JP4419147B2 - 貼り合わせウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は貼り合わせウェーハの製造方法、詳しくはスマートカット法を利用し、活性層用ウェーハにＣＯＰなどの結晶欠陥が存在しない高品質の貼り合わせウェーハを製造する技術に関する。

近年、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を有した半導体基板を製造する方法として、特許文献１に記載されたスマートカット法が開発されている。
これは、酸化膜が形成され、水素を所定深さ位置にイオン注入した活性層用ウェーハと、支持用ウェーハとを室温で貼り合わせ、その後、得られた貼り合わせウェーハを熱処理炉に挿入して熱処理し、そのイオン注入領域から活性層用ウェーハの一部を剥離する方法である。これにより、支持用ウェーハと活性層との間に埋め込みシリコン酸化膜を介在した貼り合わせＳＯＩ基板が得られる。

ところで、近年のＭＯＳ型デバイスの高集積化に伴い、ゲート酸化膜が薄膜化されてソース・ドレインなどが浅くなっている。そのため、ゲート酸化膜の絶縁耐圧特性の向上および接合リーク電流の低減が強く要請されている。しかしながら、ＣＺ法を用いたシリコン単結晶インゴットの引き上げ時におけるシリコン育成速度は、１．０〜２．０ｍｍ／ｍｉｎと高速度であった。そのため、このインゴットをスライスしたシリコンウェーハ（以下、高速引き上げウェーハ）には、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）、ＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）などの結晶欠陥が多数存在する。これは、結晶引き上げ時に取り込まれる格子間シリコン、空孔、酸素が冷却中の熱履歴によって複雑な反応が起こるという理由による。その結果、ゲート酸化膜の絶縁耐圧特性などが劣り、最近のＭＯＳ型デバイスのさらなる高集積化には対応が困難であった。

このような問題を解消する従来法として、例えば特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献２では、ＣＺ法における引き上げ速度を０．８ｍｍ／ｍｉｎ以下としてシリコン単結晶インゴットを育成する。シリコンを低速度で育成することで、引き上げ界面で取り込まれる格子間シリコンと空孔が対消滅し、空孔の集合体であるＣＯＰの密度を減少あるいは消滅させることが可能となり、また酸素析出に必要とされる空孔密度が下がるためにシリコン単結晶インゴット中に酸素析出物が析出され難くなる。

日本国特開平５−２１１１２８号公報 日本国特開平２−２６７１９５号公報

そこで、このような低速引き上げのシリコンウェーハ（以下、低速引き上げウェーハ）を製造する技術を、スマートカット法に応用することが考えられる。すなわち、低速引き上げウェーハをスマートカット法により作製される貼り合わせＳＯＩ基板の活性層用ウェーハに利用する。そうすれば、活性層中にＣＯＰなどの結晶欠陥が存在しない貼り合わせＳＯＩ基板を得ることができる。
しかしながら、低速引き上げウェーハを利用すれば、高速引き上げウェーハに比べて引き上げに長時間を要し、歩留りも悪くなる。その結果、貼り合わせＳＯＩ基板の製造コストが高騰するおそれがあった。

また、従来、例えばボロン濃度１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３前後のｐ型の活性層用ウェーハを熱酸化炉に挿入し、活性層用ウェーハにシリコン酸化膜を形成する場合、シリコン酸化膜の形成速度は４〜５×１０^−４μｍ／ｍｉｎ程度であった（加熱温度１０００℃：ドライ酸素酸化）。その結果、埋め込みシリコン酸化膜の形成に時間がかかっていた。
さらには、イオン注入時、活性層用ウェーハに水素をイオン注入すると、活性層用ウェーハにイオン注入ダメージが発生し、活性層の品質を低下させていた。

この発明は、スマートカット法を採用した貼り合わせウェーハにおいて、結晶欠陥が存在しない活性層を有した貼り合わせウェーハを、低コストおよび高スループットで製造することができ、しかもイオン注入による活性層のダメージを低減し、活性層の高品質化を図ることができ、さらには埋め込み絶縁膜の形成時間も短縮させることができる貼り合わせウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。

第１の発明は、活性層用ウェーハに、ボロンが含まれたエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長工程と、該エピタキシャル層の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、上記絶縁膜の形成後、上記エピタキシャル層の所定深さ位置に軽元素をイオン注入してイオン注入領域を形成するイオン注入工程と、イオン注入後、上記活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを、上記絶縁膜を介在して貼り合わせ、貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせ工程と、該貼り合わせウェーハを熱処理し、上記イオン注入領域内に軽元素バブルを形成させることで、上記所定深さ位置から活性層用ウェーハの一部を剥離し、活性層を形成する剥離工程とを備え、上記エピタキシャル層に含まれるボロン濃度は５×１０ ^１８ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ^３ 以上である貼り合わせウェーハの製造方法である。

第１の発明によれば、貼り合わせウェーハを剥離熱処理すると、エピタキシャル層のイオン注入領域内に軽元素バブルが形成される。これにより、埋め込み絶縁膜を介して、支持用ウェーハ側にエピタキシャル層の一部を構成する活性層を残し、エピタキシャル層の残部が活性層用ウェーハと共に剥離される。したがって、活性層は結晶欠陥が存在しないエピタキシャル成長により得られた層となる。
その結果、スマートカット法を採用した貼り合わせウェーハにおいて、結晶欠陥が存在しない活性層を有する貼り合わせウェーハを、従来の低速引き上げウェーハよりも高スループットで、歩留りも大きい高速引き上げウェーハを利用して作製することができる。しかも、例えばエピタキシャル層の表面に絶縁膜として酸化膜を形成する場合には、エピタキシャル層内のｐ型不純物（ボロン）の濃度が高いため、酸化膜の形成速度が速まる。
これは、以下の理由による。まず、酸化種（Ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ Ｓｐｅｃｉｅｓ；Ｏ_２またはＨ_２Ｏ）がエピタキシャル層表面のシリコンと反応し、酸化膜を形成する。シリコン中のホウ素（ボロン）は、形成された酸化膜中に偏析する。そして、この酸化膜中のホウ素は、ＳｉＯ_２網目構造の結合を弱める働きを行う。これにより、酸化種（Ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ Ｓｐｅｃｉｅｓ；Ｏ_２またはＨ_２Ｏ）の拡散を促進させ、酸化速度を増大させることになる。その結果、貼り合わせウェーハの絶縁膜形成のスループットがさらに高まる。
また、エピタキシャル層にｐ型不純物を高濃度に添加すると、ドーピングによってフェルミ準位が伝導帯もしくは価電子帯に近づき、帯電した空孔の発生およびキンクサイトの発生がそれぞれ促進されて、イオン注入によりダメージを受けたシリコン領域（非晶質層）中のシリコン原子の捕獲箇所が増加する。これにより、水素のイオン注入によるエピタキシャル層の結晶欠陥は、ｐ型不純物を低いドープ濃度でエピタキシャル層にドーピングした場合と比較して、その後に熱処理を行った際の回復（再結晶化）がより速まる。その結果、イオン注入による活性層のダメージが低減され、活性層の高品質化が図れる。高濃度ボロンのエピタキシャル層を成膜する基板はシリコンウエーハであるが、シリコンウエーハの比抵抗（ドーパント濃度）は限定されない。ただし、エピタキシャル層と基板とのドーパント濃度の差が大きくなれば、格子定数のミスマッチングによるミスフィット転位が発生する可能性があるので、エピタキシャル層と基板との間で同程度の値の比抵抗が好ましい。

活性層用ウェーハはシリコンウェーハである。
絶縁膜としては、例えば酸化膜などを採用することができる。
絶縁膜の厚さはエピタキシャル層より薄ければ限定されない。例えば、０．２μｍ未満、好ましくは０．１〜０．２μｍである。
活性層の厚さは限定されない。例えば、厚膜の活性層では１〜１０μｍである。また、薄膜の活性層では０．０１〜１μｍである。

活性層用ウェーハにエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長装置は限定されない。例えば、気相エピタキシャル成長装置を採用することができる。気相エピタキシャル成長装置としては、例えば活性層用ウェーハを１枚ずつエピタキシャル成長処理する枚葉式エピタキシャル成長装置でもよい。また、複数枚の活性層用ウェーハを一度に処理するバッチ式のエピタキシャル成長装置でもよい。
原料ガスとしては、例えばＳｉＨ_４、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４などを採用することができる。
キャリヤガスとしては、例えば水素ガス、不活性ガスなどを採用することができる。
気相エピタキシャル成長装置の炉内を加熱する加熱手段としては、例えばハロゲンランプ、赤外線ランプなどを採用することができる。

活性層用ウェーハおよびエピタキシャル層に含有されるｐ型不純物としては、例えばボロンを採用することができる。
活性層用ウェーハの不純物の濃度は限定されない。

軽元素としては、例えば水素（Ｈ）の他、希ガスの元素であるヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）などでもよい。これらの単体または化合物でもよい。
イオン注入時の軽元素のドーズ量は限定されない。例えば２×１０^１６〜８×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２である。
軽元素のイオン注入時の加速電圧は、５０ｋｅＶ以下、好ましくは３０ｋｅＶ以下、さらに好ましくは２０ｋｅＶ以下である。イオン注入は、低加速電圧ほど目標深さにイオンを集中させることができる。
剥離時の貼り合わせウェーハの加熱温度は４００℃以上、好ましくは４００〜７００℃、さらに好ましくは４５０〜５５０℃である。４００℃未満では、活性層用ウェーハにイオン注入された軽元素から軽元素バブルを形成することが難しい。また、７００℃を超えると、活性層内に酸素析出物が形成されてしまいデバイス特性の低下を招くおそれがある。

剥離時の炉内雰囲気は、非酸化性ガス（窒素、アルゴンなどの不活性ガス）の雰囲気でもよい。また、真空中でもよい。
剥離時の貼り合わせウェーハの加熱時間は１分間以上、好ましくは１０〜６０分間である。１分間未満では、貼り合わせウェーハにイオン注入された軽元素をバブル化することが困難になる。
剥離工程後、活性層用ウェーハと支持用ウェーハとの貼り合わせ熱処理の強度を高める貼り合わせ熱処理を施してもよい。この際の熱処理条件は、例えば１１００℃、２時間である。熱酸化炉内の雰囲気ガスとしては、酸素などを採用することができる。

エピタキシャル層のボロン濃度が５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満では酸化膜成長速度改善効果およびイオン注入損傷領域回復効果が小さくなる。エピタキシャル層の好ましいボロン濃度は、８×１０^１８〜２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ である。

第２の発明は、第１の発明にあって、上記エピタキシャル層の厚さが０．３μｍ以上である貼り合わせウェーハの製造方法である。

第２の発明によれば、エピタキシャル層の厚さが０．３μｍ未満では、活性層用ウェーハに存在するＣＯＰをエピタキシャル層により埋めきれず、エピタキシャル層の表面にくぼみが残る。また、エピタキシャル層の厚さが０．３μｍ未満では、エピタキシャル層を含む活性層用ウェーハに、所定厚さ（０．２μｍ程度）の絶縁膜（酸化膜）を形成することができない。
逆に、厚すぎてもエピタキシャル層を形成するためのコストが高くなる。薄膜ＳＯＩの場合、エピタキシャル層の好ましい厚さは０．５〜１．５μｍであり、厚膜ＳＯＩの場合は１〜２μｍである。ＳＯＩ構造を形成した後、さらにエピタキシャル成膜した方が好ましい。

第３の発明は、第１〜第２の発明のいずれかにあって、上記イオン注入領域は、上記エピタキシャル層内に形成される貼り合わせウェーハの製造方法である。

第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれかにあって、上記絶縁膜の厚みは、０．２μｍ未満である貼り合わせウェーハの製造方法である。

第４の発明によれば、上記絶縁膜の厚みは、０．２μｍ未満である。０．２μｍ以上であると、上記エピタキシャル層内に上記イオン注入領域を形成することができない。

第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれかにあって、上記活性層用ウェーハへの絶縁膜の形成後または上記活性層用ウェーハの剥離後に、水素ガスを含む還元ガス雰囲気で、上記活性層用ウェーハまたは貼り合わせウェーハに対して１０００℃以上、１時間以上のアニール処理を施す貼り合わせウェーハの製造方法である。

第５の発明によれば、活性層用ウェーハまたは貼り合わせウェーハに対して、絶縁膜の形成後または剥離後に所定の条件でアニール処理を施す。これにより、活性層用ウェーハの表層付近または活性層におけるｐ型不純物の外方拡散が促進され、活性層の比抵抗を低減させ、従来のｐ型活性層ウェーハから得られる１〜１０ｍΩｃｍ程度の活性層が得られる。

アニール処理は、活性層用ウェーハへの絶縁膜の形成後でもよい。また、活性層用ウェーハの剥離後でもよい。
アニール温度が１０００℃未満およびアニール時間が１時間未満ではボロンの外方拡散が十分ではなく、活性層におけるボロン濃度が要求値より高くなる。貼り合わせウェーハの好ましいアニール温度は１１００〜１２００℃で、貼り合わせウェーハの好ましいアニール時間は１〜４時間である。

この発明によれば、活性層を結晶欠陥が存在しないエピタキシャル成長により作製されたエピタキシャル層としたので、スマートカット法により作製され、結晶欠陥が存在しない活性層を有した貼り合わせウェーハを、従来の低速引き上げウェーハを活性層用ウェーハに採用した場合に比べて、高スループットでかつ歩留りも大きく製造することができる。しかも、エピタキシャル層の不純物の濃度が高いので、絶縁膜の一種である酸化膜の形成時には、その形成速度が速まる。その結果、貼り合わせウェーハのスループットをさらに高めることができる。しかも、イオン注入による活性層のダメージを低減することができ、活性層の高品質化を図ることもできる。

また、絶縁膜の形成後または剥離後に、所定の条件で活性層用ウェーハまたは貼り合わせウェーハに対してアニール処理を施すので、活性層用ウェーハの表層付近または活性層におけるｐ型不純物の外方拡散が促進される。その結果、活性層の比抵抗を低減させることができる。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

（参考例１）
まず、図１のＳ１０１工程に示すように、ボロンが約１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３と高濃度に添加されたｐ型のシリコン単結晶インゴットをＣＺ法により引き上げる。引き上げ速度は、１．０ｍｍ／ｍｉｎである。シリコン単結晶インゴットの格子間酸素原子濃度Ｏｉは１１×１０^１７〜１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。その後、シリコン単結晶インゴットに、ブロック切断、スライス、面取り、鏡面研磨などを施す。これにより、厚さ７２５μｍ、直径２００ｍｍ、比抵抗９ｍΩｃｍ、ｐ型の鏡面仕上げされた活性層用ウェーハ１０が得られる。
一方、ボロンが約１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３と低濃度に添加されたｐ型のシリコン単結晶インゴットをＣＺ法により引き上げる。その後、シリコン単結晶インゴットに、ブロック切断、スライス、面取り、鏡面研磨などを順次施す。これにより、厚さ７２５μｍ、直径２００ｍｍ、比抵抗１０Ωｃｍ、ｐ型の鏡面仕上げされた支持用ウェーハ２０が得られる。

その後、図１のＳ１０２工程に示すように、活性層用ウェーハ１０を熱酸化装置に挿入し、酸素ガス雰囲気で熱酸化処理を施す。これにより、活性層用ウェーハ１０の露出面の全域に、厚さ約０．１５μｍのシリコン酸化膜１２ａが形成される。熱処理条件は１０００℃、１８０分間である。
次に、図１のＳ１０３工程に示すように、活性層用ウェーハ１０の鏡面仕上げされた表面から所定深さ位置に、中電流イオン注入装置を使用し、５０ｋｅＶの加速電圧で水素をイオン注入する。これにより、活性層用ウェーハ１０に、水素イオン注入領域１４が形成される。このときのドーズ量は、５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２である。

続いて、図１のＳ１０４工程に示すように、活性層用ウェーハ１０の表面と支持用ウェーハ２０の鏡面とを貼り合わせ面（重ね合わせ面）とし、シリコン酸化膜１２ａを介して、例えば真空装置内で公知の治具により、両ウェーハ１０，２０を貼り合わせて貼り合わせウェーハ３０を作製する。このとき、活性層用ウェーハ１０と支持用ウェーハ２０とが、シリコン酸化膜１２ａを介して接合し、この接合部分のシリコン酸化膜１２ａが埋め込みシリコン酸化膜（絶縁膜）１２ｂとなる。貼り合わせの際、貼り合わせの強度を改善するために、プラズマ処理（プラズマ照射により表面を活性化すること）を施した面同士を貼り合わせる方法を用いてもよい。

それから、図１のＳ１０５工程に示すように、貼り合わせウェーハ３０を図示しない剥離熱処理装置に挿入し、５００℃の炉内温度、窒素ガスの雰囲気で熱処理する。熱処理時間は３０分間である。これにより、支持用ウェーハ２０の貼り合わせ界面側に活性層１３を残し、活性層用ウェーハ１０を水素イオン注入領域１４から剥離する低温熱処理が施される。剥離された活性層用ウェーハ１０の残部は、支持用ウェーハ２０として再利用することができる。

剥離後、図１のＳ１０６工程に示すように、貼り合わせウェーハ３０に対して、１１００℃、２時間の貼り合わせ熱処理を施す。これにより、活性層用ウェーハ１０と支持用ウェーハ２０との貼り合わせ強度が増強される。
次いで、図１のＳ１０７工程に示すように、活性層１３の表面を研磨装置により研磨する。こうして、スマートカット法による貼り合わせＳＯＩ基板（貼り合わせウェーハ）が作製される。

このように、活性層用ウェーハ用のシリコン単結晶インゴットの引き上げ時、結晶中にはボロンが１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３と多量に含有されているため、引き上げ中のシリコン単結晶インゴット、ひいては活性層１３に結晶欠陥が存在しない。
参考例１では、シリコン単結晶インゴット中に高濃度にボロンを添加したので、結晶欠陥が存在しないシリコン単結晶インゴットを、引き上げ速度１．０ｍｍ／ｍｉｎという高速度で引き上げることができる。その結果、結晶欠陥が存在しない活性層１３を有する貼り合わせＳＯＩ基板を、従来の活性層用ウェーハに低速引き上げウェーハを採用した場合よりも高スループットで、歩留りも大きく作製することができる。しかも、参考例１ではシリコン単結晶インゴット中のボロン濃度を増大させるだけでよいので、このような貼り合わせＳＯＩ基板を低コストで作製することができる。

また、シリコン酸化膜１２ａの形成時において、活性層用ウェーハ１０にはあらかじめボロンが高濃度に添加されているので、シリコン酸化膜１２ａの形成速度が速まる。そのため、貼り合わせＳＯＩ基板のスループットがさらに高められる。しかも、この活性層用ウェーハ１０の酸化過程では、ボロンの固溶度の差により、シリコン酸化膜１２ａに活性層用ウェーハ１０中のボロンが局在（偏析）する。その結果、活性層１３のボロン濃度は約１／２程度まで低減される。この場合、剥離後のＳＯＩ層表面の平坦化、薄膜化処理を研磨によって実施したが、これを犠牲酸化法を適応することで更にボロン濃度を低減させることも可能である。

このように、活性層用ウェーハ１０にボロンを高濃度に添加すると、活性層用ウェーハ１０のシリコン内では、帯電した空孔の発生およびキンクサイトの発生がそれぞれ促進される。そのため、水素のイオン注入による活性層用ウェーハ１０の結晶欠陥の回復が速められる。その結果、このイオン注入による活性層１３のダメージが低減され、活性層１３の高品質化が図れる。
さらに、活性層用ウェーハ１０は、比抵抗ρが１０ｍΩｃｍ未満、格子間酸素原子濃度Ｏｉが１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、シリコン酸化膜１２ａの形成温度が１０００℃を超える製造条件を満足している。そのため、剥離後も活性層用ウェーハ１０の残部には、酸素析出物やＯＳＦなどの結晶欠陥が発生しない。その結果、活性層用ウェーハ１０の再使用が可能となる。

なお、シリコン酸化膜１２ａの形成後または剥離後には、水素ガスまたは他の還元ガス雰囲気で、活性層用ウェーハ１０または貼り合わせウェーハ３０に対して１０００℃以上、１時間以上のアニール処理を施してもよい。これにより、活性層用ウェーハ１０の表層付近または活性層１３におけるボロンの外方拡散が促進される。その結果、活性層１３の比抵抗を低減させることができる。

次に、図２に示す工程図を参照し、この発明の実施例１の貼り合わせウェーハの製造方法を説明する。実施例１の特徴は、ボロン濃度が１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の活性層用ウェーハ１０に代えて、ボロンを高濃度に含む単結晶シリコン製のエピタキシャル層４０が表面に成長され、かつバルク全体にはボロンを低濃度に含んだ活性層用ウェーハ１０Ｂを採用した例である。

以下、実施例１の貼り合わせウェーハの製造方法を具体的に説明する。
まず、図２のＳ２０１工程に示すように、ボロンが約１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３と低濃度に添加されたｐ型のシリコン単結晶インゴットをＣＺ法により引き上げる。引き上げ速度は、１．０ｍｍ／ｍｉｎである。その後、シリコン単結晶インゴットに、ブロック切断、スライス、面取り、鏡面研磨などを順次施す。これにより、厚さ７２５μｍ、直径２００ｍｍ、比抵抗１０Ωｃｍ、ｐ型の鏡面仕上げされた活性層用ウェーハ１０と支持用ウェーハ２０とが、それぞれ作製される。

その後、活性層用ウェーハ１０を図示しないエピタキシャル成長装置に挿入し、活性層用ウェーハ１０の鏡面仕上げされた表面に、ボロンが１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３と多量に添加されたＰ^＋型のエピタキシャル層４０を成長させる。
すなわち、図２のＳ２０２工程に示すように、活性層用ウェーハ１０をエピタキシャル成長装置の反応炉に配備されたサセプタに載置する。その後、ＳｉＨＣｌ_３ガス（０．１体積％ Ｈ_２ガス希釈）にＢ_２Ｈ_６ガス（分圧２〜４×１０^−５）を混合し、全体で８０リットル／ｍｉｎで反応炉に供給し、活性層用ウェーハ１０の表面にエピタキシャル層４０を成長させる。エピタキシャル成長温度は１１００℃、エピタキシャル成長時間は２分間である。こうして、活性層用ウェーハ１０の表面に厚さ約０．６μｍ、比抵抗約９ｍΩｃｍのエピタキシャル層４０が成長される。

次に、図２のＳ２０３工程に示すように、活性層用ウェーハ１０を熱酸化装置に挿入し、酸素ガス雰囲気で熱酸化処理を施す。これにより、エピタキシャル層４０の表面を含む活性層用ウェーハ１０の露出面の全域に、厚さ０．１５μｍのシリコン酸化膜１２ａが形成される。熱処理条件は１０００℃、１８０分間である。

次に、図２のＳ２０４工程に示すように、エピタキシャル層４０の表面からその所定深さ位置に、中電流イオン注入装置を使用し、５０ｋｅＶの加速電圧で水素をイオン注入する。これにより、エピタキシャル層４０に、水素イオン注入領域１４が形成される。このときのドーズ量は、５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２である。

続いて、図２のＳ２０５工程に示すように、活性層用ウェーハ１０の表面と支持用ウェーハ２０の鏡面とを貼り合わせ面（重ね合わせ面）とし、シリコン酸化膜１２ａを介して、例えば真空装置内で公知の治具により、両ウェーハ１０，２０を貼り合わせて貼り合わせウェーハ３０を作製する。このとき、活性層用ウェーハ１０と支持用ウェーハ２０とが、シリコン酸化膜１２ａを介して接合し、この接合部分のシリコン酸化膜１２ａが埋め込みシリコン酸化膜（絶縁膜）１２ｂとなる。

それから、図２のＳ２０６工程に示すように、貼り合わせウェーハ３０を図示しない剥離熱処理装置に挿入し、５００℃の炉内温度、窒素ガスの雰囲気で３０分間だけ剥離熱処理する。この熱処理により、支持用ウェーハ２０の貼り合わせ界面側に活性層１３を残し、活性層用ウェーハ１０を水素イオン注入領域１４から剥離する低温熱処理が施される。

剥離後、図２のＳ２０７工程に示すように、貼り合わせウェーハ３０に対して、１１００℃、２時間の貼り合わせ熱処理を施す。これにより、活性層用ウェーハ１０と支持用ウェーハ２０との貼り合わせ強度が増強される。
次いで、図２のＳ２０８工程に示すように、活性層１３の表面が研磨装置により研磨される。こうして、スマートカット法による貼り合わせＳＯＩ基板（貼り合わせウェーハ）が作製される。

このように、剥離時には、埋め込みシリコン酸化膜１２ｂを介して、支持用ウェーハ２０側に活性層１３を残し、活性層用ウェーハ１０の残部が剥離される。よって、スマートカット法を採用した貼り合わせＳＯＩ基板において、結晶欠陥が存在しない活性層１３を有する貼り合わせＳＯＩ基板を、従来の低速引き上げウェーハよりも高スループットで、しかも歩留りが大きい高速引き上げウェーハを利用して作製することができる。さらに、その製造においてはシリコン単結晶インゴット中のボロン濃度を高めるだけでよい。そのため、活性層１３に結晶欠陥が存在しない貼り合わせＳＯＩ基板を低コストで作製することができる。
その他の構成、作用および効果は、参考例１と同様であるので説明を省略する。

ここで、実際に本発明の参考例１の方法および従来法について、剥離工程後の活性層用ウェーハのＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ：内部微小欠陥）とＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓａａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）とについて、比較調査した結果を報告する。
評価方法としては、活性層用ウェーハを１０００℃、１６時間熱処理後、活性層用ウェーハをエッチングするライトエッチ評価法を採用した。具体的には、エッチング液（ＨＦ：ＨＮＯ_３：ＣｒＯ_３：Ｃｕ（ＮＯ_３）_２：Ｈ_２Ｏ：ＣＨ_３ＣＯＯＨ＝６０ｃｃ：３０ｃｃ：３０ｃｃ：２ｇ：６０ｃｃ：６０ｃｃ）により２μｍエッチングし、光学顕微鏡で欠陥を測定する評価方法である。剥離後のＢＭＤ／ＯＳＦの評価は５×１０^３／ｃｍ^２を基準とし、それ未満では良（○）、それ以上では不良（×）とした。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明に係る結果である試験例１〜試験例２は、いずれもＢＭＤ／ＯＳＦの評価は５×１０^３個／ｃｍ^２未満で、比較例１〜比較例３に比べて改善された。比較例１の場合には、埋め込みシリコン酸化膜の形成温度が１０００℃未満であるため、剥離後の活性層用ウェーハの残部に５×１０^３個／ｃｍ^２を若干超える結晶欠陥が存在し、活性層用ウェーハ１０の再使用には不適であった。

この発明の参考例１に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示すフローシートである。 この発明の実施例１に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示すフローシートである。

１０ 活性層用ウェーハ、
１２ａ シリコン酸化膜（絶縁膜）、
１３ 活性層、
１４ 水素イオン注入領域（イオン注入領域）、
２０ 支持用ウェーハ、
３０ 貼り合わせウェーハ、
４０ エピタキシャル層。

Claims (5)

1. 活性層用ウェーハに、ボロンが含まれたエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長工程と、
   該エピタキシャル層の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
   上記絶縁膜の形成後、上記エピタキシャル層の所定深さ位置に軽元素をイオン注入してイオン注入領域を形成するイオン注入工程と、
   イオン注入後、上記活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを、上記絶縁膜を介在して貼り合わせ、貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせ工程と、
   該貼り合わせウェーハを熱処理し、上記イオン注入領域内に軽元素バブルを形成させることで、上記所定深さ位置から活性層用ウェーハの一部を剥離し、活性層を形成する剥離工程とを備え、
   上記エピタキシャル層に含まれるボロン濃度は５×１０ ^１８ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ^３ 以上である貼り合わせウェーハの製造方法。
2. 上記エピタキシャル層の厚さが０．３μｍ以上である請求項１に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
3. 上記イオン注入領域は、上記エピタキシャル層内に形成される請求項１または請求項２に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
4. 上記絶縁膜の厚みは、０．２μｍ未満である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
5. 上記活性層用ウェーハへの絶縁膜の形成後または上記活性層用ウェーハの剥離後に、水素ガスを含む還元ガス雰囲気で、上記活性層用ウェーハまたは貼り合わせウェーハに対して１０００℃以上、１時間以上のアニール処理を施す請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。

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