WO2004066390A1 - Ｓｏｉウエーハ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

それぞれシリコン単結晶からなるベースウエーハとボンドウエーハとを、酸化膜を介して貼り合わせた後、前記ボンドウエーハを薄膜化することによりシリコン活性層が形成されたＳＯＩウエーハであって、前記ベースウエーハが、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、該ウエーハ全面がＯＳＦ領域の外側のＮ領域であり、且つＣｕデポジション法により検出される欠陥領域を含まないもの、または、該ウエーハ全面がＯＳＦ領域の外側であって、Ｃｕデポジション法により検出される欠陥領域を含まず、且つ格子間シリコンに起因した転位クラスタが存在するＩ領域を含むものからなることを特徴とするＳＯＩウエーハ。これにより、層間絶縁酸化膜の厚さが例えば１００ｎｍ以下となるほど極めて薄く形成した場合であっても、高絶縁性が維持され、デバイス作製工程における電気的信頼性が高いＳＯＩウェーハが提供される。

Description

S O I ゥエーハ及びその製造方法

技術分野

' 本発明は、 S O I ゥ -ーハ、 特に、 電気的信頼性が極めて高い高 品質の S O I ゥ ヱーハ及びその製造方法に関する。

明

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 食

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て製造する、 いわゆ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 ンゥエーノヽ (ボン ドゥエーハ） あるいは支持基板となるシリ コン ゥエーハ （ベースウェーハ） の表面に絶縁層と して酸化膜 （埋め込み酸化 膜、 層間絶縁酸化膜などと も呼ばれる） を形成し、 ボン ドゥエ一ハの片側 の表面から水素等のイオンをイオン注入してゥェ一ハ内部にイオン注入屑 (微小気泡層） を形成する。 さ らに、 ボ ン ド ゥ エーハのイ オ ン注入 し た側の面 を、 酸化膜を介 してべ一ス ウェーハ と 貼 り 合わせた後、 熱 処理によ り イ オン注入層を境界と して剥離する。 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 とができ る。 なお、 剥離後、 シ リ コ ン活性層とベース ウェーハと の 結合力を高めるための熱処理 （結合熱処理） や、 表面の酸化膜を除去する ためのフッ酸洗浄などを行う場合もある。

このよ う な S O I ゥエーハの製造に使用するシリ コンゥエーハと しては 一般的に、 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 晶を用いるこ とができるがヽ '近年、 シ リ コ ン活性層や埋め込み酸化膜の薄 膜化要求が増しており 、 使用するシリ コンゥエーノヽの品質要求が厳しく な つている。

特に、 シ リ コ ン活性層となるボン ドゥエーノ、については、 欠陥の少ない シリ コン単結晶を育成しヽ れから得た高品質のシリ コンゥェーハを使用 する こ とが提案されている

こ こ で、 チヨ ク ラノレ スキ一法によ り シ リ コ ン単 口晶を育成する際の引き 上げ速度と、 育成されるシリ コン単結晶の欠陥との関係について説明する 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 卜 ゾー ン ： H Z ) を使用 した C Z 引上げ機で結晶軸方向 に成長速度

V を咼速力ゝ 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 、 空孔 （ V a c a c y )、 つま り シ リ 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 、 Γ領域 と は、 余分なシ リ コ ン原子であ る 格子間シ リ コ ンが存在 する こ と に よ り 発生する転位や余分なシ 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） 二ュ 一 ト ラ ノレ ( 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領域の境界近辺には O S

F (酸化誘起積層欠陥ヽ o x i d a t i o n I n d u c e d S t a c k 1 n g F a U 1 t ) と 呼ばれる欠陥が、 結晶成長軸に対 する 垂直方向 の断面で見た時に 、 リ ン グ状に分布 （以下、 O S F リ ン グ と い う こ と 力 ^あ る ) してい る こ と も確認 さ れて！/ヽ る 。

そ して、 成長速度が比較的高速の場合には 、 空孔型の点欠陥が集 n したボイ ド起因 と されてレヽ る F P D 、 L S T D 、 C O P 等の グ ロ 一 ン ィ ン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在 し、 これ ら の欠陥が 存在する領域は V領域 と な る。 ま た、 成長速度の低下に伴い、 O S

F リ ングが結晶の周辺か ら発生 し、 こ の リ ン グの外側 （低速側） に N領域が発生 し、 さ ら に、 成長速度 を低速にする と 、 O S F リ ン グ が ゥエ ーハの中 心に収縮 して消滅 し、 全面が N領域 と な る。 さ ら に 低速にする と 、 格子間 シ リ コ ンが集合 した転位ループ起因 と 考え ら れてレヽ る L D ( L a r g e D i s 1 o c a t i o n ： 格子間転 位ループの略号、 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 / D領域と い う こ と 力 S あ る ） 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、 空孔起因の F P D 、 L S T D 、 C O P も 、 格子間 シ リ コ ン起因 L S E P D 、 L F P D も存在 しない領域 と な る 。 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 〖こ 、 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 リ コ ンが多い領域） と が あ り 、 N V 領域では、 熱酸化処理 した際に酸素析出量が多 く 、 N i 領域では酸素析出が殆 ど無い こ と がわかっ 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 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 Z Gを制御するこ とで図 9 に示されるよ う に N領域が横全面 （ゥエー ハ全面） に広がった結晶も製造できるよ う になつている。

そ こ で、 S O I ゥ エーノヽの製造におい て も 、 ボ 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。）。 一方、 ベース ウェーハについては、 本来、 絶縁膜を介 した S O I 層 を支持する た めに必要なも のであ り 、 そ の表面に直接素子形成が行 われる わけではない。 そのため、 抵抗値な どが製品規格か ら外れた ダ ミ ーグ レー ドの シ リ コ ン ゥエ ーハ をベー ス ゥエ ーハ と して使用す る こ と も提案 されてい る （特開平 1 1 — 4 0 7 8 6 号公報参照。）。 一般的には、 ベース ウェーハと しては、 品質と 生産性の向上等を考慮 し、 図 9 に示される よ う に高速の引き上げ速度で成長させた V領域、 ある いは O S F領域や N V領域を一部に含む程度のシリ コン単結晶を育成し、 このよ う に高速成長させたシリ コン単結晶から鏡面状に加工したシリ コ ン ゥエ ーハが広く 使用されている。

前記のよ う に高速成長させたシリ コン単結晶から得たシリ コンゥエ ーハ の表面およびパルク内は空孔が集合した C O Pのよ う な空孔欠陥が高密度 に形成されており 、 表面にサイズが 5 0 n m以上の微小ピッ ト欠陥が多数 存在している。 そ して、 このよ う な微小ピッ ト欠陥が多数存在するシリ コ ンゥエ ーハをベー ス ゥエ ーハと して使用 して S O I ゥエ ーハを製造する と、 特に、 近年要求されている埋め込み酸化膜の厚さを薄く形成した場合、 高 絶縁性が維持されず、 電 的信頼性を損な う とい 問題が生じてきた。 発明の開示

そこで、 本発明はこの う な問題に鑑みてなされたもので、 埋め込み酸 ィ匕膜の厚さが例えば 1 0 0 n m以下となるほど極めて薄く 形成した場合で あっても、 高絶縁性が維持され、 デバイ ス作製ェ程における電気的信頼性 が高い S O I ゥエ ーハを提供する こ と を目的とする

上記 目 的 を達成す る ため、 本発明 に よれば 、 それぞれシ リ コ ン単 結晶か ら な るベー ス ゥェ一ノヽ と ボン ド ゥ エ一ノヽ と を、 酸化膜を介 し て貼 り 合わせた後、 前記ボ ン ド ゥエ一ノヽ を薄膜化する こ と に よ り シ リ コ ン活性層が形成 さ れた S O I ゥ ェ一ノヽであつ て 、 前記ベー ス ゥ エ ー ノヽ力 、 チ ヨ 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 、 該 ゥエ ーハ全面が O S F領域の外側の N領域であ り 、 且つ C 、、、

u テホ ン シ 3 ン法に よ り 検出 さ れる 欠陥領域を含ま ない の 、 ま た は 、 該 ゥェ一 ノヽ全面が O S F領域の外側であ つて 、 C u テ ポジシ H ン法に よ り 検出 さ れる欠陥領域を含まず、 且つ格子間 シ y ンに起 因 した転位ク ラ ス タ が存在する I 領域を含む も の か ら な る こ と を特 徴と す る S o I ゥェーハが提供 される。

の よ 5 にベ 一 ス ゥェ ノヽ の全面が o S F 領域の外側の N領域で あ り 、 且つ C U 丁ポジシ ン法に よ 検出 さ れる 欠陥領域を含ま な い C Z シ y ン単結晶か ら なる s o I ゥェ一ハで あれば 、 ベ一 ス ク 工一 ノヽ の表面に微小欠陥が存在 しな レ、た め 、 ベ ' ~~ ス クェ一 ノヽ上の埋 め込み酸化 の厚 さ が例え ば 1 0 0 n を下回 る よ う な薄い の の でも 、 ベ一 スゥェ一 ノヽ表面の欠陥の影響を受 けて絶縁破壌特性 の劣化が生 じ る こ と がな < 、 気的信 性が極めて高い s O I ゥェ m

一 ノヽ と なる

一方 、 ベ一 ス ゥェ 一 ノヽ の全面が o S F 領域の外側であつ て 、 C u ァホジシ 3 ン法に り 検出 され る欠陥領域を含まず 、 且つ格子間 シ コ ンに起因 した転位ク ラ ス タ が存在す る I 領域を含む C Z シ ジ ン単結 臼

曰曰か ら な る S o I ゥ工一ハで あれば 、 ベ ' スゥェ 一 ノヽ の表面 に微小な空孔欠陥が存在 し ないため 、 ベ一 ス ゥェ一 ノヽ上の埋め込み 酸化膜の厚 さ が例えば 1 0 0 11 mを 下回 る う な薄い 合で 、 ベ 一 スゥェ一 ノヽ表面の空孔欠陥の を受 けて絶縁破壌 さ れる と が な < ヽ 電ス、的信頼性が極めて高い S o I ゥェ • ~~ ハ と な る ま たヽ ベ スゥェ一ハ を構成す 、 例 ばゥ ェ一 ハ全面が I 領域 と な る よ なシ コ ン ク ェ一ハは比較的容易 に 造する こ と がでさ る のでヽ 安 m

価なもの と な る

の場 Π 、 S O I ゥェ一ハ 、

は 、 刖記ボ ン ゥェ一 ノヽにィ ォン注入 を行い 、 形成 されたィ ォン注入層で剥離する こ と で刖記ホ ン ク ェ 一 ノヽ の薄膜化を行うィ ォン注入剥離法に り 形成 されたもの でめ る と が好ま しい 貼 り 合わせ法 と してはヽ ボ ン ド、 ゥェ · ~~ ノヽ と べ ¹ ~ ス ゥ ハ を貼 り 合わせた後、 ボ ン ド、 ゥ ェ一ノヽを研削 • 研磨に よ り 薄膜ィ匕 して S O I ゥ ハ と す る こ と あ でき る が ヽ の場合 S Ο I 層の厚 さ は比較的 厚い も の と な 一方ヽ ィ ォン注入剥離法に よればヽ イ オン注入層 の深 さ 、 すなわち s o I 層 の厚 さ を近年要求 されてい る極めて薄い レべノレ と する こ と がで含 、 極めて高品質の S ◦ I クェーハ と する こ と 力 s で き る 。

m §己酸化 の厚 さ はヽ 1 0 1 0 0 n m の範囲 と する こ と が で き 近年 、 埋め込み酸化膜の厚 さ を例 えば 5 0 n m程度 と する こ と が 要求 さ れてい る が 、 本発明 の S ο I ゥ ハは、 の よ う に極めて 薄い酸化膜を形成 した も の と して 、 絶縁破壌特性が劣化 さ れず、 高絶縁性が保たれた も の と な る

また 、 刖記シ n ン活性層 は チ ョ ク ラノレ ス キ一法に よ り 育成 さ れたシ ン単結曰 B め 、 全面にわた っ て O S F領域の外側の N 領域であ り 、 且つ C u ァポジシ 3 ン法に よ り 検出 される 欠 1や陥領域を 含ま ない も のか らな る こ と が好ま しい。

こ の よ う にシ リ ン活性層 も 全面が O S F 領域の外側の N領域で あ り 、 且つ C u テ ポジシ 3 ン法に よ り 検出 さ れる 欠陥領域を含ま な い c z シ ン単 '下口 日日か ら な る も のであれば、 デパィ ス形成領域に 欠陥がない も の と な る し 、 また 、 弗酸洗浄を行つ て も シ リ コ ン活性 層の欠陥に起因 して シ リ コ ン活性層や埋め込み酸化膜が破壊 さ れ る こ と も ない、 極めて高 質の S ο I ゥェ一ノヽ と な る

さ ら に本発明 に ればヽ 上記の う な S O I ゥェ一

方法も提供 さ れる 。 すなわちヽ 少な く と も 、 それぞれシ リ コ ン単結 晶力 ら な るベ ― ス ゥェ一ノヽ と ホ ン ド、 ゥ ノ、 の う ち少な く と も 一方 に酸化膜を形成する ェ禾 と ヽ ホ ン Κ ゥコニ ー ノヽ こ ィ ォン注入する こ と に よ り イ オン注入層 を形成する ェ程 と 、 該ボ ン ド クェ一ノヽのィ 才 ン 注入 した側の面を、 酸化膜を介 し てベー ス ゥエ ーハ と 貼 り 合わ せる ェ程 と 、 ήυ記ィ ォン注入層 を 界 と して剥離を行 う 工程 と を有 する S O I ゥェ ¹ ~ ノヽの製造方法に いて 、 前記べ一ス ゥェ一ハ と し て 、 チ ョ ク ラノレス キ一法に よ り 育成 されたシ リ コ ン単結晶であ り 、 該ゥェ一ノヽ全面が、 育成の際に引 上げ速度 を高速力 ら低速に漸減 させた場合に 、 リ ング状に発生する O S F領域よ り 低速側の Ν領域 であ り 、 且つ C u デポジシ ョ ン法に よ り 検出 される欠陥領域を含ま ない も の ヽ ま たは、 育成の際に引 さ 上げ速度 を高速か ら低速に漸減 させた場合に 、 リ ング状に発生する O S F領域よ り 低速側であっ て、

C U τ ホ ジシ ヨ ン法に よ り 検出 され る欠陥領域を含まず、 且つ格子 間シ リ コ ンに起因 した転位ク ラ ス タ が存在す る I 領域を含む も の を 使用する こ と を特徴 とする S O I ゥエ ー ハ の製造方法が提供 れ る。

ィ ォ ン注入剥離法に よ り S O I ゥ エーハを製造する 際、 ベース ゥ ェ一ハ と して 、 上 Β の よ う に ゥェ ―ハ全面が無欠陥 と な る C Ζ シ リ ン単結晶 クエ ーハを使用すれば た と え埋め込み酸化膜が 1 0 0 η m を下回 る厚 さ に形成 して も 、 /TP合熱処理等の際にべ一ス ゥエ ー ハに存在する 欠陥に起因 して酸化膜の絶縁破壌特性が劣化 さ れる よ

5 な こ と はな < 、 電気的信頼性の髙い高品質の s ◦ I ゥェ一ハを製 造する こ と ができ る o

一 M 、 ィ ォン注入剥離法に よ り S O I ゥエ ーハを製造する 際、 ベ 一ス ゥェ一ハ と して 、 上記の よ う に C u テホ ンシ' ョ ン法に り 検出 される欠陥領域を含まず 、 且つ格子間 シ リ コ ン に起因 した転位ク ラ ス タ が存在す る I 領 ¾を含む C Z シ リ コ ン単結晶 ゥエ ー /、 を使用す れば 、 た と 埋め込み酸化膜が 1 0 0 11 mを 下回 る厚 さ に形成 し て も 、 結合熱処理等の際にベ ー ス ゥェ ―ハに存在する 空孔欠陥に起因 して酸化膜の絶縁破壊特性が劣化 さ れる よ う な こ と はな く ヽ 電気的 信頼性の高い古 P f ^- 问 ロロ 貝 の S O I ゥェ一ハを製造する こ と ができ る。 たヽ ベ " ス クエ ーノヽ と して使用する 、 例 えば ゥェーハ全面が I 領域 と な る シ V ンゥェ ノヽは制御範囲 を広 < す る こ と ができ 比較的容 易に製 する こ と がでさ る ので 、 ¾i品質の S O I ゥエーハを容易 に かつ低 ス 卜 で製造する こ と ができ

· - れ ら の場 ボ ン ド、ゥェ一ノヽは 、 チ 3 ク ラノレス キー法に よ り 育 成されたシ y ン単 晶でめ り 、 該 ゥェ一ハ全面が、 育成の際に引 さ上げ速度を高速か ら低速に漸減さ せた場 Π に、 リ ング状に発生す る o S F領域よ り 低速側の N領域であ り 、 且つ C u デポジシ ョ ン法 に よ り 検出 さ れ る欠陥 fit域を含ま ないものを使用する こ と が好ま し このよ う にボン ドゥエーハと して無欠陥のものを使用 して S O I ゥエー ハを製造すれば、 S O I 層に形成されるデバイスに悪影響を及ぼすこ とが ない し、 層間酸化膜の絶縁破壌特性の劣化も確実に防ぐこ と ができ る 、 極めて 局ロロ質の S Ο I ゥェ一ハを製造する と ができ 。

また 、 最近 、 ィ ォン注入剥離法で S Ο I ゥェ ―ハを製造 した場合、 剥離 したボ ン ド、 ゥェ一ノヽ (剥離ゥェ一ハ ) を再生処理 してべ一ス ゥ ェ ノヽ (あ る いはボン ド ク ェ ' ~~ ノヽ ) と して再利用する方法が提案 さ れてい る (例 えば、 特開平 1 1 ― 2 9 7 5 8 3 号公報参照。） 。 従 つ てヽ 上記の よ う な無欠陥の ホ ノ Κ ク ェ一ノヽを使用 し、 そ の後剥離 ク ェ一ノヽを再生処理 してベ一ス ゥ ェ一ハま たはホ ン Kゥェ■ ~ ノヽ と して 再利用すればヽ 製造コ ス 卜 を低 < 抑 て P 質の S 〇 I ゥェ ■ ~~ハ を 製造する こ と ができ ό 。

以上の よ う ί'し、 本発明に れば 、 ベ一ス クェ一ハの全面力 S N領域で あ り 、 且つ C U デホン'シ 3 ン法に り 検出 さ れる 欠陥領域を含ま な いもの力 ら な る S ο I ゥェ ' ~ノヽが 供さ れる o こ の よ う な S O I ク ェ一ノヽであれば 、 た と 埋め込み酸化 の厚 さ が 1 0 0 n m以下で あつ て も優れた絶縁特性を保った めヽ れを使用 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。

また、 本発明によれば、 ベース ウェーハの全面が ◦ S F領域の外側 であっ て、 C u デポジシ ョ ン法に よ り 検出 さ れる欠陥領域を含まず、 且つ格子間シ リ コ ンに起因 した転位ク ラ ス タ が存在する I 領域を含 む S O I ゥエ ーハが提供 さ れる 。 こ の場合、 ベース ウェーハは比較的 容易に製造するこ とができ るため、 製造コス トを低く抑えるこ と もできる。 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 ( A ) 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 曰

曰曰の領域の一例を表す説明図であ る。

図 2 ( B ) は、 本発明 に係 る s O I ゥ エ ーハを製造す る 際に使用 する結晶の領域の他の例 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 あ ₀

図 4 ( 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 ある ο

図 4 ( B ) は、 成長速度と各領域を示す説明図である。

図 5 はヽ 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 ーハ ラ イ フ タ イ ム及び

( B ) C U デポジ ッ シ ョ ン欠陥を示す図であ る。

図 7 はヽ 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デポジッショ 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デポジッシヨ ン欠陥発生）

( C ) N領域 （ C uデポジッシヨ ン欠陥なし）

図 9 は、 結晶領域を説明する説明図であ る。

図 1 0 ( 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 である。

図 1 0 ( B ) は、 成長速度と各領域を示す説明図である。

図 1 1 は、 育成 した各シ リ コ ン単結晶 の成長速度を示す説明図で め る。

図 1 2は、 C uデポジッシヨ ン法による欠陥分布を示す図である。

( A ) V領域のベースウェーハ

( B ) I 領域のベース ウェーハ （ C uデポジッシヨ ン欠陥な し） 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 らに詳しく 説明する。

本発明者らは、 貼り合わせ法による S O I ゥエーハのベース ゥエ ー ノヽカ 埋め込み酸化膜に及ぼす影響について詳細な調查を行つた。 その結果、 従 来一般的に使用されている高速成長させたシリ コン単結晶、 すなわち、 表 面に 5 0 n m以上の空孔型の微小欠陥が多数存在する よ う なシリ コンゥェ ーハを使用 して S O I ゥエーハを製造する と、 埋め込み酸化膜が数百 n m 以上といった十分な厚さを有している場合にはベー ス ゥエーハの影響によ る絶縁破壌特性の劣化のよ うな問題は生じ難いが、 1 0 0 n mを下回る よ う な薄膜である場合にはベース ゥエーハの影響によ り絶縁性の維持に障害 が生じるおそれがある こ とが分かった。 特に、 近年要求されつつある 5 0 n ni レベルの埋め込み酸化膜と した場合、 従来の V リ ツチベー ス ゥエーノヽ では、 結合熱処理等の際に埋め込み酸化膜に影響を与え、 高絶縁性が維持 できず、 電気的信頼性を損な う可能性が極めて高いこ とが分かった。

そこで、 本発明者らは、 ベース ウェーハの微小欠陥を低減させるこ とで、 埋め込み酸化膜を 1 0 0 n m以下に形成した場合でも絶縁破壊特性の劣化 が生じない電気的信頼性の高い S ◦ I ゥエーハとする こ とができ る と考え、 さ らに以下の よ う な調査及び検討を行っ た。

まず、 シ リ コ ン単結晶 を 引 き 上げ る際、 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、 前記 した よ う に、 あ る 成長速 度に達 した と き に O S F が シュ リ 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 こ と が知 られてい る 。 ま た、 最近では、 図 2 ( A ) に示 さ れ る よ う に'、 N V領域には O S F消滅直後に C uデポジシ ョ ン法によ り 欠 陥が検出 される領域 （以下、 C uデポジシ ョ ン欠陥領域とい う 場合があ る。） がー部存在する 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 ョ ン法 と は、 半導体 ゥ エ ーハの欠陥 の位置を 正確に測定 し、 半導体 ゥエ ーハの欠陥に対する検出限度を向上 させ、 よ り 微細な欠陥に対 して も 正確に測定 し、 分析でき る ゥ エ ーハの評 価法である。

具体的な ゥエーハの評価方法は、 ゥエーハ表面上に所定の厚 さ の 絶縁膜を形成 さ せ、 前記 ゥ エ ーハの表面近 く に形成 さ れた欠陥部位 上の絶縁膜を電気的に破壊 して欠陥部位に C u等の電解物質を析出 (デポ ジシ ョ ン） する も の で あ る 。 つま り 、 C u デポ ジ シ ョ ン法は、 C u イ オ ン が溶存する液体の中 で、 ゥエ ーハ表面に形成 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 u イ オンが C u と なっ て析出す る こ と を利用 した評価法であ る 。 酸 化膜が劣ィ匕 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。

C u デポジシ ョ ン された ゥェ一ハ の欠陥部位は、 集光灯下や直接 的に肉眼で分析 してそ の分布や密度を評価す る こ と ができ 、 さ ら に 顕微鏡観察 、 透過 電子顕微鏡 （ T E M ； Transmission Electron Microscope) ま た は走査電子顕微鏡 （ S E M ; Scanning Electron Microscope) 等でも確認す る こ と ができ る。

そ して本発明者 ら は、 こ れ ら の領域におけ る欠陥について さ ら な る調查を行った。

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 消滅直前の V領域を表面検查装置 （ M A G I C S ； 商品名 ） に よ る 座標 同 定後 、 集 束イ オ ン ビ ー ム （ F I B ; Focused Ion Beam) 力卩ェを施 し、 そ のポイ ン ト の T E M観察 を行っ 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。 ま 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 ッ ト 欠陥 は、 相 当微細な も の で あ っ て も 初期酸化膜耐圧 （ T Z D B ； Time Zero Dielectric Breakdown) 特性を著 し く 劣ィ匕 さ せる。

一方、 シ リ コ ン単結晶成長の髙速か 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 著な耐圧レベルの劣化はなく 、 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 B ； Time Dependent Dielectric Breakdown) 特十生においてやや劣ィ匕が見 られ た。

こ の よ う な調査、 検討の結果、 最近、 一部のデパ 'ィ ス 向 けに要求 されてい る埋め込み酸化膜の薄膜化が進む と 、 ボ ン ド ゥエーハ、 す なわち シ リ コ ン活性層が 、 従来使用 されて い る V領域や O S F領域、 ある いは N領域で も C u デポジシ ョ ン欠陥領域が存在す る シ リ コ ン 単 曰 クエ ー ノヽカゝ ら な る場合に限 ら ず、 その よ う なシ リ コ ン ゥエ ー ハをベ一 ス ゥエ ーハに用いた場合で も 、 酸化膜の絶縁性に対する 障 害と な り 、 電気特性に係る 不良が生 じ得る こ と が分かっ た。

また 、 こ れ ら の領域に存在す る 空孔型欠陥は、 結合熱処理の際 に 埋め込み酸化膜の膜質の劣化を招 く 危険性が あ り 、 特にその膜厚が

1 0 0 n m を下回 る よ う な薄膜の場合、 優れた絶縁性を維持する こ と ができず、 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 こ とが分かった。

そ こ で本発明者 ら は、 そ の よ う な電気的不良を避け る ため、 S O

I ゥェ一 ノヽのベー ス ゥェー ノヽを、 C u テ ポジシ ョ ン法に よ り 検出 さ れる欠陥領域も存在 しない N領域の鏡面 ゥェー ハ と すれば、 埋め込 み酸化膜の厚 さ がた と え 1 O O n m以下 と な っ て も 、 電気特性に優 れた S O I ゥエーハとするこ とができるこ とを見出した。

しかし、 N領域であって、 且つ C uデポジシ ョ ン欠陥領域が存在 しな ぃシ リ コン単結晶を育成するには、 成長速度が狭い範囲に限られており 、 また、 V Z Gを所定の値に保つなどの高度な結晶成長技術が要求されるた め、 生産性及び製造歩留り が低く 、 結果的にコ ス ト の上昇を招いて しま う こ と もある。

そ こ で本発明者 ら は、 さ ら に研究を重ねた結果、 高度な結晶成長 技術を用いな く て も低速側で容易に製造する こ と ができ る 、 I 領域 を含む C Z シ リ コ ン ゥエ ーハをベース ウェーハ と して使用 した場合、 埋め込み酸化膜の厚 さ をた と え 1 0 O n m以下 と して も 、 電気特性 に優れる S O I ゥエーハを低コス トで製造するこ とができるこ と を見出し、 本発明の完成に至った。

以下、 添付図面を参照 しなが ら本発明 の実施の形態について具体 的に説明する が、 本発明 は これに限定さ れる も のではない。

図 1 は、 イ オ ン注入剥離法に よ り 本発明 に係 る 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。

まず、 最初の工程 （ a ) では、 2 枚の シ リ コ ン鏡面 ゥェー ハ 、 す なわち、 S O I 層 と な る ボ ン ド ゥエーハ 2 1 と 、 支持基板 と な る ベ 一ス ウェーハ 2 2 と を準備する 。 こ こ で、 本発明 では、 ベ ー ス ゥェ ー ハ 2 2 と して、 ゥエ ーハ全面が、 チ ヨ ク ラ ルス キー法に よ る育成 の際、 引 き 上げ速度 を高速か ら 低速に漸減さ せた場合に、 リ ン グ状 に発生す る O S F領域よ り 低速側の N領域で あ り 、 且つ C u デポ ジ シ ョ ン法に よ り 検出 さ れ る 欠陥領域 を含 ま な い シ リ コ ン ゥ エ ーハ (第 1 の態様）、 ま た は、 育成の際に 引 き 上げ速度 を高速か ら低速 に漸減 させた場合に、 リ ン グ状に発生す る O S F 領域よ り 低速側で あっ て、 C u デポジシ ョ ン法に よ り 検出 され る欠陥領域を含まず、 且つ格子間シ リ コ ンに起因 した転位ク ラ ス タ が存在する I 領域を含 むシ リ コ ン ゥエ ーハ （第 2 の態様） を使用す る。

まず、 第 1 の態様 と して、 上記の よ う な N領域であっ て、

ポジ ッ シ ョ ン欠陥領域の無いシ リ コ ン単結晶 は、 例えば、 図

される よ う な単結晶製造装置 3 0 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 けられたノレッボ 3 2 と、 ルッボ 3 2の周囲に配置されたヒータ 3 4 と、 ル ソホ 3 2 を回転させるルツボ保持軸 3 3及びその回転機構 （図示せず） と、 シジ 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 ワイヤ 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

ルツボ 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 ノレッボが設けられ、 その外側には黒鉛ルッボが設けられている。

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が設けられている。 なお、 黒鉛筒 1 2 の内側にも内側断熱 材を設ける場合もある。 このよ う な断熱材 1 0 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 に炉内温度を制御するこ と もでき る。

また、 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、 ルツボ 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 ボ保持軸 3 3 を回転させる と と もに、 ワイヤ 7 を回転させながら巻き取る , 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 ッ シ ョ ン欠陥領域を含ま 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 （引 き 上げ速度） を高速か ら低速に漸減 さ せた場合 に、 リ ング状に発生す る O S F 領域が消滅 した後 に残存す る 、 C u デポジシ ョ ン法に 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 ( A ) 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 ト力 ら P Wを 任意に抜き取ったのちに C uデポジショ ン法による評価を行い、 欠陥がフ リーであった場合に、 ベース ウェーハ 2 2 と して採用すれば良い。

なお、 ボ ン ド ゥエーハ 2 1 については、 シ リ コ ン活性層 に要求 さ れる 品質に応 じた も のを使用すれば良いが、 ボン ドゥエーハ 2 1 も、 ベース ウェーハ 2 2 と 同様のも の、 すなわち ゥ エ ー ノヽ全面が 、 リ ン グ 状に発生する O S F領域よ り 低速側の N領域であ り 、 且つ C u デポ ジシ ョ ン法に よ り 検出 される欠陥領域を含ま ない も の を使用すれば、 シ リ コ ン活性層 に微小欠陥が存在 し ない こ と に な る の で 、 形成 さ れ るデバイ ス特性を向上 させ る こ と ができ る し、 たと え埋め込み酸化膜 が厚さ 5 0 n m程度に形成されても、 後の結合熱処理などにおけるベース ゥエ ーハの影響によ る絶縁破壊特性の劣化を確実に防ぐこ と ができ 、 電 気的信頼性を極めて高 く する こ と ができ る。

さ ら に、 ボン ドゥエーハ 2 1 もべ一ス ウェーハ 2 2 と同様のものを使 用 し、 後述す る よ う に剥離後のボン ドゥエーハを再生処理 して再利用 すれば、 電気的信頼性の高い S O I ゥエ ーハ を低い コ ス ト で製造す る こ と が可能 と なる 。

しかし、 このよ う なゥエーハ全面が無欠陥のシリ コ ン ゥエーハを製造す るには、 シ リ コ ン単結晶の育成工程全体にわたって、 結晶径方向で N領域 となる よ う に V Z Gを均一に制御しなければならず、 成長速度の設定範囲 が非常に制限される上、 非常に高度な結晶成長技術が必要であ り 、 結果的 に製造コス ト が上昇してしま う場合もある。

そこで、 本発明では、 第 2の態様と して、 ベース ウェーハ 2 2 と して、 前記したよ う に、 育成の際 に 引 き 上げ速度 を高速か ら低速に漸減 さ せた場合に、 リ ン グ状に発生す る O S F領域よ り 低速側であっ て、 C u デポジシ ョ ン法に よ り 検出 され る欠陥領域を含まず、 且つ格子 間シ リ コ ン に起因 した転位ク ラ ス タ が存在する I 領域を含む C Z シ リ コ ン単結晶力 ら な る シ リ コ ン ゥエ ー ノヽを使用 して も よ い。

このよ う なシリ コン単結晶であれば、 ゥエーハ全面が無欠陥となるシリ コン単結晶を育成する場合ほどの高度な結晶成長技術を用いずに育成する こ とができ る。 例えば全面 I 領域となるよ う なシリ コ ン単結晶を育成する には、 結晶成長の際、 結晶径方向の V / Gを均一に制御するよ う な制約を 受けず、 低速側で比較的容易に育成するこ とができる。 仮に結晶径方向の V Z Gが不均一であっても、 I 領域結晶製造の場合、 N領域結晶製造の際 に使用するホ ッ ト ゾーンよ り 高い G、 すなわち結晶 中 固液界面近傍の 温度勾配が大き いホッ トゾーンの使用が可能である。 従って、 ホッ ト ゾ ーンの設計次第で、 全面 I 領域となる単結晶を、 全面 N領域となる単結晶 を育成する場合よ り も高速で引き上げるこ と も可能である。 結晶面内の V Z G値を均一にする必要がないからである。

なお - 、 本発明の第 2の態様のベース ゥエーノヽ 2 2 と しては、 全面が I 領 域となる ゥエ ーハに限られず 、 図 2 ( B ) に示される よ う に、 I 領域のほ かに格子間シリ コンが優勢となる N i 領域も含み 、 力 つ C uデポジシヨ ン 欠陥領域を含まないシリ コン単結晶からなる ゥェーハを使用 しても良い。 このよ う なゥエ ーハも面内に空孔起因の欠陥を有していないため、 埋め込 み酸化膜が薄く と も、 その絶縁破壊特性を劣化するこ とがない。

一方 、 ボ ン ド ゥエ一ノヽ 2 1 については、 前記第 1 の態様 と 同様、 シ リ コ ン活性層 に要求 される 品質に応 じた も のを使用すれば良いが 、 シ リ コ ン活性層上にデバィ ス が形成 され る た め、 シ リ コ ン活性層 に 欠陥が存在する と 、 デバィ ス の品質に影響する こ と にな る。 従っ て、 N ゥ ェ一ハ 2 1 と して は、 微小欠陥が存在 し ないシ リ コ ン単結 晶カ ら な る も の を使用する こ と が好ま しい。 そのため、 ボ ン ド ゥエ ーハ 2 1 と しては、 ゥェ一ハ全面が リ ン グ状に発生する O S F領域 よ り 低速側の N領域で あ り 、 且つ C u デポジシ ョ ン法に よ り 検出 さ れる欠陥領域を含ま ないゥエーハを使用する のが望ま しい。

次に図 1 の工程 （ b ) では、 ボン ド ゥエ一ノヽ 2 1 と べ一ス ウェー ノヽ 2 2 の 5 ちの少な く と も 一方の ゥエ ー ノヽ の表面 を酸化する 。 こ こ ではボ ン ド、 クェ ' ~ ノヽ 2 1 を熱酸化 し 、 そ の表面に酸化膜 2 3 を形成 してい る の と き 、 酸化膜 2 3 は 、 要求さ れる絶縁性が保たれる さ と する が 、 本発明では 、 厚 さ が 1 0 〜 1 0 0 n の範囲 と な る 極めて薄い酸化膜を形成 さ せる こ と も でき

ベ一ス ク ェ一 ノヽ と してヽ 従来使用 さ れてい る例 ば表面に 5 0 n m以上の空孔型微小欠陥が多数存在する シ リ ン クェ一ノヽを使用 し、 埋め込み酸化膜の厚 さ を 1 0 0 n m以下に して S O I ゥェ一ハ を製 造する と 、 酸化膜はべ一 ス ゥェ一 ノヽの表面に存在する 空孔欠陥の影 響を受け 、 後の結合熱処理ゃデバィ ス工程におけ る熱処理に よ っ て 破壊 さ れる それ力 ^s あ る しか し、 本発明では 、 ベ一ス ゥエ ー ノヽ 2

2 と して 、 N領域であ り 、 C u デ ジシ ョ ン欠陥領域に存在す る極 めて微小な欠陥 も 存在 し ない シ リ ニ ί ン ゥ エ ーハ (第 1 の態様）、 あ る いは 、 C u ァ ホ ンシ ョ ン法に よ り 検出 され る欠陥領域を含まず、 且つ格子間 シ リ ン に起因 した転位ク ラ ス タ が存在する I 領域を含 む C Z シ ン単結晶か ら な る シ リ コ ン ゥェ ' "ハ (第 2 の態様） を 使用 してい る ため 、 C u ァ ポシ シ ョ ン法に よ る評価を行っても酸化膜 破壊が発生せず、 例 え ば酸化膜 2 3 の厚 さ を 1 0 0 n m以下 と し て 絶縁破壊特性の劣化の よ う な問題が生 じ る こ と がない 。

な ヽ 酸化膜 2 3 の厚 さ を 1 0 n m未満 と する と 、 酸化膜の形成 に時間がかか ら な く な る あ のの絶 性が保てな < な る おそれカ Sあ る ので 1 0 n m以上 と する の が好ま しい。

ェ程 ( c ) では 、 表 ifiに酸化膜 2 3 を形成 したボ ン ド ゥエ ーハ 2

1 の片側の表面 ら水素ィ ォンをィ オ ン注入する な 、 希ガ ス ィ ォンあ る いは水素イ オ ン と 希ガス ィ オ ン の混合ガス ィ ォンをイ オ ン 注入 して も よい。 これに よ り 、 ゥェーハ内部にィ ォン の平均進入深 さ に いて表 ia に平行なィ ォン注入層 2 4 を形成す る こ と ができ る。 な ヽ の時のィ オン注入 μ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。 従つ てヽ 注入ェネルギ 等を制御 してィ ォ ン注入する こ と に り 、 s O I 層の厚さ を制御でき 、 例えば 2 0 0 以下 - n m の厚 さ の S o I 層 と する とも可能であ る

工程 （ d ) は、 ボ ン ド、ゥェ · ~~ ノヽ 2 1 のィ ォン注入 された側の表面 と ベー ス ゥェ一ノヽ 2 2 の表面 と を酸化膜 2 3 を介 して貼 り Π わせる 例えば、 の清浄な雰囲気下で 2 枚の クェ一ハ 2 1 ， 2 2 の表面 同士を接触 さ せる こ と に よ り 、 接着剤等を用レ、 る こ と な < ゥェ ' ノヽ 同士力 S接着する

次に、 ェ程 ( e ) では、 熱処理に よ り λ!、 ン ゥェ • ~~ノヽ 2 1 の一部 をイ オ ン注入層 2 4 で剥離する 例 ばヽ ホ ン ド、 クェ一ハ 2 1 と ベ 一ス ゥェ ■ ~~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 ： ^囲気下約 5 0 0 °C以上の温度で埶、、、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 クェ一ノヽ 2 5 と S Ο I ゥ工一ノヽ 2 6

( S O I 2 7 +埋込み酸化膜 2 3 +ベ一ス クェ ハ 2 2 ) に分離 される。

こ でヽ 副生 された剥離 クェ一ハ 2 5 につ いて はヽ 最近ヽ 剥離面 に研磨等の再生処理を施 しヽ ベ一ス ゥ工 —ハ 、 あ る いはボ ン ゥ ェ 一ノヽ と して再利用する方法が提蓥 さ れてい る '刖、 記 した よ 5 に 、 ホ ン K クェ一ノヽ 2 1 は 、 N領域で め つ てヽ C u デポ ジシ ン欠陥領域 を含ま ないシ リ コ ンゥェ一ノヽを使用 してい る のでヽ 剥離 クェ一 /、■■ 2

5 を再生処理 して得た シ コ ンゥェ一ハはベ ― ス クェ一ハ と 小 ン ド クェ一ハ のいずれに も使用 でさ な b の と な る 従 つ て 、 剥離 クェ ' " ハ 2 5 を例 ばベ · ~~ ス クェ一ハ 2 2 と して再利用 する こ と で 、 の高 PB質の S O I ゥェ一ノヽ を製 す る こ と が でき る こ と にな る 。 す なわちヽ 本発明 に係 る S o I ゥェ一ノヽが 、 実質的 に 1 枚の シ リ コ ン ゥェ一ノヽか ら製造 さ れる こ と にな り ヽ 製造 ス ト を低 < 抑 る こ と がでさ る

X程 ( f ) では、 S o I ゥェ一ノヽ 2 6 に対 して結合熱処理を力 Π え 、に

る。 こ のェ程 ( f ) は 、 刖記工程 （ d ) 、 （ e ) の貼 り 合わせ工程お よび剥離熱処理工 で密着 させた ゥエ ーハ同士の ^口 力ではヽ そ の ま まデバィ ス作製ェ程で使用する には弱いので、 ロ 口 熱処理 と して s o I ゥェ 2 6 に ^

间 の熱処理を施 して '卞ロ 口 強度を十分な も の - と する 例えば 、 の熱処理は不活性ガス雰囲 下、 1 0 5 0 C 〜

1 2 0 0 °Cで 3 0 分か ら 2 時間の範囲で行 う こ と 力 sで

き る 0 こ の う な高温での熱処理を施 して も 、 ベ ス ゥェ ~ハ 2 2 の ゥ ェ ' ~~ ノヽ全面が 欠陥 と なつ てい る か 、 あ る いは ゥェ ' ~ ノヽ全面に 孔 型の微小欠陥が存在 しなレヽ の で 、 埋め込み酸化膜 2 3 の絶縁破壌特 性は劣化 されず 、 高絶縁性を維持する こ と ができ る o

ェ程 ( g ) では 、 S O I クエ ー 2 6 表面に形成 さ れた酸化膜を 弗酸洗浄に り 除去する も のであ る 。 こ の と き 、 シ リ コ ン活性層 2

7 に 孔型欠陥が存在する と 欠陥を通 して H F が埋め込み酸化膜に 達する と に り 微小 ピ ッ ト が発生 して しま う おそれが あ る が 、 シ リ コ ン活性層 2 7 は 、 全面にわたつ て N領域であ り 、 且つ C u ァ s シ シ 3 ン法に り 検出 され る欠陥領域を含ま ないシ リ コ ン単 晶か ら構成 されてい る のでヽ 弗酸洗浄を行っ て も ピ ッ ト が拡大 して S o

I 層 2 7 及び埋め込み酸化膜 2 3 が破壊 される こ と も ない 0

さ ら にェ程 ( h ) では、 必要に応 じ、 S O I 層 2 7 の厚 さ を 整 する ための酸化を行い 、 次いで （ I ) 工程では、 弗酸洗浄に よ 酸 化膜 2 8 を除去する いわゆ る犠牲酸化を行 う 0

以上の よ 5 なェ程 ( a ) 〜 （ I ) を経て製 ：造さ /{ 7 ； s o I ゥ ■ ェ 一 ハ 2 6 は、 ベー ス クェ ' ~ハ 2 2 は、 クェ ' ~ハ全面が O S F 領域の外 側の N領域であ り ヽ 且つ C u 丁 ポシシ 3 ン法に よ り 検出 さ れ る 欠陥 領域を含ま ない C Z シ リ ン単結晶ヽ ま たは 、 ゥエ ー ノヽ全面カ O S

F領域の外側でめつ て、 C U ァ ホ ンシ ン法に よ り 検出 される欠陥 領域を含まず、 且つ格子間 シ リ コ ンに起因 した転位ク ラ ス タ が存在

曰

する I 領域を含む C Z シ V ン単結 か ら構成 さ れてい O 0 一方、 シ リ コ ン活性層 2 7 は、 全面にわた っ て O S F領域の外側 の N領域であ り 、 且つ C u デポジシ ョ ン法に よ り 検出 される 欠陥領 域を含ま ない C Z シ リ コ ン単結晶か ら構成 さ れてい る。 すなわち、 ベース ウェーハ 2 2の表面上に空孔型の微小欠陥が存在しないため、 埋め 込み酸化膜 2 3 が極めて薄いにもかかわらず、 高絶縁性が維持され、 電 気的信頼性が極めて高いも の と なる 。 そ の上、 S O I 層 2 7は無欠陥 であるため、 デバイ ス 形成を行っ た場合、 極めて高い歩留 り を達成 する こ と ができ る。 以下、 実施例 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 )

(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 O m m ) 径の石英ルツ ボに原料 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 カゝ 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 O m m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 ブタイ ム （W L T ) 測定 （測定器 ： S E M I L A B W T - 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 O m mのイ ンゴッ トを結晶軸方向 1 0 c m毎の長さでプロ 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 m m ( 8イ ンチ） のゥエ 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 ) 電解強度 ： 6 M V Z 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 ¾,界 ： 0 . 5 2 3 m m / z m i n

O S F消滅境界 ： 0 . 5 1 0 m m / , πι i n

C uデポジシ ョ ン欠陥消滅境界 ： 0 . 5 0 6 m m / z m i n 析出 N領域 Z非析出 N領域境界 ： 0 . 4 9 7 m mノ z m i n 非析出 N領域 / I 領域 界 ： 0 . 4 8 8 m 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 ンチ石英ルツボ 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 m m / m nから 0 4 m m / m n の範囲で 直径 2 1 0 m m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 力 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ァ ジシ ョ ン欠陥を含んだ N領域及び C uァホ'ジシ ン欠陥を含まない N領域が形 成されるよ う にコン ト ローノレした たヽ 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 ロロ質評価および S O I 加工を行つた

( 1 ) K-a 曰曰引き上げ後、 各結晶プ口 ック の 晶軸方向に頭側から順にゥ ェ ' ~~ハを切断し、 切断順序がわかるよ 5 にレ ザ一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 V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 査した。 次いで各プ ック単位の 頭側 2枚目は C ァホシショ ン欠陥分布を確認した そ して各プ口 ック早 位の頭側 3枚目から 7枚目の合計 5枚は S o I ゥェ一

ノヽの製造工程 ( S O

I 工程 ) へ投入した。 再び頭側 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ァポジシ 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 投入する とい う要領でヽ 結晶軸方向 7枚単 位の頭側 2枚を 質評価し、 残り 5枚を S o I ゥェ ハに加ェした

( 3 ) 上記評価の 、 晶直胴部のおよそ 4 0 c 力 ら 5 0 c mのプ ックの半ばまでが V領域お 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 直胴部のおよそ 5 0 mか つ 7 0 c m付近までが C uァホジシ ョ ン欠陥が発生しない N領域、 結 m直胴部の 7 0 c m付 力 らテール側の領域は I 領域であつた。

( 4 ) 上記 （ 1 ) の 5枚ずつの口 ッ トの鏡面ゥヱ ―ノヽをホン ド、クェ■ " ノヽ とベ一ス ゥエ ー ノヽに使用 し、 図 1 に示した工程に基づく ィォン注入剥離法 に り 、 ボン ドウエ ー ノヽへのィオン注入、 ベース ゥェ一 /ヽとの貼り合わせ、 剥離熱処理、 結合熱処理 （貼り合わせ酸化） 等を経て 、 厚さが 7 0 n mの 絶縁酸化膜と、 2 0 0 n mのシリ コ ン活性層を有する S O I ゥェ · ~~ハを製 造した。

上記のよ う に製造された S O I ゥエーハに対し、 活性層を水酸化カ リ ゥ ム溶液で選択エッチングして除去した。 次いで、 残った絶縁酸化膜層を有 するベース ウェーハに対し、 6 M V / c mの電角军強度で C uデポジショ ン 法による評価を行った。

その結果、 貼り合わせ酸化を行った後の絶縁酸化膜の場合、 V領域、 o S F領域、 及び C uデポジショ ン欠陥が発生する N領域のベース ゥエーハ の方では酸化膜の破壌が確認されたが （図 8 ( A )、 ( B ) 参照）、 C uデ ポジショ ン欠陥領域を含まない N領域のベース ゥェ一ハの方には酸化膜破 壊は発生しなかった （図 8 ( C ) 参照）。

(実施例 2 ) ·

(実験 3 ) ： 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 ボに原料 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 1 0 ( A ) に示 さ れ る よ う に、 成長速度を結晶頭部カゝ ら尾部 にカゝけて 0 . 8 0 m m / m i n カゝ ら 0 , 4 0 m m Z 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 1 0 ( 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 m mの ゥ ェ 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 ブタイ ム （W L T ) 測定 （測定器 ： S E M I L A B W T - 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。 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 O 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 m m ( 8イ ンチ） のゥエ 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 にょる \¥ 丁マップを作成した。

実験結果

上記実験から、 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 . δ θ δ πι πιΖπι ί η

O S F領域 Ζ Ν領域境界 ： 0 . 5 8 7 m mZm i n

N領域 Z l 領域境界 ： 0 . 5 7 9 m mZm i n

(実験 4 ) ： S O I ゥエーハの製造

図 3 に示したよ う な実験 3 と同じ引き上げ装置によ り 、 2 4イ ンチ石英 ルツボに原料多結晶シリ コ ンを 1 5 0 k g チャ一ジ し、 実 o の結果をも とに 2本の直径 2 1 0 m mのイ ンゴッ 卜を引き上げた。

その際、 図 1 1 に示したよ う に、 1 本目は成長 度を結晶頭部から尾部 に力 sけて 0 。 6 5 m m / m i nで一定となる よ う に /

H 疋 し 、 内全域に V 領域が形成されるよ う に引き上げた また、 2本百 は成： fe速度を結晶頭部 から尾部にかけて 0 . 5 5 m m / m i nで一定となる よ つ Pス定し、 今度 は面内全域に I 領域が形成される よ う に引き上げた。 酸素濃度は 2 4 〜 2 6 p p m a (A S T M ' 7 9 ) を狙う よ う に作製した。 そ して各イ ンゴッ トから加工した鏡面ゥエーハをべ一ス ウェーハと して使用 した。

一方、 ボン ドゥエーハと しては、 異なるホッ トゾーンで、 N領域で あ り 、 且つ C u デポジシ ョ ン法に よ り 検出 される欠陥領域を含ま ない シリ コン単結晶を育成し、 この単結晶から得た鏡面ゥエーハを用いた。 上記のよ う なゥェ.ーハ全面が V領域または I 領域のベース ゥエーハと、 無欠陥のボン ドゥエーハを用いて、 絶縁酸化膜の厚さが 7 0 n m、 シリ コ ン活性層の厚さが 2 0 0 n mとなる S O I ゥエーハをそれぞれ製造した。 このよ う に製造された S O I ゥエーハに対し、 シ リ コ ン活性層を水酸化 カ リ ウム溶液で選択エッチングして除去した。 次いで、 残った絶縁酸化膜 層を有するベースウェーハに対し、 6 M V / c mの電解強度で C uデポジ ショ ン法による評価を行つた。

その結果、 貼 り 合わせ酸化を行った後の絶縁酸化膜の場合、 図 1 2 ( A ) に見られるよ う に面内全域が V領域のベース ゥエーハの方では酸化 膜の破壊が確認された。 一方、 面内全域が I 領域のベース ウェーハの方で は、 図 1 2 ( B ) に見られるよ う に酸化膜破壊は発生していなかった。 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。 例え ば、 上記実施形態では、 2 枚のシ リ コ ン ゥ エーハを用 いてィ オ ン注入剥離法に よ り S O I ゥエーハを製造する 場合について説明 したが 、 本発明 は、 貼 り 合わせ後 、 ボ ン ド ゥ エ ーハ の裏面側 を研 肖 IJ · 研磨等に よ り 薄膜化 して製造さ れる S O I ゥ エーハに も適用す る こ と が で き る 。

Claims

求 の

1 それぞれシ ン単結晶か ら な る ベ · ~" スゥエーノヽ と ボ ン ド ウ ェ一 ノヽ と をヽ 酸化膜を介 して貼 り わせた後 、 刖記ボン ド ゥエー ノヽ を薄膜化する こ と に り シ リ 3 ン活性層 が形成 さ れた S O I ゥエ ー ノヽであつ て 、 記ベ一ス クェ ' ~~ハが 、 チ ョ ク ラルス キー法に よ り 育 成さ れたシ コン単 TP晶であ り ヽ 該ゥェ 一 ノヽ全面が O S F 領域の外 側の N領域であ り 、 且つ C u デノ ジシ 3 ン法に り 検出 さ れる欠陥 領域を含ま ない の 、 また は、 該ゥェ 一 ノヽ全面が O S F領域の外側 であつ てヽ C U テポジシ 3 ン法に よ り 検出 さ れる欠陥領域を含まず . 且つ格子間シ y ンに起因 した転位ク ラ ス タ が存在す る I 領域を含 むも のか ら な る と を特徴 と する S o I ゥェ 一 ノヽ

、 '·

2 刖記 S o I クェ一 ノヽが、 記ホ ン ド ゥェ一ハにィ オ ン注入 を 行い、 形成 さ れたィ ォ ン注入層で剥離す る こ と で前記ボ ン ド ゥエ一 ノヽの薄膜化を行 う ィ ォ ン注入剥離法に よ り 形成 さ れた も の であ る こ と を特徴と する 求項 1 に記載の S o I ゥェ一ハ

3 記酸化膜の厚 さ が 、 1 0 〜 1 0 0 η m の範囲にあ る こ と を 特徴と する 求項 1 又は 求項 2 に記 の S O I ゥェ一ハ ₀

m

4 シ y ン活性層 力 S 、 チ ラ ノレ ス キ一法に よ り 育成 さ れ たシ リ ン単 曰

s曰でめ り 、 全面にわたつ て ο S F 領域の外側の N領 域であ り ヽ 且つ C u デホ ジシ ョ ン法に よ り 検出 さ れる欠陥領域を含 ま ないも >- のか ら な る と を特徴 と す る 求項 1 ない し請求項 3 のい ずれか 1 に記載の S o I ゥェ 一 ノヽ

5 . 少な く と も 、 それぞれシ リ コ ン単結晶か ら なる ベース ウェー ハ と ボ ン ド ゥェ ハの つ ち少な く と も―方に酸化膜を形成す る 工程 と 、 ボ ン ド ゥェ一ハにィ ォ ン注入す る こ と に よ り イ オン注入層 を形 成する ェ程 と 、 該ボ ン ゥエ ー ノヽの ィ ォ ン注入 した側の面を、 前記 酸化膜を介 してベ一 ス ゥェ一ハ と 貼 り a わせる ェ程と 、 前記イ オン 注入層 を境界 と して剥離を行 う 工程 と を有す る S O I ゥエ ー ノヽ の製 造方法に ¾oいて 、 刖記ベ一ス 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 V ン単結 SBで あ 、 該 ゥェー ハ全面が、 育成 の際に引 き 上げ迷度を高 か ら 低速に漸減さ せた場合に、 リ ン グ状 に発生する O S F領域 低速側の N領域であ り 、 且つ C u ア ポン シ ョ ン法に り 検出 さ れる 欠陥領域を含ま ない の、 または、 育成 の際に引 き 上げ速度を向速か ら低速に漸減さ せた場合に、 リ ン グ状 に発生する o S F領域よ り 低速側であつ てヽ C u デポジシ ョ ン法に よ り 検出 さ れる欠陥領域を含まず、 且つ格子間シ リ コ ン に起因 した 転位ク ラ ス タ が存在す る I 領域を含むち のを使用する こ と を特徴 と する S O I ゥェ一ハの製 la方法。

6 . 'm sc. ^ ン K ゥェ一 ノヽ と して、 チ 3 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 、 該 ゥ ェ一 ノヽ全面が 、 育成の際に引 き 上げ速度を高速か ら低速に漸減 させた場 n に 、 y ング状に発生す る

O S F領域よ り 低速側の N領域であ り ヽ 且つ C u デポジ シ ョ ン法に よ り 検出 さ れる 欠陥領域を含ま ない も の を使用す る こ と を特徴 と す る 請求項 5 に記載の S o I ゥエ ー /ヽ の製造 y 法。