面の酸化膜を厚くすることを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。
  2. 　前記ボンドウェーハの酸化膜の形成は、ボンドウェーハの全面に熱酸化膜を形成した後、該ボンドウェーハの貼り合わせ面側の熱酸化膜を除去することによって背面のみに熱酸化膜を有するボンドウェーハを作製し、該背面のみに熱酸化膜を有するボンドウェーハの全面を熱酸化することによって行うことを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
  3. 　前記ボンドウェーハの貼り合わせ面側の熱酸化膜を除去した後に、該貼り合わせ面側を研磨する工程を含み、その後全面の熱酸化を行うことを特徴とする請求項２に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
  4. 　前記ボンドウェーハとして、イオン注入層で剥離後のボンドウェーハを再生加工して作製したウェーハを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
  5. 　前記再生加工において、前記剥離後のボンドウェーハの背面酸化膜を除去しないことを特徴とする請求項４に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
  6. 　前記イオン注入として、水素イオンとヘリウムイオンの共注入を行い、該共注入においてヘリウムイオンを水素イオンよりも深い位置に注入することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
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