JP2001144275A - 貼り合わせｓｏｉウエーハの製造方法および貼り合わせｓｏｉウエーハ - Google Patents
貼り合わせｓｏｉウエーハの製造方法および貼り合わせｓｏｉウエーハInfo
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶欠陥の少ないウエーハ表面粗さの優れた
高品質のＳＯＩ層を有するＳＯＩウェーハを、高生産
性、高歩留、低コストで得る。 【解決手段】 貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法に
おいて、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶棒
を育成し、該単結晶棒をスライスしてシリコン単結晶ウ
エーハに加工した後、該シリコン単結晶ウエーハに非酸
化性雰囲気下で１１００〜１３００℃の温度の熱処理を
１分以上加え、７００℃未満の温度に冷却することなく
連続して酸化性雰囲気で７００〜１３００℃の温度の熱
処理を１分以上加えることにより表面にシリコン酸化膜
が形成されたシリコン単結晶ウエーハを作製し、これを
ボンドウエーハとして用いる貼り合わせＳＯＩウエーハ
の製造方法。およびこの方法で製造された貼り合わせＳ
ＯＩウエーハ。
高品質のＳＯＩ層を有するＳＯＩウェーハを、高生産
性、高歩留、低コストで得る。 【解決手段】 貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法に
おいて、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶棒
を育成し、該単結晶棒をスライスしてシリコン単結晶ウ
エーハに加工した後、該シリコン単結晶ウエーハに非酸
化性雰囲気下で１１００〜１３００℃の温度の熱処理を
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連続して酸化性雰囲気で７００〜１３００℃の温度の熱
処理を１分以上加えることにより表面にシリコン酸化膜
が形成されたシリコン単結晶ウエーハを作製し、これを
ボンドウエーハとして用いる貼り合わせＳＯＩウエーハ
の製造方法。およびこの方法で製造された貼り合わせＳ
ＯＩウエーハ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶欠陥が表面お
よび表面近傍で非常に少ない貼り合わせＳＯＩウエーハ
の製造方法及び貼り合わせＳＯＩウエーハに関する。
よび表面近傍で非常に少ない貼り合わせＳＯＩウエーハ
の製造方法及び貼り合わせＳＯＩウエーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓ
ｕｌａｔｏｒ）はデバイス作製領域となるシリコン層直
下に絶縁膜としての埋め込み酸化膜（ＢＯＸ：Ｂｕｒｉ
ｅｄＯＸｉｄｅ）を有し、省電力・高速デバイスのシリ
コン材料として期待されるものである。ＳＯＩウエーハ
製造方法のひとつとして貼り合わせ法があるが、これは
２枚のシリコン単結晶ウエーハをボンドウエーハ（デバ
イスが作製されるＳＯＩ層となる基板）及びベースウエ
ーハ（ＳＯＩ層を支持する基板）として酸化膜を介して
貼り合わせ、ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩ構造を
形成する方法である。この方法はＳＯＩ層の結晶性に優
れ、ＢＯＸの絶縁性が高いという利点があるが、一方、
ＳＯＩ層の品質がこのボンドウエーハの質に大きく左右
されるという欠点も存在する。
ｕｌａｔｏｒ）はデバイス作製領域となるシリコン層直
下に絶縁膜としての埋め込み酸化膜（ＢＯＸ：Ｂｕｒｉ
ｅｄＯＸｉｄｅ）を有し、省電力・高速デバイスのシリ
コン材料として期待されるものである。ＳＯＩウエーハ
製造方法のひとつとして貼り合わせ法があるが、これは
２枚のシリコン単結晶ウエーハをボンドウエーハ（デバ
イスが作製されるＳＯＩ層となる基板）及びベースウエ
ーハ（ＳＯＩ層を支持する基板）として酸化膜を介して
貼り合わせ、ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩ構造を
形成する方法である。この方法はＳＯＩ層の結晶性に優
れ、ＢＯＸの絶縁性が高いという利点があるが、一方、
ＳＯＩ層の品質がこのボンドウエーハの質に大きく左右
されるという欠点も存在する。
【０００３】具体的には、チョクラルスキー法（ＣＺ
法）で作製されたシリコンウエーハ中には、ボイド型欠
陥であるＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅ
ｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）等の微小な結晶欠陥（Ｇｒｏ
ｗｎ-ｉｎ欠陥）が存在することが知られており、これ
らは酸化膜耐圧特性をはじめとするデバイス特性に悪影
響を及ぼす。この問題を解決するために、ボンドウエー
ハに用いる基板としてＣＺウエーハに水素雰囲気でのア
ニールを施したウエーハやエピタキシャル層を形成した
エピタキシャルウエーハを用いることにより、観察され
る欠陥が減少することが知られている（特開平９−２２
９９３号公報、特開平９−２６０６１９号公報参照）。
しかし、これらの方法では水素アニールまたはエピタキ
シャル成長などの熱処理と、ＳＯＩウエーハの埋め込み
酸化膜を形成するための酸化膜形成熱処理の二つの熱処
理が必要となり、コストの増大・スループットの低下な
どという問題が存在する。
法）で作製されたシリコンウエーハ中には、ボイド型欠
陥であるＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅ
ｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）等の微小な結晶欠陥（Ｇｒｏ
ｗｎ-ｉｎ欠陥）が存在することが知られており、これ
らは酸化膜耐圧特性をはじめとするデバイス特性に悪影
響を及ぼす。この問題を解決するために、ボンドウエー
ハに用いる基板としてＣＺウエーハに水素雰囲気でのア
ニールを施したウエーハやエピタキシャル層を形成した
エピタキシャルウエーハを用いることにより、観察され
る欠陥が減少することが知られている（特開平９−２２
９９３号公報、特開平９−２６０６１９号公報参照）。
しかし、これらの方法では水素アニールまたはエピタキ
シャル成長などの熱処理と、ＳＯＩウエーハの埋め込み
酸化膜を形成するための酸化膜形成熱処理の二つの熱処
理が必要となり、コストの増大・スループットの低下な
どという問題が存在する。
【０００４】また、エピタキシャルウエーハの場合、エ
ピタキシャル層表面にヘイズ（面荒れ）が発生したり、
マウンドと呼ばれる突起物が形成されることもあり、こ
れらが貼り合わせ時の結合不良の原因となるため、一旦
エピタキシャル層表面を研磨してから結合するといった
手間が必要となる場合がある。
ピタキシャル層表面にヘイズ（面荒れ）が発生したり、
マウンドと呼ばれる突起物が形成されることもあり、こ
れらが貼り合わせ時の結合不良の原因となるため、一旦
エピタキシャル層表面を研磨してから結合するといった
手間が必要となる場合がある。
【０００５】一方、水素アニールを行うことにより結晶
欠陥が低減するのは、極表面層（０．５μｍ程度）に限
られているため、これ以上の膜厚を有するＳＯＩウエー
ハを作製した場合のＳＯＩ表面には、結晶欠陥が低減さ
れていない領域が露出することになるので、ＳＯＩウエ
ーハを作製してからさらに水素アニールを追加するとい
った対策をとらなければ、ＳＯＩ層全体にわたる結晶欠
陥の低減をすることはできなかった。さらに、水素を用
いたアニールは常に石英チューブやＳｉＣ製のボート等
をエッチングしてしまい、そこから金属不純物等の汚染
が起こることもあり得る。
欠陥が低減するのは、極表面層（０．５μｍ程度）に限
られているため、これ以上の膜厚を有するＳＯＩウエー
ハを作製した場合のＳＯＩ表面には、結晶欠陥が低減さ
れていない領域が露出することになるので、ＳＯＩウエ
ーハを作製してからさらに水素アニールを追加するとい
った対策をとらなければ、ＳＯＩ層全体にわたる結晶欠
陥の低減をすることはできなかった。さらに、水素を用
いたアニールは常に石英チューブやＳｉＣ製のボート等
をエッチングしてしまい、そこから金属不純物等の汚染
が起こることもあり得る。
【０００６】さらに、水素雰囲気中で熱処理を行った後
は、熱処理炉内を窒素ガスで置換してからウエーハを取
り出すことにより安全を確保する必要があるが、窒素ガ
ス中に含まれる微量の酸素及び水分がウエーハ表面を局
所的にエッチングしてしまい、ヘイズ等の表面粗さを悪
化させ、これらが貼り合わせ時の結合不良の原因となる
という問題点もあった。
は、熱処理炉内を窒素ガスで置換してからウエーハを取
り出すことにより安全を確保する必要があるが、窒素ガ
ス中に含まれる微量の酸素及び水分がウエーハ表面を局
所的にエッチングしてしまい、ヘイズ等の表面粗さを悪
化させ、これらが貼り合わせ時の結合不良の原因となる
という問題点もあった。
【０００７】また、最近では、ＣＺ法により単結晶育成
時の成長速度と固液界面の温度勾配とを厳密にコントロ
ールしながら結晶を引き上げれば、Ｇｒｏｗｎ-ｉｎ欠
陥が非常に低減されたＣＺウエーハができることが報告
されている。このようなウエーハをボンドウエーハに用
いればＳＯＩ層の欠陥が少ないＳＯＩウエーハを作製す
ることができることは容易に推測できるが、現実的には
このような非常に厳しい成長条件で結晶を引き上げるこ
とは、当然のことながら製造歩留の低下につながり、結
果的に多大なコストアップをもたらすものである。
時の成長速度と固液界面の温度勾配とを厳密にコントロ
ールしながら結晶を引き上げれば、Ｇｒｏｗｎ-ｉｎ欠
陥が非常に低減されたＣＺウエーハができることが報告
されている。このようなウエーハをボンドウエーハに用
いればＳＯＩ層の欠陥が少ないＳＯＩウエーハを作製す
ることができることは容易に推測できるが、現実的には
このような非常に厳しい成長条件で結晶を引き上げるこ
とは、当然のことながら製造歩留の低下につながり、結
果的に多大なコストアップをもたらすものである。
【０００８】一方、ＦＺ法で作製された単結晶であれ
ば、ＣＺ単結晶に見られる様なＣＯＰ欠陥はフリーであ
るが、現在の商用レベルで生産可能なＦＺ結晶は直径１
５０ｍｍが限度であり、実験レベルでは２００ｍｍも可
能であるが、今後の３００ｍｍ、４００ｍｍといった大
口径のウエーハに対する目処はたっていない。
ば、ＣＺ単結晶に見られる様なＣＯＰ欠陥はフリーであ
るが、現在の商用レベルで生産可能なＦＺ結晶は直径１
５０ｍｍが限度であり、実験レベルでは２００ｍｍも可
能であるが、今後の３００ｍｍ、４００ｍｍといった大
口径のウエーハに対する目処はたっていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みなされたもので、ＣＺ法によって作製され
たシリコン単結晶ウエーハの表層部のＧｒｏｗｎ-ｉｎ
欠陥を熱処理により効果的に低減あるいは消滅させたウ
エーハを貼り合わせウエーハのボンドウエーハとして用
いることにより、結晶欠陥の少ない高品質のＳＯＩ層を
有するＳＯＩウエーハを、高生産性、高歩留、低コスト
で得ることを主たる目的とする。
問題点に鑑みなされたもので、ＣＺ法によって作製され
たシリコン単結晶ウエーハの表層部のＧｒｏｗｎ-ｉｎ
欠陥を熱処理により効果的に低減あるいは消滅させたウ
エーハを貼り合わせウエーハのボンドウエーハとして用
いることにより、結晶欠陥の少ない高品質のＳＯＩ層を
有するＳＯＩウエーハを、高生産性、高歩留、低コスト
で得ることを主たる目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、ボンドウエーハとベース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
貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法において、チョク
ラルスキー法によってシリコン単結晶棒を育成し、該単
結晶棒をスライスしてシリコン単結晶ウエーハに加工し
た後、該シリコン単結晶ウエーハに非酸化性雰囲気下で
１１００〜１３００℃の温度の熱処理を１分以上加え、
７００℃未満の温度に冷却することなく連続して酸化性
雰囲気で７００〜１３００℃の温度の熱処理を１分以上
加えることにより表面にシリコン酸化膜が形成されたシ
リコン単結晶ウエーハを作製し、該ウエーハを前記ボン
ドウエーハとして用いることを特徴とする貼り合わせＳ
ＯＩウエーハの製造方法である（請求項１）。
明は、ボンドウエーハとベース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
貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法において、チョク
ラルスキー法によってシリコン単結晶棒を育成し、該単
結晶棒をスライスしてシリコン単結晶ウエーハに加工し
た後、該シリコン単結晶ウエーハに非酸化性雰囲気下で
１１００〜１３００℃の温度の熱処理を１分以上加え、
７００℃未満の温度に冷却することなく連続して酸化性
雰囲気で７００〜１３００℃の温度の熱処理を１分以上
加えることにより表面にシリコン酸化膜が形成されたシ
リコン単結晶ウエーハを作製し、該ウエーハを前記ボン
ドウエーハとして用いることを特徴とする貼り合わせＳ
ＯＩウエーハの製造方法である（請求項１）。
【００１１】このように、貼り合わせＳＯＩウエーハの
製造方法において、チョクラルスキー法によって得られ
たウエーハに、非酸化性雰囲気下で１１００〜１３００
℃の温度の熱処理を１分以上加え、７００℃未満の温度
に冷却することなく連続して酸化性雰囲気で７００〜１
３００℃の温度の熱処理を１分以上加えるようにして、
表面にシリコン酸化膜が形成されたシリコン単結晶ウエ
ーハを作製し、このシリコン単結晶ウエーハをボンドウ
エーハとして用いるようにすれば、半導体デバイス作製
に有害なウエーハ表層部のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を短時
間で消滅あるいは減少させた高品質のシリコン単結晶ウ
エーハをボンドウエーハとすることができるため、結晶
欠陥の少ない高品質のＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハ
を、高生産性、高歩留、低コストで得ることができる。
製造方法において、チョクラルスキー法によって得られ
たウエーハに、非酸化性雰囲気下で１１００〜１３００
℃の温度の熱処理を１分以上加え、７００℃未満の温度
に冷却することなく連続して酸化性雰囲気で７００〜１
３００℃の温度の熱処理を１分以上加えるようにして、
表面にシリコン酸化膜が形成されたシリコン単結晶ウエ
ーハを作製し、このシリコン単結晶ウエーハをボンドウ
エーハとして用いるようにすれば、半導体デバイス作製
に有害なウエーハ表層部のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を短時
間で消滅あるいは減少させた高品質のシリコン単結晶ウ
エーハをボンドウエーハとすることができるため、結晶
欠陥の少ない高品質のＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハ
を、高生産性、高歩留、低コストで得ることができる。
【００１２】また、本発明は、ボンドウエーハとベース
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貼り合わせＳＯＩウエーハの製
造方法において、チョクラルスキー法によってシリコン
単結晶棒を育成し、該単結晶棒をスライスしてシリコン
単結晶ウエーハに加工した後、該シリコン単結晶ウエー
ハに非酸化性雰囲気下で１１００〜１３００℃の温度の
熱処理を１分以上加え、７００℃未満の温度に冷却する
ことなく連続して酸化性雰囲気で７００〜１３００℃の
温度の熱処理を１分以上加えて表面にシリコン酸化膜が
形成されたシリコン単結晶ウエーハを作製し、該ウエー
ハのシリコン酸化膜を通して水素イオンまたは希ガスイ
オンの少なくとも一方を表面から注入してイオン注入層
を形成させたウエーハを前記ボンドウエーハとし、この
ボンドウエーハのシリコン酸化膜を介して前記ベースウ
エーハと密着させ、次いで熱処理を加えて前記イオン注
入層で剥離することを特徴とする貼り合わせＳＯＩウエ
ーハの製造方法である（請求項２）。
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貼り合わせＳＯＩウエーハの製
造方法において、チョクラルスキー法によってシリコン
単結晶棒を育成し、該単結晶棒をスライスしてシリコン
単結晶ウエーハに加工した後、該シリコン単結晶ウエー
ハに非酸化性雰囲気下で１１００〜１３００℃の温度の
熱処理を１分以上加え、７００℃未満の温度に冷却する
ことなく連続して酸化性雰囲気で７００〜１３００℃の
温度の熱処理を１分以上加えて表面にシリコン酸化膜が
形成されたシリコン単結晶ウエーハを作製し、該ウエー
ハのシリコン酸化膜を通して水素イオンまたは希ガスイ
オンの少なくとも一方を表面から注入してイオン注入層
を形成させたウエーハを前記ボンドウエーハとし、この
ボンドウエーハのシリコン酸化膜を介して前記ベースウ
エーハと密着させ、次いで熱処理を加えて前記イオン注
入層で剥離することを特徴とする貼り合わせＳＯＩウエ
ーハの製造方法である（請求項２）。
【００１３】このように、貼り合わせＳＯＩウエーハの
製造方法において、チョクラルスキー法によって得られ
たウエーハに、非酸化性雰囲気下で１１００〜１３００
℃の温度の熱処理を１分以上加え、７００℃未満の温度
に冷却することなく連続して酸化性雰囲気で７００〜１
３００℃の温度の熱処理を１分以上加えるようにして、
表面にシリコン酸化膜が形成されたシリコン単結晶ウエ
ーハを作製し、該ウエーハのシリコン酸化膜を通して水
素イオン等を表面から注入してイオン注入層を形成させ
たウエーハを前記ボンドウエーハとし、このボンドウエ
ーハのシリコン酸化膜を介して前記ベースウエーハと密
着させ、次いで熱処理を加えて前記イオン注入層で剥離
するようにする方法（いわゆるイオン注入剥離法）を用
いれば、高品質のシリコン単結晶ウエーハをボンドウエ
ーハとすることができることに加えて、剥離後のＳＯＩ
ウエーハの表面状態も良好であり、ＳＯＩ層の膜厚均一
性に優れたＳＯＩウエーハを比較的簡単な方法で製造す
ることができる。
製造方法において、チョクラルスキー法によって得られ
たウエーハに、非酸化性雰囲気下で１１００〜１３００
℃の温度の熱処理を１分以上加え、７００℃未満の温度
に冷却することなく連続して酸化性雰囲気で７００〜１
３００℃の温度の熱処理を１分以上加えるようにして、
表面にシリコン酸化膜が形成されたシリコン単結晶ウエ
ーハを作製し、該ウエーハのシリコン酸化膜を通して水
素イオン等を表面から注入してイオン注入層を形成させ
たウエーハを前記ボンドウエーハとし、このボンドウエ
ーハのシリコン酸化膜を介して前記ベースウエーハと密
着させ、次いで熱処理を加えて前記イオン注入層で剥離
するようにする方法（いわゆるイオン注入剥離法）を用
いれば、高品質のシリコン単結晶ウエーハをボンドウエ
ーハとすることができることに加えて、剥離後のＳＯＩ
ウエーハの表面状態も良好であり、ＳＯＩ層の膜厚均一
性に優れたＳＯＩウエーハを比較的簡単な方法で製造す
ることができる。
【００１４】この場合、上記本発明の貼り合わせＳＯＩ
ウエーハの製造方法によってイオン注入層で剥離された
ボンドウエーハを新たなボンドウエーハとして用いるこ
とができる（請求項３）。
ウエーハの製造方法によってイオン注入層で剥離された
ボンドウエーハを新たなボンドウエーハとして用いるこ
とができる（請求項３）。
【００１５】このように、本発明の貼り合わせＳＯＩウ
エーハの製造方法によってイオン注入層で剥離されたボ
ンドウエーハは、熱処理が加えられたことにより、表面
から深さ５μｍ〜１０μｍ程度、あるいはそれ以上に及
ぶ領域までＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が消滅しており、しか
もイオン注入層で剥離される薄膜は厚くても１μｍ程度
であるので、薄膜が剥離された後のボンドウエーハであ
っても、充分な深さの無欠陥（低欠陥）領域を有する。
従って、このウエーハを再利用するために表面を研磨し
たとしても、十分な無欠陥領域が残ることになり、これ
を新たなボンドウエーハとして用い、酸化膜を介してベ
ースウエーハと貼り合わせた後、ボンドウエーハを薄膜
化してＳＯＩウエーハを作製すれば、貼り合わせ前のボ
ンドウエーハにＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させるため
の熱処理を再度加える必要がなく、高品質の貼り合わせ
ＳＯＩウエーハを効率良く製造することができる。
エーハの製造方法によってイオン注入層で剥離されたボ
ンドウエーハは、熱処理が加えられたことにより、表面
から深さ５μｍ〜１０μｍ程度、あるいはそれ以上に及
ぶ領域までＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が消滅しており、しか
もイオン注入層で剥離される薄膜は厚くても１μｍ程度
であるので、薄膜が剥離された後のボンドウエーハであ
っても、充分な深さの無欠陥（低欠陥）領域を有する。
従って、このウエーハを再利用するために表面を研磨し
たとしても、十分な無欠陥領域が残ることになり、これ
を新たなボンドウエーハとして用い、酸化膜を介してベ
ースウエーハと貼り合わせた後、ボンドウエーハを薄膜
化してＳＯＩウエーハを作製すれば、貼り合わせ前のボ
ンドウエーハにＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させるため
の熱処理を再度加える必要がなく、高品質の貼り合わせ
ＳＯＩウエーハを効率良く製造することができる。
【００１６】また、この場合、上記本発明の貼り合わせ
ＳＯＩウエーハの製造方法によってイオン注入層で剥離
されたボンドウエーハを新たなベースウエーハとして用
いることができる（請求項４）。
ＳＯＩウエーハの製造方法によってイオン注入層で剥離
されたボンドウエーハを新たなベースウエーハとして用
いることができる（請求項４）。
【００１７】薄膜が剥離された後のボンドウエーハ表面
の無欠陥領域よりも内部（バルク部）においては、熱処
理の影響により酸素析出物が大量に発生している場合が
ある。このような場合には、このウエーハを新たなベー
スウエーハとして用い、酸化膜を介してボンドウエーハ
と貼り合わせた後、ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩ
ウエーハを作製すれば、重金属不純物等のゲッタリング
能力の高い貼り合わせＳＯＩウエーハを得ることができ
る。この場合、バルク部に酸素析出物が大量に発生して
いたとしても、表面近傍は前述の如く無欠陥領域である
ため、酸素析出物がベースウエーハ表面に露出すること
がなく、ボンドウエーハとの貼り合わせに悪影響を及ぼ
すことがないという利点も有する。
の無欠陥領域よりも内部（バルク部）においては、熱処
理の影響により酸素析出物が大量に発生している場合が
ある。このような場合には、このウエーハを新たなベー
スウエーハとして用い、酸化膜を介してボンドウエーハ
と貼り合わせた後、ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩ
ウエーハを作製すれば、重金属不純物等のゲッタリング
能力の高い貼り合わせＳＯＩウエーハを得ることができ
る。この場合、バルク部に酸素析出物が大量に発生して
いたとしても、表面近傍は前述の如く無欠陥領域である
ため、酸素析出物がベースウエーハ表面に露出すること
がなく、ボンドウエーハとの貼り合わせに悪影響を及ぼ
すことがないという利点も有する。
【００１８】この場合、前記非酸化性雰囲気が、アルゴ
ン、窒素、あるいはアルゴンと窒素の混合ガスであるこ
とが好ましい（請求項５）。これらのアルゴン、窒素、
あるいはアルゴンと窒素の混合ガス雰囲気は、取り扱い
が簡単で、安価である利点があるからである。
ン、窒素、あるいはアルゴンと窒素の混合ガスであるこ
とが好ましい（請求項５）。これらのアルゴン、窒素、
あるいはアルゴンと窒素の混合ガス雰囲気は、取り扱い
が簡単で、安価である利点があるからである。
【００１９】また、この場合、前記酸化性雰囲気が、水
蒸気を含む雰囲気であるものとすることができる（請求
項６）。このように、前記酸化性雰囲気を水蒸気を含む
雰囲気とすれば、酸化速度が速いため、極めて短時間で
効率よく格子間シリコンを注入して欠陥を消滅させるこ
とができる。また、ボンドウエーハ表面に形成される酸
化膜が比較的厚くなるため、ＢＯＸの厚さが厚いＳＯＩ
ウエーハを製造する用途に適している。
蒸気を含む雰囲気であるものとすることができる（請求
項６）。このように、前記酸化性雰囲気を水蒸気を含む
雰囲気とすれば、酸化速度が速いため、極めて短時間で
効率よく格子間シリコンを注入して欠陥を消滅させるこ
とができる。また、ボンドウエーハ表面に形成される酸
化膜が比較的厚くなるため、ＢＯＸの厚さが厚いＳＯＩ
ウエーハを製造する用途に適している。
【００２０】この場合、前記酸化性雰囲気が、乾燥酸素
雰囲気、または乾燥酸素とアルゴンもしくは窒素との混
合ガス雰囲気であるものとすることもできる（請求項
７）。このように、前記酸化性雰囲気が、乾燥酸素雰囲
気、または乾燥酸素とアルゴンもしくは窒素との混合ガ
ス雰囲気であれば、酸化膜の成長速度が遅いので、熱処
理後にボンドウエーハ表面に形成される酸化膜厚を薄く
することができるため、ＢＯＸの厚さが薄いＳＯＩウエ
ーハを製造する用途に適している。
雰囲気、または乾燥酸素とアルゴンもしくは窒素との混
合ガス雰囲気であるものとすることもできる（請求項
７）。このように、前記酸化性雰囲気が、乾燥酸素雰囲
気、または乾燥酸素とアルゴンもしくは窒素との混合ガ
ス雰囲気であれば、酸化膜の成長速度が遅いので、熱処
理後にボンドウエーハ表面に形成される酸化膜厚を薄く
することができるため、ＢＯＸの厚さが薄いＳＯＩウエ
ーハを製造する用途に適している。
【００２１】また、前記酸化性雰囲気下での熱処理によ
り形成される酸化膜厚を２０〜１００ｎｍとすることが
好ましい（請求項８）。このように前記酸化性雰囲気で
の熱処理により形成される酸化膜厚が２０ｎｍ以上であ
れば、十分にボンドウエーハ表層部のＣＯＰを除去する
ことができる。また１００ｎｍ以下とすれば、形成され
た酸化膜を除去する必要がある場合でも、その工程に要
する時間を短くすることができる。さらに、前記イオン
注入剥離法を用いてＳＯＩウエーハの製造をする場合に
は、酸化膜厚の面内バラツキの絶対値が小さくなるの
で、ＳＯＩ層の膜厚均一性が良好になるという利点もあ
る。
り形成される酸化膜厚を２０〜１００ｎｍとすることが
好ましい（請求項８）。このように前記酸化性雰囲気で
の熱処理により形成される酸化膜厚が２０ｎｍ以上であ
れば、十分にボンドウエーハ表層部のＣＯＰを除去する
ことができる。また１００ｎｍ以下とすれば、形成され
た酸化膜を除去する必要がある場合でも、その工程に要
する時間を短くすることができる。さらに、前記イオン
注入剥離法を用いてＳＯＩウエーハの製造をする場合に
は、酸化膜厚の面内バラツキの絶対値が小さくなるの
で、ＳＯＩ層の膜厚均一性が良好になるという利点もあ
る。
【００２２】また、前記非酸化性雰囲気下での熱処理を
行なう前のウエーハ表面に、予め酸化膜を形成しておい
ても良い（請求項９）。このような酸化膜を形成してお
けば、熱処理によるウエーハ表面への熱窒化膜の形成や
エッチングによる面粗れからウエーハ表面を保護するこ
とができる。そのため、貼り合わせ時の結合不良を防止
することができる。
行なう前のウエーハ表面に、予め酸化膜を形成しておい
ても良い（請求項９）。このような酸化膜を形成してお
けば、熱処理によるウエーハ表面への熱窒化膜の形成や
エッチングによる面粗れからウエーハ表面を保護するこ
とができる。そのため、貼り合わせ時の結合不良を防止
することができる。
【００２３】さらに、この場合、前記酸化性雰囲気下で
の熱処理後のウエーハ表面の熱酸化膜の厚さを３００ｎ
ｍ以上にすることが好ましい（請求項１０）。このよう
に、酸化性雰囲気下の酸化熱処理により厚さ３００ｎｍ
以上の熱酸化膜を成長させることにより、非酸化性雰囲
気下での熱処理を行なう前のウエーハ表面に予め酸化膜
を形成した場合においても、ウエーハ表面のＣＯＰを酸
化膜成長時の酸化シリコンのリフロー現象により消滅さ
せることができるので、より確実にウエーハ表面のＣＯ
Ｐを消滅させることができる。
の熱処理後のウエーハ表面の熱酸化膜の厚さを３００ｎ
ｍ以上にすることが好ましい（請求項１０）。このよう
に、酸化性雰囲気下の酸化熱処理により厚さ３００ｎｍ
以上の熱酸化膜を成長させることにより、非酸化性雰囲
気下での熱処理を行なう前のウエーハ表面に予め酸化膜
を形成した場合においても、ウエーハ表面のＣＯＰを酸
化膜成長時の酸化シリコンのリフロー現象により消滅さ
せることができるので、より確実にウエーハ表面のＣＯ
Ｐを消滅させることができる。
【００２４】また、前記チョクラルスキー法によってシ
リコン単結晶棒を育成する際に、該単結晶棒の１１５０
〜１０８０℃における冷却速度を２．３℃／ｍｉｎ以上
に制御しつつ育成することが好ましい（請求項１１）。
このように、チョクラルスキー法によってシリコン単結
晶棒を育成する際に、単結晶棒の１１５０〜１０８０℃
における冷却速度を２．３℃／ｍｉｎ以上に制御しつつ
育成すれば、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズが小さくな
り、これに前記した熱処理を加えるため、より効果的に
ウエーハ表層部のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅あるいは
減少させることができる。従って、より高品質のＳＯＩ
層を持つＳＯＩウエーハを高生産性で得ることができ
る。
リコン単結晶棒を育成する際に、該単結晶棒の１１５０
〜１０８０℃における冷却速度を２．３℃／ｍｉｎ以上
に制御しつつ育成することが好ましい（請求項１１）。
このように、チョクラルスキー法によってシリコン単結
晶棒を育成する際に、単結晶棒の１１５０〜１０８０℃
における冷却速度を２．３℃／ｍｉｎ以上に制御しつつ
育成すれば、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズが小さくな
り、これに前記した熱処理を加えるため、より効果的に
ウエーハ表層部のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅あるいは
減少させることができる。従って、より高品質のＳＯＩ
層を持つＳＯＩウエーハを高生産性で得ることができ
る。
【００２５】またこの場合、前記チョクラルスキー法に
よってシリコン単結晶棒を育成する際に、窒素をドープ
したシリコン単結晶棒を育成することが好ましい（請求
項１２）。このように、チョクラルスキー法によってシ
リコン単結晶棒を育成する際に、窒素をドープしたシリ
コン単結晶棒を育成すれば、窒素をドープすることによ
りＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズが一層減少し、これに
熱処理を加えるため、より効果的にウエーハ表層部のＧ
ｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅あるいは減少させることがで
きる。従って、より高品質のＳＯＩ層を持つＳＯＩウエ
ーハを高生産性で得ることができる。
よってシリコン単結晶棒を育成する際に、窒素をドープ
したシリコン単結晶棒を育成することが好ましい（請求
項１２）。このように、チョクラルスキー法によってシ
リコン単結晶棒を育成する際に、窒素をドープしたシリ
コン単結晶棒を育成すれば、窒素をドープすることによ
りＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズが一層減少し、これに
熱処理を加えるため、より効果的にウエーハ表層部のＧ
ｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅あるいは減少させることがで
きる。従って、より高品質のＳＯＩ層を持つＳＯＩウエ
ーハを高生産性で得ることができる。
【００２６】この場合、前記チョクラルスキー法によっ
て窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、
該単結晶棒にドープする窒素濃度を、１×１０１０〜５
×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３にすることが好ましい
（請求項１３）。これは、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の成長
を充分に抑制するためには、１×１０１ ０ａｔｏｍｓ／
ｃｍ３以上にするのが好ましいことと、シリコン単結晶
の単結晶化の妨げにならないようにするためには、５×
１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にするのが好ましいか
らである。
て窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、
該単結晶棒にドープする窒素濃度を、１×１０１０〜５
×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３にすることが好ましい
（請求項１３）。これは、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の成長
を充分に抑制するためには、１×１０１ ０ａｔｏｍｓ／
ｃｍ３以上にするのが好ましいことと、シリコン単結晶
の単結晶化の妨げにならないようにするためには、５×
１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にするのが好ましいか
らである。
【００２７】さらに、前記チョクラルスキー法によって
シリコン単結晶棒を育成する際に、該単結晶棒に含有さ
れる酸素濃度を１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ：日本電子工
業振興協会規格）以下にすることが好ましい（請求項１
４）。このように、低酸素とすれば、結晶欠陥の成長を
一層抑制することができるし、表面層での酸素析出物の
形成を防止することもできる。
シリコン単結晶棒を育成する際に、該単結晶棒に含有さ
れる酸素濃度を１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ：日本電子工
業振興協会規格）以下にすることが好ましい（請求項１
４）。このように、低酸素とすれば、結晶欠陥の成長を
一層抑制することができるし、表面層での酸素析出物の
形成を防止することもできる。
【００２８】そして、本発明の製造方法で製造された貼
り合わせＳＯＩウエーハ（請求項１５）は、例えば、Ｓ
ＯＩ層がＣＺシリコン単結晶ウエーハからなり、ＳＯＩ
層厚が５μｍ以下のＳＯＩウエーハであって、ＳＯＩ層
の深さ方向の全領域にわたり、大きさが０．０９μｍ以
上のＣＯＰが１．３個／ｃｍ２以下である貼り合わせＳ
ＯＩウエーハである（請求項１６）。このように、本発
明の貼り合わせＳＯＩウエーハは、ＳＯＩ層膜厚が０．
５μｍ以上のものであっても、ＳＯＩ層の深さ方向の全
領域にわたり、ＣＯＰが極めて少ないＳＯＩウエーハと
することができる。さらに、本発明のＳＯＩウエーハは
ＳＯＩウエーハ作製後の水素アニール等を施す必要もな
く、生産性も高い。
り合わせＳＯＩウエーハ（請求項１５）は、例えば、Ｓ
ＯＩ層がＣＺシリコン単結晶ウエーハからなり、ＳＯＩ
層厚が５μｍ以下のＳＯＩウエーハであって、ＳＯＩ層
の深さ方向の全領域にわたり、大きさが０．０９μｍ以
上のＣＯＰが１．３個／ｃｍ２以下である貼り合わせＳ
ＯＩウエーハである（請求項１６）。このように、本発
明の貼り合わせＳＯＩウエーハは、ＳＯＩ層膜厚が０．
５μｍ以上のものであっても、ＳＯＩ層の深さ方向の全
領域にわたり、ＣＯＰが極めて少ないＳＯＩウエーハと
することができる。さらに、本発明のＳＯＩウエーハは
ＳＯＩウエーハ作製後の水素アニール等を施す必要もな
く、生産性も高い。
【００２９】以下、本発明についてさらに詳述するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、
チョクラルスキー法によってシリコンウエーハを得た
後、このウエーハに非酸化性ガス、特にはアルゴン、窒
素、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での高温熱処理
と酸化性雰囲気下での高温酸化熱処理を連続して施すこ
とにより、ウエーハ表面および表層部のＧｒｏｗｎ−ｉ
ｎ欠陥を消滅あるいは低減し、しかもウエーハの表面粗
さを向上させる事が可能であるという知見に基づき、こ
のシリコンウエーハを貼り合わせＳＯＩウエーハのボン
ドウエーハとして用いることにより、優れたＳＯＩ層を
持つＳＯＩウエーハを高生産性で製造することができる
ことを見出し、諸条件を精査して完成されたものであ
る。
本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、
チョクラルスキー法によってシリコンウエーハを得た
後、このウエーハに非酸化性ガス、特にはアルゴン、窒
素、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での高温熱処理
と酸化性雰囲気下での高温酸化熱処理を連続して施すこ
とにより、ウエーハ表面および表層部のＧｒｏｗｎ−ｉ
ｎ欠陥を消滅あるいは低減し、しかもウエーハの表面粗
さを向上させる事が可能であるという知見に基づき、こ
のシリコンウエーハを貼り合わせＳＯＩウエーハのボン
ドウエーハとして用いることにより、優れたＳＯＩ層を
持つＳＯＩウエーハを高生産性で製造することができる
ことを見出し、諸条件を精査して完成されたものであ
る。
【００３０】前述のように、ウエーハ表面および表層部
のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅あるいは低減するため、
通常の商業レベルで使われているのは、約１．０ｍｍ／
ｍｉｎ以上の一般的な結晶成長速度で成長させたウエー
ハを水素雰囲気下で高温熱処理し、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠
陥を消滅させようとしたものである。この方法はすでに
製品化され実際のデバイスの製造に用いられているが、
ウエーハの表層部（例えば０〜５μｍ）においてはいぜ
んとして欠陥が残留していることが問題であった。
のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅あるいは低減するため、
通常の商業レベルで使われているのは、約１．０ｍｍ／
ｍｉｎ以上の一般的な結晶成長速度で成長させたウエー
ハを水素雰囲気下で高温熱処理し、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠
陥を消滅させようとしたものである。この方法はすでに
製品化され実際のデバイスの製造に用いられているが、
ウエーハの表層部（例えば０〜５μｍ）においてはいぜ
んとして欠陥が残留していることが問題であった。
【００３１】この原因としては以下の理由が考えられ
た。原子空孔の凝集体であるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消
滅させるのには２つの過程が必要である。すなわち、真
性点欠陥がＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥へ移行するのを妨げる
欠陥の内壁酸化膜の溶解過程と、それに引き続く格子間
シリコンによるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の充填過程の二つ
である。
た。原子空孔の凝集体であるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消
滅させるのには２つの過程が必要である。すなわち、真
性点欠陥がＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥へ移行するのを妨げる
欠陥の内壁酸化膜の溶解過程と、それに引き続く格子間
シリコンによるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の充填過程の二つ
である。
【００３２】前記水素雰囲気下での高温熱処理では、ウ
エーハ表層部のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の内壁酸化膜の溶
解は、その著しい酸素外方拡散効果により効率的に起き
ると考えられる。しかしながら格子間シリコンによるＧ
ｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の充填は、水素雰囲気下の高温熱処
理では、ウエーハ表面からショットキー欠陥である格子
間シリコンと原子空孔が両方注入されるため効率的には
起こすことができない。
エーハ表層部のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の内壁酸化膜の溶
解は、その著しい酸素外方拡散効果により効率的に起き
ると考えられる。しかしながら格子間シリコンによるＧ
ｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の充填は、水素雰囲気下の高温熱処
理では、ウエーハ表面からショットキー欠陥である格子
間シリコンと原子空孔が両方注入されるため効率的には
起こすことができない。
【００３３】従って、水素雰囲気下での高温熱処理では
格子間シリコンによるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の充填過程
が長時間に亙るものとなり、特に直径換算でサイズが１
５０ｎｍ以上のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させるため
には１２００℃にて５時間以上の高温・長時間の熱処理
を必要とした。このことは、ウエーハの生産性を著しく
低下させるばかりでなく、水素雰囲気下で長時間の高温
熱処理を必要とすることになり、安全面においても好ま
しい方法とはいえない。さらには、長時間の高温熱処理
を行うため、シリコン単結晶ウエーハ中の酸素析出核を
も消滅させてしまうこととなり、デバイス工程で有効な
重金属のゲッタリング効果をも失ってしまう問題点もあ
る。
格子間シリコンによるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の充填過程
が長時間に亙るものとなり、特に直径換算でサイズが１
５０ｎｍ以上のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させるため
には１２００℃にて５時間以上の高温・長時間の熱処理
を必要とした。このことは、ウエーハの生産性を著しく
低下させるばかりでなく、水素雰囲気下で長時間の高温
熱処理を必要とすることになり、安全面においても好ま
しい方法とはいえない。さらには、長時間の高温熱処理
を行うため、シリコン単結晶ウエーハ中の酸素析出核を
も消滅させてしまうこととなり、デバイス工程で有効な
重金属のゲッタリング効果をも失ってしまう問題点もあ
る。
【００３４】本発明者らはこれらの問題を、水素を爆発
下限界（約４％）以上含まない非酸化性ガス、特にはア
ルゴン、窒素、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で１
１００〜１３００℃の温度の熱処理を１分以上加えた
後、７００℃未満の温度に冷却することなく連続して酸
化性雰囲気下で７００〜１３００℃の温度の熱処理を１
分以上加えることにより解決した。すなわちアルゴン、
窒素、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での高温熱処
理で欠陥内壁酸化膜の溶解過程を効率的に進行させ、さ
らに連続的に酸化性雰囲気下での熱処理に切り替えるこ
とにより格子間シリコンによるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の
充填過程をも効率的に進行させることが可能となったの
である。
下限界（約４％）以上含まない非酸化性ガス、特にはア
ルゴン、窒素、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で１
１００〜１３００℃の温度の熱処理を１分以上加えた
後、７００℃未満の温度に冷却することなく連続して酸
化性雰囲気下で７００〜１３００℃の温度の熱処理を１
分以上加えることにより解決した。すなわちアルゴン、
窒素、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での高温熱処
理で欠陥内壁酸化膜の溶解過程を効率的に進行させ、さ
らに連続的に酸化性雰囲気下での熱処理に切り替えるこ
とにより格子間シリコンによるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の
充填過程をも効率的に進行させることが可能となったの
である。
【００３５】ここで、欠陥の内壁酸化膜の溶解過程を水
素を爆発下限界（約４％）以上含まない非酸化性ガス、
特にはアルゴン、窒素、あるいはこれらの混合ガス雰囲
気下での高温熱処理により行うこととしたのは、水素雰
囲気下での高温熱処理後に連続して酸素雰囲気下での熱
処理を行うことは安全上非常に難しいからである。水素
雰囲気の代わりに水素を爆発下限界（約４％）以上含ま
ない非酸化性ガス、特にはアルゴン、窒素、あるいはこ
れらの混合ガス雰囲気を用いることにより、初めて２つ
の過程の熱処理を連続して安全に行うことが可能とな
る。また、非酸化性ガス、特にはアルゴン、窒素、ある
いはこれらの混合ガス雰囲気下での高温熱処理において
も水素雰囲気下と同様に、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の内壁
酸化膜の溶解はその酸素外方拡散効果により効率的に起
きるため、水素雰囲気下と同様に効率良く短時間で欠陥
内壁酸化膜の溶解過程を進行させることができる。
素を爆発下限界（約４％）以上含まない非酸化性ガス、
特にはアルゴン、窒素、あるいはこれらの混合ガス雰囲
気下での高温熱処理により行うこととしたのは、水素雰
囲気下での高温熱処理後に連続して酸素雰囲気下での熱
処理を行うことは安全上非常に難しいからである。水素
雰囲気の代わりに水素を爆発下限界（約４％）以上含ま
ない非酸化性ガス、特にはアルゴン、窒素、あるいはこ
れらの混合ガス雰囲気を用いることにより、初めて２つ
の過程の熱処理を連続して安全に行うことが可能とな
る。また、非酸化性ガス、特にはアルゴン、窒素、ある
いはこれらの混合ガス雰囲気下での高温熱処理において
も水素雰囲気下と同様に、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の内壁
酸化膜の溶解はその酸素外方拡散効果により効率的に起
きるため、水素雰囲気下と同様に効率良く短時間で欠陥
内壁酸化膜の溶解過程を進行させることができる。
【００３６】アルゴン雰囲気が水素雰囲気と同等の酸素
の外方拡散効果を持つ理由として、アルゴン雰囲気下で
の１１００〜１３００℃という高温熱処理では、ウエー
ハ表面の自然酸化膜がＳｉＯガスとして昇華し除去され
るためであると考えられる。また、窒素雰囲気において
は、酸素の外方拡散効果は同等であるが、表面の自然酸
化膜が均一に除去されないため、熱処理前に予め自然酸
化膜をＨＦ水溶液にて除去しておくことが好ましい。さ
らにアルゴンと窒素との混合雰囲気においても、水素雰
囲気と同等の外方拡散効果を得ることができる。なおこ
の熱処理は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の内壁酸化膜を充分
に溶解するために、１１００〜１３００℃の温度で１分
以上行うこととした。
の外方拡散効果を持つ理由として、アルゴン雰囲気下で
の１１００〜１３００℃という高温熱処理では、ウエー
ハ表面の自然酸化膜がＳｉＯガスとして昇華し除去され
るためであると考えられる。また、窒素雰囲気において
は、酸素の外方拡散効果は同等であるが、表面の自然酸
化膜が均一に除去されないため、熱処理前に予め自然酸
化膜をＨＦ水溶液にて除去しておくことが好ましい。さ
らにアルゴンと窒素との混合雰囲気においても、水素雰
囲気と同等の外方拡散効果を得ることができる。なおこ
の熱処理は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の内壁酸化膜を充分
に溶解するために、１１００〜１３００℃の温度で１分
以上行うこととした。
【００３７】また、高温における窒素雰囲気下の熱処理
ではシリコンウエーハ表面に非常に安定な熱窒化膜が形
成されてしまい、その後のプロセスにおいてその膜を除
去するのに手間がかかる場合や、窒素中の微量な酸素や
水分によりウエーハ表面が面粗れを生ずることがある。
そこで、本発明者らは熱処理前のウエーハ表面に予め保
護酸化膜を形成しておくことにより、窒素雰囲気におけ
る不要な膜形成や表面粗れからウエーハ表面を保護する
ことができることを見出した。
ではシリコンウエーハ表面に非常に安定な熱窒化膜が形
成されてしまい、その後のプロセスにおいてその膜を除
去するのに手間がかかる場合や、窒素中の微量な酸素や
水分によりウエーハ表面が面粗れを生ずることがある。
そこで、本発明者らは熱処理前のウエーハ表面に予め保
護酸化膜を形成しておくことにより、窒素雰囲気におけ
る不要な膜形成や表面粗れからウエーハ表面を保護する
ことができることを見出した。
【００３８】さらに、このような保護酸化膜は、不要な
膜形成や表面粗れからウエーハ表面を保護することがで
きるとともに、熱処理中に炉内からウエーハ内部に拡散
する重金属不純物汚染を防止する効果をも有する。
膜形成や表面粗れからウエーハ表面を保護することがで
きるとともに、熱処理中に炉内からウエーハ内部に拡散
する重金属不純物汚染を防止する効果をも有する。
【００３９】また、欠陥内壁酸化膜の溶解過程と格子間
シリコンによるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の充填過程の熱処
理を連続して行うこととしたのは、この２つの過程の熱
処理を連続して行わない場合、ウエーハの温度の低下に
よりＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の内壁酸化膜が再成長してし
まい、結果的に欠陥を消滅あるいは低減することができ
なくなるからである。そのためＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の
内壁酸化膜が再成長する７００℃未満の温度に冷却する
ことなく連続的に２つの過程の熱処理を行うこととし
た。
シリコンによるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の充填過程の熱処
理を連続して行うこととしたのは、この２つの過程の熱
処理を連続して行わない場合、ウエーハの温度の低下に
よりＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の内壁酸化膜が再成長してし
まい、結果的に欠陥を消滅あるいは低減することができ
なくなるからである。そのためＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の
内壁酸化膜が再成長する７００℃未満の温度に冷却する
ことなく連続的に２つの過程の熱処理を行うこととし
た。
【００４０】そして、本発明では、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠
陥の充填過程を、酸化性雰囲気下の熱処理によることと
した。これは、酸化性雰囲気下の熱処理では、水素雰囲
気下の熱処理を継続した場合と異なり、ウエーハの表面
から原子空孔が注入されることがなく格子間シリコンの
みが注入されるため、効率良く格子間シリコンによりＧ
ｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を充填して、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥
を消滅させると共に、非酸化性雰囲気下の高温熱処理に
より活性化した表面を酸化することで表面粗れや汚染を
防ぐことができるからである。なお、この熱処理は充分
にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を充填して消滅させるために、
１０００〜１３００℃で１分以上行うことが好ましい
が、７００℃以上であればＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の減少
と表面粗れを防ぐ効果を得ることができる。
陥の充填過程を、酸化性雰囲気下の熱処理によることと
した。これは、酸化性雰囲気下の熱処理では、水素雰囲
気下の熱処理を継続した場合と異なり、ウエーハの表面
から原子空孔が注入されることがなく格子間シリコンの
みが注入されるため、効率良く格子間シリコンによりＧ
ｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を充填して、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥
を消滅させると共に、非酸化性雰囲気下の高温熱処理に
より活性化した表面を酸化することで表面粗れや汚染を
防ぐことができるからである。なお、この熱処理は充分
にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を充填して消滅させるために、
１０００〜１３００℃で１分以上行うことが好ましい
が、７００℃以上であればＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の減少
と表面粗れを防ぐ効果を得ることができる。
【００４１】ここで、この酸化性雰囲気としては、水蒸
気を含む雰囲気や乾燥酸素（dry Ｏ ２）１００％雰囲
気、あるいは乾燥酸素とアルゴンもしくは窒素との混合
ガス雰囲気等を適用することができる。水蒸気を含む雰
囲気の場合、酸化速度が速いため、７００℃程度の比較
的低温でも極めて短時間で効率良く格子間シリコンを注
入して欠陥を消滅させることができる。また、表面に形
成される酸化膜は比較的厚くなるため、埋め込み酸化膜
の膜厚が厚いＳＯＩウエーハを製造する場合に適してい
る。
気を含む雰囲気や乾燥酸素（dry Ｏ ２）１００％雰囲
気、あるいは乾燥酸素とアルゴンもしくは窒素との混合
ガス雰囲気等を適用することができる。水蒸気を含む雰
囲気の場合、酸化速度が速いため、７００℃程度の比較
的低温でも極めて短時間で効率良く格子間シリコンを注
入して欠陥を消滅させることができる。また、表面に形
成される酸化膜は比較的厚くなるため、埋め込み酸化膜
の膜厚が厚いＳＯＩウエーハを製造する場合に適してい
る。
【００４２】一方、乾燥酸素雰囲気、あるいは乾燥酸素
とアルゴン若しくは窒素との混合ガス雰囲気の場合、酸
化膜の成長速度が遅いので、熱処理後に形成される酸化
膜を薄くすることができ、形成された酸化膜をＨＦ水溶
液等で除去する必要がある場合、あるいは前記イオン注
入剥離法を用いる場合に適している。
とアルゴン若しくは窒素との混合ガス雰囲気の場合、酸
化膜の成長速度が遅いので、熱処理後に形成される酸化
膜を薄くすることができ、形成された酸化膜をＨＦ水溶
液等で除去する必要がある場合、あるいは前記イオン注
入剥離法を用いる場合に適している。
【００４３】なお、混合ガス雰囲気を用いた場合等、酸
化膜の成長速度が遅く、形成される酸化膜厚が薄い場合
には、格子間シリコンを注入して欠陥を消滅させること
ができる効果が劣ることが懸念された。そこで本発明者
らは、以下の実験により、どの程度の酸素濃度で、どれ
程の厚さの酸化膜を形成すれば十分に欠陥を消滅させる
ことができるかを確認した。
化膜の成長速度が遅く、形成される酸化膜厚が薄い場合
には、格子間シリコンを注入して欠陥を消滅させること
ができる効果が劣ることが懸念された。そこで本発明者
らは、以下の実験により、どの程度の酸素濃度で、どれ
程の厚さの酸化膜を形成すれば十分に欠陥を消滅させる
ことができるかを確認した。
【００４４】アルゴン１００％雰囲気下、１２００℃、
４０分間アニールした後に、酸素濃度の異なる６種類の
アルゴンと乾燥酸素の混合ガス（酸素濃度０、２０、３
０、５０、１００％）で２０分間アニールした後、ウエ
ーハの表面を５μｍ研磨して０．０９μｍ以上のＣＯＰ
を測定した結果をそれぞれ図９（ａ）（ｂ）に示した。
５μｍ研磨した理由は、ウエーハ表層部におけるＣＯＰ
の消滅効果を観察するためである。図９（ａ）には、ア
ニール雰囲気中の酸素濃度とＣＯＰ数との関係を示して
おり、図９（ｂ）には、アニールにより形成された酸化
膜厚とＣＯＰ数との関係を示している。図９の結果か
ら、混合ガス雰囲気中の乾燥酸素濃度が１０％程度で
も、形成される酸化膜厚２０ｎｍ以上であれば、乾燥酸
素１００％（酸化膜厚１００ｎｍ程度）と同等の効果が
得られることがわかる。
４０分間アニールした後に、酸素濃度の異なる６種類の
アルゴンと乾燥酸素の混合ガス（酸素濃度０、２０、３
０、５０、１００％）で２０分間アニールした後、ウエ
ーハの表面を５μｍ研磨して０．０９μｍ以上のＣＯＰ
を測定した結果をそれぞれ図９（ａ）（ｂ）に示した。
５μｍ研磨した理由は、ウエーハ表層部におけるＣＯＰ
の消滅効果を観察するためである。図９（ａ）には、ア
ニール雰囲気中の酸素濃度とＣＯＰ数との関係を示して
おり、図９（ｂ）には、アニールにより形成された酸化
膜厚とＣＯＰ数との関係を示している。図９の結果か
ら、混合ガス雰囲気中の乾燥酸素濃度が１０％程度で
も、形成される酸化膜厚２０ｎｍ以上であれば、乾燥酸
素１００％（酸化膜厚１００ｎｍ程度）と同等の効果が
得られることがわかる。
【００４５】さらに、非酸化性雰囲気下での熱処理後に
酸化性雰囲気で熱処理することにより、チューブやボー
トからのウエーハへの汚染を最小限に防ぐ効果があるこ
とがわかった。図１０は、アルゴン１００％雰囲気下、
１２００℃、４０分間アニールした後に、アルゴンと乾
燥酸素の混合ガス（酸素濃度３０％）で２０分間アニー
ルする熱処理と、水素１００％またはアルゴン１００％
で１２００℃、６０分間アニールする熱処理のそれぞれ
を別々のチューブで繰り返し熱処理し、各熱処理毎のウ
エーハ中の金属不純物による汚染レベルの推移を比較し
たものである。汚染レベルの測定は、Semiconductor Di
agnostics Inc.(SDI)社製の、ＳＰＶ(Surface Photon V
oltage)（商品名：ウエーハ汚染モニターシステム）を
用いた。
酸化性雰囲気で熱処理することにより、チューブやボー
トからのウエーハへの汚染を最小限に防ぐ効果があるこ
とがわかった。図１０は、アルゴン１００％雰囲気下、
１２００℃、４０分間アニールした後に、アルゴンと乾
燥酸素の混合ガス（酸素濃度３０％）で２０分間アニー
ルする熱処理と、水素１００％またはアルゴン１００％
で１２００℃、６０分間アニールする熱処理のそれぞれ
を別々のチューブで繰り返し熱処理し、各熱処理毎のウ
エーハ中の金属不純物による汚染レベルの推移を比較し
たものである。汚染レベルの測定は、Semiconductor Di
agnostics Inc.(SDI)社製の、ＳＰＶ(Surface Photon V
oltage)（商品名：ウエーハ汚染モニターシステム）を
用いた。
【００４６】水素やアルゴンのみのアニールではチュー
ブやボートのエッチングが起きるため、突発的に不純物
レベルが悪化することが分かる。一方、酸化性雰囲気で
のアニールを含む熱処理では、アニール工程においてウ
エーハ表面やボートやチューブ表面にも酸化膜が形成さ
れるため、常に保護酸化膜が形成され、チューブやボー
トからの汚染を最小限に防ぐ効果があると考えられる。
ブやボートのエッチングが起きるため、突発的に不純物
レベルが悪化することが分かる。一方、酸化性雰囲気で
のアニールを含む熱処理では、アニール工程においてウ
エーハ表面やボートやチューブ表面にも酸化膜が形成さ
れるため、常に保護酸化膜が形成され、チューブやボー
トからの汚染を最小限に防ぐ効果があると考えられる。
【００４７】このような７００〜１３００℃での酸化熱
処理で消滅させることができるのは、シリコンウエーハ
表面に現れていないウエーハ内部の結晶欠陥に限定され
る。それは、ここでの欠陥の消滅は、酸化による表面か
らの格子間シリコンの注入によるボイド型結晶欠陥の充
填によるものであるからである。従って、表面に露出し
ているＣＯＰのようなボイド型結晶欠陥は、この酸化熱
処理前のアルゴン雰囲気等の熱処理によるウエーハ表面
のシリコン原子のマイグレーションにより消滅させてお
く必要がある。ところが、前記のように予め表面保護酸
化膜を形成してあると、表面シリコン原子のマイグレー
ションが抑制されるため、表面のＣＯＰの消滅が不十分
になってしまう可能性がある。
処理で消滅させることができるのは、シリコンウエーハ
表面に現れていないウエーハ内部の結晶欠陥に限定され
る。それは、ここでの欠陥の消滅は、酸化による表面か
らの格子間シリコンの注入によるボイド型結晶欠陥の充
填によるものであるからである。従って、表面に露出し
ているＣＯＰのようなボイド型結晶欠陥は、この酸化熱
処理前のアルゴン雰囲気等の熱処理によるウエーハ表面
のシリコン原子のマイグレーションにより消滅させてお
く必要がある。ところが、前記のように予め表面保護酸
化膜を形成してあると、表面シリコン原子のマイグレー
ションが抑制されるため、表面のＣＯＰの消滅が不十分
になってしまう可能性がある。
【００４８】そこで、本発明者らは非酸化性雰囲気下で
の熱処理の前に予め表面保護酸化膜を形成する場合に
は、前記７００〜１３００℃での酸化熱処理後のウエー
ハ表面の熱酸化膜厚を３００ｎｍ以上とすることによ
り、ウエーハ表面のＣＯＰを十分に消滅させる方法を考
えた。これは、酸化熱処理後にウエーハ表面の熱酸化膜
厚が３００ｎｍ以上であれば、その熱酸化膜を成長させ
る過程において、表面のＣＯＰの形状が滑らかになり、
実質的にＣＯＰを消滅させたのと同一の効果を得ること
ができるからである。また、ウエーハ表面のＣＯＰの平
均サイズは１００〜２００ｎｍであり、３００ｎｍ程度
の厚さの酸化膜を形成すれば、ＣＯＰを酸化膜中に取り
込んで消滅させるのに充分だからである。尚、この酸化
熱処理で形成された酸化膜は、ＨＦ水溶液等で除去する
ことができる。
の熱処理の前に予め表面保護酸化膜を形成する場合に
は、前記７００〜１３００℃での酸化熱処理後のウエー
ハ表面の熱酸化膜厚を３００ｎｍ以上とすることによ
り、ウエーハ表面のＣＯＰを十分に消滅させる方法を考
えた。これは、酸化熱処理後にウエーハ表面の熱酸化膜
厚が３００ｎｍ以上であれば、その熱酸化膜を成長させ
る過程において、表面のＣＯＰの形状が滑らかになり、
実質的にＣＯＰを消滅させたのと同一の効果を得ること
ができるからである。また、ウエーハ表面のＣＯＰの平
均サイズは１００〜２００ｎｍであり、３００ｎｍ程度
の厚さの酸化膜を形成すれば、ＣＯＰを酸化膜中に取り
込んで消滅させるのに充分だからである。尚、この酸化
熱処理で形成された酸化膜は、ＨＦ水溶液等で除去する
ことができる。
【００４９】さらに本発明者らは、チョクラルスキー法
によってシリコン単結晶棒を育成する際に単結晶棒の１
１５０〜１０８０℃における冷却速度を２．３℃／ｍｉ
ｎ以上に制御する方法、および単結晶棒を育成する際に
窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成する方法によ
り、サイズの大きいＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の数が少ない
シリコンウエーハを高生産性で生産し、上記本発明のア
ルゴン等の非酸化性熱処理及び酸化性熱処理に供するこ
とにより、さらにシリコン単結晶ウエーハのＧｒｏｗｎ
−ｉｎ欠陥を消滅・減少する効果を向上させることを発
見した。
によってシリコン単結晶棒を育成する際に単結晶棒の１
１５０〜１０８０℃における冷却速度を２．３℃／ｍｉ
ｎ以上に制御する方法、および単結晶棒を育成する際に
窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成する方法によ
り、サイズの大きいＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の数が少ない
シリコンウエーハを高生産性で生産し、上記本発明のア
ルゴン等の非酸化性熱処理及び酸化性熱処理に供するこ
とにより、さらにシリコン単結晶ウエーハのＧｒｏｗｎ
−ｉｎ欠陥を消滅・減少する効果を向上させることを発
見した。
【００５０】すなわち、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は結晶引
き上げ中の１１５０〜１０８０℃の温度帯でその凝集が
起こると言われている。従って１１５０〜１０８０℃の
温度帯における冷却速度を２．３℃／ｍｉｎ以上と速く
し滞在時間を短くすることにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠
陥のサイズと数をコントロールすることが可能となる。
き上げ中の１１５０〜１０８０℃の温度帯でその凝集が
起こると言われている。従って１１５０〜１０８０℃の
温度帯における冷却速度を２．３℃／ｍｉｎ以上と速く
し滞在時間を短くすることにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠
陥のサイズと数をコントロールすることが可能となる。
【００５１】また、窒素をシリコン単結晶中にドープす
ると、シリコン中の原子空孔の凝集が抑制されることが
指摘されている（T.Abe and H.Takeno,Mat.Res.Soc.Sym
p.Proc.Vol.262,3,1992）。この効果は原子空孔の凝集
過程が、均一核形成から不均一核形成に移行するためで
あると考えられる。したがって、ＣＺ法によりシリコン
単結晶を育成する際に、窒素をドープすれば、Ｇｒｏｗ
ｎ−ｉｎ欠陥の小さいシリコン単結晶およびこれを加工
してシリコン単結晶ウエーハを得ることが出来る。しか
も、この方法によれば、前記従来法のように、結晶成長
速度を必ずしも低速化する必要がないため、高生産性で
シリコン単結晶ウエーハを得ることが出来る。
ると、シリコン中の原子空孔の凝集が抑制されることが
指摘されている（T.Abe and H.Takeno,Mat.Res.Soc.Sym
p.Proc.Vol.262,3,1992）。この効果は原子空孔の凝集
過程が、均一核形成から不均一核形成に移行するためで
あると考えられる。したがって、ＣＺ法によりシリコン
単結晶を育成する際に、窒素をドープすれば、Ｇｒｏｗ
ｎ−ｉｎ欠陥の小さいシリコン単結晶およびこれを加工
してシリコン単結晶ウエーハを得ることが出来る。しか
も、この方法によれば、前記従来法のように、結晶成長
速度を必ずしも低速化する必要がないため、高生産性で
シリコン単結晶ウエーハを得ることが出来る。
【００５２】また、チョクラルスキー法によってシリコ
ン単結晶棒を育成する際に、単結晶棒に含有される酸素
濃度を１８ｐｐｍａ以下にすることが好ましい。これ
は、このような低酸素濃度とすれば、結晶欠陥の成長を
一層抑制することができ、またウエーハ表層部での酸素
析出物の形成を防止することができるからである。特
に、単結晶に窒素をドープした場合には酸素析出が促進
されるので、上記酸素濃度とすることによりウエーハ表
層部での酸素析出物の形成を防止することが好ましい。
ン単結晶棒を育成する際に、単結晶棒に含有される酸素
濃度を１８ｐｐｍａ以下にすることが好ましい。これ
は、このような低酸素濃度とすれば、結晶欠陥の成長を
一層抑制することができ、またウエーハ表層部での酸素
析出物の形成を防止することができるからである。特
に、単結晶に窒素をドープした場合には酸素析出が促進
されるので、上記酸素濃度とすることによりウエーハ表
層部での酸素析出物の形成を防止することが好ましい。
【００５３】
【発明の実施の形態】本発明において、チョクラルスキ
ー法においてＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズと数を冷却
速度でコントロールするには、具体的には結晶の引き上
げ速度を変化させればよい。例えば、ある特定の引き上
げ装置を用いた場合、単結晶を引き上げ速度１．８ｍｍ
／ｍｉｎにした場合は、同様の装置で１．０ｍｍ／ｍｉ
ｎで引き上げた場合に比べて冷却速度は高くなる。その
他の方法としては、引き上げ装置のホットゾーンと呼ば
れる炉内部材の配置、構造等を変更しても１１５０〜１
０８０℃での冷却速度を調整することは可能である。
ー法においてＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズと数を冷却
速度でコントロールするには、具体的には結晶の引き上
げ速度を変化させればよい。例えば、ある特定の引き上
げ装置を用いた場合、単結晶を引き上げ速度１．８ｍｍ
／ｍｉｎにした場合は、同様の装置で１．０ｍｍ／ｍｉ
ｎで引き上げた場合に比べて冷却速度は高くなる。その
他の方法としては、引き上げ装置のホットゾーンと呼ば
れる炉内部材の配置、構造等を変更しても１１５０〜１
０８０℃での冷却速度を調整することは可能である。
【００５４】また、チョクラルスキー法による単結晶育
成中に不純物窒素をドープする事によってもＧｒｏｗｎ
−ｉｎ欠陥の大きさをコントロールすることができる。
この場合、窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成す
るには、例えば特開昭６０−２５１１９０号に記載され
ているような公知の方法によれば良い。
成中に不純物窒素をドープする事によってもＧｒｏｗｎ
−ｉｎ欠陥の大きさをコントロールすることができる。
この場合、窒素をドープしたシリコン単結晶棒を育成す
るには、例えば特開昭６０−２５１１９０号に記載され
ているような公知の方法によれば良い。
【００５５】すなわち、シリコン単結晶棒を育成する前
に、あらかじめ石英ルツボ内に窒化物を入れておくか、
シリコン融液中に窒化物を投入するか、雰囲気ガスを窒
素を含む雰囲気等とすることによって、引き上げ結晶中
に窒素をドープすることができる。この際、窒化物の量
あるいは窒素ガスの濃度あるいは導入時間等を調整する
ことによって、結晶中のドープ量を制御することが出来
る。このように、チョクラルスキー法によって単結晶棒
を育成する際に、窒素をドープする事によって、結晶成
長中に導入されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の凝集を抑制す
ることができる。
に、あらかじめ石英ルツボ内に窒化物を入れておくか、
シリコン融液中に窒化物を投入するか、雰囲気ガスを窒
素を含む雰囲気等とすることによって、引き上げ結晶中
に窒素をドープすることができる。この際、窒化物の量
あるいは窒素ガスの濃度あるいは導入時間等を調整する
ことによって、結晶中のドープ量を制御することが出来
る。このように、チョクラルスキー法によって単結晶棒
を育成する際に、窒素をドープする事によって、結晶成
長中に導入されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の凝集を抑制す
ることができる。
【００５６】窒素をシリコン単結晶中にドープすると、
シリコン中に導入される結晶欠陥が小さくなる理由は、
前述の通り原子空孔の凝集過程が、均一核形成から不均
一核形成に移行するためであると考えられる。従って、
ドープする窒素の濃度は、十分に不均一核形成を引き起
こす、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にするのが
好ましく、より好ましくは５×１０１ ３ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３以上とするのがよい。これによって結晶欠陥の凝集
を充分に抑制することができる。一方、窒素濃度が、シ
リコン単結晶中の固溶限界である５×１０１５ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３を超えると、シリコン単結晶の単結晶化その
ものが阻害されるので、この濃度を超えないようにす
る。
シリコン中に導入される結晶欠陥が小さくなる理由は、
前述の通り原子空孔の凝集過程が、均一核形成から不均
一核形成に移行するためであると考えられる。従って、
ドープする窒素の濃度は、十分に不均一核形成を引き起
こす、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にするのが
好ましく、より好ましくは５×１０１ ３ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３以上とするのがよい。これによって結晶欠陥の凝集
を充分に抑制することができる。一方、窒素濃度が、シ
リコン単結晶中の固溶限界である５×１０１５ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３を超えると、シリコン単結晶の単結晶化その
ものが阻害されるので、この濃度を超えないようにす
る。
【００５７】また、本発明では、チョクラルスキー法に
よってシリコン単結晶棒を育成する際に、単結晶棒に含
有される酸素濃度を１８ｐｐｍａ以下にするのが好まし
いが、単結晶棒に含有される酸素濃度を上記範囲に低下
させる方法は、従来から慣用されている方法によれば良
い。例えば、ルツボ回転数の減少、導入ガス流量の増
加、雰囲気圧力の低下、シリコン融液の温度分布および
対流の調整等の手段によって、簡単に上記酸素濃度範囲
とすることが出来る。
よってシリコン単結晶棒を育成する際に、単結晶棒に含
有される酸素濃度を１８ｐｐｍａ以下にするのが好まし
いが、単結晶棒に含有される酸素濃度を上記範囲に低下
させる方法は、従来から慣用されている方法によれば良
い。例えば、ルツボ回転数の減少、導入ガス流量の増
加、雰囲気圧力の低下、シリコン融液の温度分布および
対流の調整等の手段によって、簡単に上記酸素濃度範囲
とすることが出来る。
【００５８】こうして、チョクラルスキー法において、
Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズと数が低減されたシリコ
ン単結晶棒が得られる。これを通常の方法にしたがい、
内周刃スライサあるいはワイヤソー等の切断装置でスラ
イスした後、面取り、ラッピング、エッチング、研磨等
の工程を経てシリコン単結晶ウエーハに加工する。もち
ろん、これらの工程は例示列挙したにとどまり、この他
にも洗浄等種々の工程があり得るし、工程順の変更、一
部省略等目的に応じ適宜工程は変更使用することができ
る。
Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズと数が低減されたシリコ
ン単結晶棒が得られる。これを通常の方法にしたがい、
内周刃スライサあるいはワイヤソー等の切断装置でスラ
イスした後、面取り、ラッピング、エッチング、研磨等
の工程を経てシリコン単結晶ウエーハに加工する。もち
ろん、これらの工程は例示列挙したにとどまり、この他
にも洗浄等種々の工程があり得るし、工程順の変更、一
部省略等目的に応じ適宜工程は変更使用することができ
る。
【００５９】こうして、本発明においてボンドウエーハ
となるＣＺシリコン単結晶ウエーハが得られる。以下、
このＣＺシリコンウエーハを用いて本発明のＳＯＩウエ
ーハを製造する方法について説明する。図１（Ａ）〜
（Ｅ）は、本発明の貼り合わせＳＯＩウエーハの製造行
程の一例を示したフロー図であり、図２は貼り合わせ前
にボンドウエーハとなるシリコン単結晶ウエーハに加え
られる熱処理の概要を示した図である。
となるＣＺシリコン単結晶ウエーハが得られる。以下、
このＣＺシリコンウエーハを用いて本発明のＳＯＩウエ
ーハを製造する方法について説明する。図１（Ａ）〜
（Ｅ）は、本発明の貼り合わせＳＯＩウエーハの製造行
程の一例を示したフロー図であり、図２は貼り合わせ前
にボンドウエーハとなるシリコン単結晶ウエーハに加え
られる熱処理の概要を示した図である。
【００６０】まず、ボンドウエーハとなるＣＺシリコン
単結晶ウエーハ５に対し、図１（Ｂ）（Ｃ）及び図２に
示すように２段ステップより構成される熱処理を行う。
まず、一段目としてＡｒガス１００％雰囲気下で１１０
０℃から１３００℃の温度域において１分以上のアニー
ルを行い、結晶中の酸素を外方拡散させボイド欠陥の酸
化膜内壁を溶解させる。シリコン単結晶ウエーハ５には
低欠陥層３が形成される（図１（Ｂ）、図２）。続いて
７００℃未満の温度に下げることなく連続的に酸化性雰
囲気下で７００℃から１３００℃の温度域において１分
以上のアニールを行い酸化膜４を形成することによりＳ
ｉ／ＳｉＯ２界面より格子間シリコンの注入を行い、結
晶中のより深いところまでボイド欠陥を消滅させ、低欠
陥層３が拡大する（図１（Ｃ）、図２）。この方法によ
り、表面から深さ５μｍ〜１０μｍ程度、あるいはそれ
以上までＣＯＰを効果的に消滅させることができる。な
お、この熱処理を行うには、清浄度の管理された熱処理
炉であれば広く市販されているどのような形態の熱処理
炉であっても利用可能である。
単結晶ウエーハ５に対し、図１（Ｂ）（Ｃ）及び図２に
示すように２段ステップより構成される熱処理を行う。
まず、一段目としてＡｒガス１００％雰囲気下で１１０
０℃から１３００℃の温度域において１分以上のアニー
ルを行い、結晶中の酸素を外方拡散させボイド欠陥の酸
化膜内壁を溶解させる。シリコン単結晶ウエーハ５には
低欠陥層３が形成される（図１（Ｂ）、図２）。続いて
７００℃未満の温度に下げることなく連続的に酸化性雰
囲気下で７００℃から１３００℃の温度域において１分
以上のアニールを行い酸化膜４を形成することによりＳ
ｉ／ＳｉＯ２界面より格子間シリコンの注入を行い、結
晶中のより深いところまでボイド欠陥を消滅させ、低欠
陥層３が拡大する（図１（Ｃ）、図２）。この方法によ
り、表面から深さ５μｍ〜１０μｍ程度、あるいはそれ
以上までＣＯＰを効果的に消滅させることができる。な
お、この熱処理を行うには、清浄度の管理された熱処理
炉であれば広く市販されているどのような形態の熱処理
炉であっても利用可能である。
【００６１】例えば、ヒーター加熱式の横型あるいは縦
型の拡散炉を用いても良いし、ランプ加熱式の毎葉式ウ
エーハ加熱装置を用いても良い、重要なことはＧｒｏｗ
ｎ−ｉｎ欠陥を効果的に消滅あるいは低減するために、
充分な非酸化性雰囲気下での熱処理温度と熱処理時間、
及びそれに引き続く充分な酸化性雰囲気下での熱処理温
度と熱処理時間を確保し、なおかつ二つの熱処理間の温
度が低下し過ぎないように連続的に行うことである。
型の拡散炉を用いても良いし、ランプ加熱式の毎葉式ウ
エーハ加熱装置を用いても良い、重要なことはＧｒｏｗ
ｎ−ｉｎ欠陥を効果的に消滅あるいは低減するために、
充分な非酸化性雰囲気下での熱処理温度と熱処理時間、
及びそれに引き続く充分な酸化性雰囲気下での熱処理温
度と熱処理時間を確保し、なおかつ二つの熱処理間の温
度が低下し過ぎないように連続的に行うことである。
【００６２】そのためには、シリコン単結晶ウエーハ５
を非酸化性ガス、特にはアルゴン、窒素、あるいはアル
ゴンと窒素の混合ガス雰囲気下１１００〜１３００℃の
温度で１分以上の熱処理を施した後、７００℃未満の温
度に冷却することなく、引き続き酸化性雰囲気下７００
〜１３００℃の温度で１分以上酸化する必要がある。
を非酸化性ガス、特にはアルゴン、窒素、あるいはアル
ゴンと窒素の混合ガス雰囲気下１１００〜１３００℃の
温度で１分以上の熱処理を施した後、７００℃未満の温
度に冷却することなく、引き続き酸化性雰囲気下７００
〜１３００℃の温度で１分以上酸化する必要がある。
【００６３】前述のように、非酸化性ガス、特にはアル
ゴン、窒素、あるいはアルゴンと窒素の混合ガス雰囲気
下の熱処理と酸化熱処理の間を連続的に処理しない場
合、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の内壁酸化膜が再成長し結果
的に欠陥を消滅あるいは低減することができなくなる。
従ってウエーハ５を炉内から出さずに、ウエーハ５が７
００℃未満の温度に冷却する前に連続してアルゴン雰囲
気等の熱処理と酸化熱処理を行うことが好ましい。ま
た、同一温度で連続して熱処理を行うことにより熱処理
時間を短縮することができる。
ゴン、窒素、あるいはアルゴンと窒素の混合ガス雰囲気
下の熱処理と酸化熱処理の間を連続的に処理しない場
合、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の内壁酸化膜が再成長し結果
的に欠陥を消滅あるいは低減することができなくなる。
従ってウエーハ５を炉内から出さずに、ウエーハ５が７
００℃未満の温度に冷却する前に連続してアルゴン雰囲
気等の熱処理と酸化熱処理を行うことが好ましい。ま
た、同一温度で連続して熱処理を行うことにより熱処理
時間を短縮することができる。
【００６４】このようにするには、例えばアルゴン、窒
素、あるいはアルゴンと窒素の混合ガス等の雰囲気下で
の熱処理を行った後に、炉内の温度を冷却せずに雰囲気
ガスを排気し、引き続き所望の濃度の酸素ガスを導入し
て酸化熱処理を行うようにすればよい。本発明では、初
段の欠陥内壁酸化膜の溶解を行う熱処理をアルゴン、窒
素、あるいはアルゴンと窒素の混合ガス等の水素を爆発
下限界（約４％）以上含まない非酸化性ガス雰囲気下で
行うため、従来からある市販の熱処理炉を用いても安全
に次段の酸化熱処理を行うことができる。
素、あるいはアルゴンと窒素の混合ガス等の雰囲気下で
の熱処理を行った後に、炉内の温度を冷却せずに雰囲気
ガスを排気し、引き続き所望の濃度の酸素ガスを導入し
て酸化熱処理を行うようにすればよい。本発明では、初
段の欠陥内壁酸化膜の溶解を行う熱処理をアルゴン、窒
素、あるいはアルゴンと窒素の混合ガス等の水素を爆発
下限界（約４％）以上含まない非酸化性ガス雰囲気下で
行うため、従来からある市販の熱処理炉を用いても安全
に次段の酸化熱処理を行うことができる。
【００６５】また、欠陥内壁酸化膜を溶解させるための
アルゴン、窒素、あるいはアルゴンと窒素の混合ガス等
の非酸化性雰囲気下での熱処理を行なうウエーハ表面
に、あらかじめ保護酸化膜を形成させてから行なう場合
においては、その酸化膜形成熱処理は、内壁酸化膜を溶
解させる熱処理の前段に組み入れて連続的に行なっても
よいし、全く別の熱処理によりあらかじめ形成しておい
てもよい。また、この酸化膜の形成はいわゆる乾燥酸素
によるｄｒｙ酸化や水蒸気を含むｗｅｔ酸化のような熱
酸化でもよいし、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏ
ｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によるＣＶＤ酸化膜であ
ってもよい。
アルゴン、窒素、あるいはアルゴンと窒素の混合ガス等
の非酸化性雰囲気下での熱処理を行なうウエーハ表面
に、あらかじめ保護酸化膜を形成させてから行なう場合
においては、その酸化膜形成熱処理は、内壁酸化膜を溶
解させる熱処理の前段に組み入れて連続的に行なっても
よいし、全く別の熱処理によりあらかじめ形成しておい
てもよい。また、この酸化膜の形成はいわゆる乾燥酸素
によるｄｒｙ酸化や水蒸気を含むｗｅｔ酸化のような熱
酸化でもよいし、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏ
ｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によるＣＶＤ酸化膜であ
ってもよい。
【００６６】なお、図１（Ｃ）、図２に示す２段目の酸
化性雰囲気下での熱処理では、雰囲気に水蒸気を含まな
いｄｒｙ酸化、あるいは水蒸気を含むｗｅｔ酸化のどち
らをも適用することができ、本発明の本質であるＧｒｏ
ｗｎ−ｉｎ欠陥に格子間シリコンを注入する効果及び面
粗さを改善する効果としては同等の効果が期待できる。
化性雰囲気下での熱処理では、雰囲気に水蒸気を含まな
いｄｒｙ酸化、あるいは水蒸気を含むｗｅｔ酸化のどち
らをも適用することができ、本発明の本質であるＧｒｏ
ｗｎ−ｉｎ欠陥に格子間シリコンを注入する効果及び面
粗さを改善する効果としては同等の効果が期待できる。
【００６７】次に図１（Ｄ）に示すように、このように
して製造された表面にシリコン酸化膜が形成されたシリ
コン単結晶ウエーハをボンドウエーハ１として用い、貼
り合わせＳＯＩウエーハを製造する。図１（Ｄ）に示す
ように、前の工程で形成された酸化膜４をＳＯＩウエー
ハのＢＯＸとして使用するため、工程の簡略化が可能で
ある。更に、Ａｒアニールの後に酸化膜が形成されるの
で、膜質に優れたＢＯＸを形成することが可能となる。
このＢＯＸを介してベースウエーハ２と室温で密着さ
せ、さらに強固に結合するため２００℃以上、通常は１
０００℃〜１２００℃程度の結合熱処理を加える。ベー
スウエーハ２としてはシリコン単結晶ウエーハが用いら
れるのが通常であるが、用途によっては絶縁性基板（石
英、サファイア等）を用いてもよい。また、シリコン単
結晶ウエーハを用いた場合には、ベースウエーハ２に酸
化膜を形成してから結合することもできる。
して製造された表面にシリコン酸化膜が形成されたシリ
コン単結晶ウエーハをボンドウエーハ１として用い、貼
り合わせＳＯＩウエーハを製造する。図１（Ｄ）に示す
ように、前の工程で形成された酸化膜４をＳＯＩウエー
ハのＢＯＸとして使用するため、工程の簡略化が可能で
ある。更に、Ａｒアニールの後に酸化膜が形成されるの
で、膜質に優れたＢＯＸを形成することが可能となる。
このＢＯＸを介してベースウエーハ２と室温で密着さ
せ、さらに強固に結合するため２００℃以上、通常は１
０００℃〜１２００℃程度の結合熱処理を加える。ベー
スウエーハ２としてはシリコン単結晶ウエーハが用いら
れるのが通常であるが、用途によっては絶縁性基板（石
英、サファイア等）を用いてもよい。また、シリコン単
結晶ウエーハを用いた場合には、ベースウエーハ２に酸
化膜を形成してから結合することもできる。
【００６８】結合熱処理を行った後は、ボンドウエーハ
１に通常の研削、研磨等による薄膜化を行ってＳＯＩウ
エーハ１０を作製する（図１（Ｅ））。こうして、ベー
スウエーハ２上に、酸化膜４から成るＢＯＸ１２と、低
欠陥層３から成るＳＯＩ層１１が形成された貼り合わせ
ＳＯＩウエーハ１０を得ることができる。このＳＯＩウ
エーハ１０のＳＯＩ層１１は、低欠陥層３から成るた
め、その深さ方向の全領域にわたりＣＯＰ等の欠陥が極
めて少ないものとすることができる。なお、この場合、
ＰＡＣＥ（Plasma Assisted Chemical Etching）と呼ば
れる気相エッチングを行ってボンドウエーハ１の薄膜化
を行うこともできる（特許第２５６５６１７号公報参
照）。
１に通常の研削、研磨等による薄膜化を行ってＳＯＩウ
エーハ１０を作製する（図１（Ｅ））。こうして、ベー
スウエーハ２上に、酸化膜４から成るＢＯＸ１２と、低
欠陥層３から成るＳＯＩ層１１が形成された貼り合わせ
ＳＯＩウエーハ１０を得ることができる。このＳＯＩウ
エーハ１０のＳＯＩ層１１は、低欠陥層３から成るた
め、その深さ方向の全領域にわたりＣＯＰ等の欠陥が極
めて少ないものとすることができる。なお、この場合、
ＰＡＣＥ（Plasma Assisted Chemical Etching）と呼ば
れる気相エッチングを行ってボンドウエーハ１の薄膜化
を行うこともできる（特許第２５６５６１７号公報参
照）。
【００６９】また、イオン注入剥離法（スマートカット
と呼ばれる技術、特開平５−２１１１２８号公報参照）
を用いてＳＯＩウエーハを作製する場合には、前記２段
熱処理によりシリコン単結晶ウエーハ５の表面に酸化膜
４を形成した段階で、その酸化膜４を通して水素イオン
あるいは希ガスイオンの注入を行ってボンドウエーハ１
とし、べースウエーハ２との結合を行う。この場合、作
製されるＳＯＩ層膜厚のバラツキは、イオン注入深さの
バラツキと酸化膜厚のバラツキを合わせたトータルのバ
ラツキとなるので、これをできるだけ小さくするために
は、ボンドウエーハ１となるシリコン単結晶ウエーハ５
に形成される酸化膜４の厚さをできるだけ薄くして酸化
膜バラツキの絶対値を小さくすることが望ましい。この
ため、酸化膜厚は１００ｎｍ以下にすることが好まし
く、また、欠陥消滅効果を十分に得るためには２０ｎｍ
以上とすることが好ましい。尚、このようにボンドウエ
ーハに形成する酸化膜厚を１００ｎｍ以下にした場合で
あって、ＳＯＩウエーハのＢＯＸとして、これ以上の厚
さがデバイス設計上必要とされる場合には、ベースウエ
ーハに不足分の酸化膜を形成して結合すればよい。
と呼ばれる技術、特開平５−２１１１２８号公報参照）
を用いてＳＯＩウエーハを作製する場合には、前記２段
熱処理によりシリコン単結晶ウエーハ５の表面に酸化膜
４を形成した段階で、その酸化膜４を通して水素イオン
あるいは希ガスイオンの注入を行ってボンドウエーハ１
とし、べースウエーハ２との結合を行う。この場合、作
製されるＳＯＩ層膜厚のバラツキは、イオン注入深さの
バラツキと酸化膜厚のバラツキを合わせたトータルのバ
ラツキとなるので、これをできるだけ小さくするために
は、ボンドウエーハ１となるシリコン単結晶ウエーハ５
に形成される酸化膜４の厚さをできるだけ薄くして酸化
膜バラツキの絶対値を小さくすることが望ましい。この
ため、酸化膜厚は１００ｎｍ以下にすることが好まし
く、また、欠陥消滅効果を十分に得るためには２０ｎｍ
以上とすることが好ましい。尚、このようにボンドウエ
ーハに形成する酸化膜厚を１００ｎｍ以下にした場合で
あって、ＳＯＩウエーハのＢＯＸとして、これ以上の厚
さがデバイス設計上必要とされる場合には、ベースウエ
ーハに不足分の酸化膜を形成して結合すればよい。
【００７０】また、このようなイオン注入剥離法により
ＳＯＩウエーハを作製する際に剥離されたボンドウエー
ハを、新たなボンドウエーハ、あるいはベースウエーハ
として用いることができる。前述のように、このように
副生された剥離後のボンドウエーハは、その表層には充
分な深さの無欠陥領域を有しており、バルク部では熱処
理により充分な量の酸素析出物が析出するため、良好な
ボンドウエーハ、あるいはベースウエーハとなり得る。
ＳＯＩウエーハを作製する際に剥離されたボンドウエー
ハを、新たなボンドウエーハ、あるいはベースウエーハ
として用いることができる。前述のように、このように
副生された剥離後のボンドウエーハは、その表層には充
分な深さの無欠陥領域を有しており、バルク部では熱処
理により充分な量の酸素析出物が析出するため、良好な
ボンドウエーハ、あるいはベースウエーハとなり得る。
【００７１】この場合特に、本発明で副生されるウエー
ハは一方の面が剥離面であり、その反対側の面はもとの
シリコンウエーハのままの平坦な面である。したがっ
て、剥離面側のみに研削・研磨等の再処理を加えればよ
い。したがって、片面だけの処理であるので簡単であ
り、且つその取りしろも少なくて済む。すなわち、通常
のシリコンインゴットからスライスしてシリコンウエー
ハを得る場合には、両面が切断面であるため、ラッピン
グ、エッチング工程等が必要不可欠であり、その取りし
ろも多いものとなるが、本発明の剥離ウエーハは、片面
が平坦であるため、これを基準に剥離面を研削・研磨す
れば足り、わずかな取りしろで通常のシリコン鏡面ウエ
ーハと同じ平坦な面を得ることができる。
ハは一方の面が剥離面であり、その反対側の面はもとの
シリコンウエーハのままの平坦な面である。したがっ
て、剥離面側のみに研削・研磨等の再処理を加えればよ
い。したがって、片面だけの処理であるので簡単であ
り、且つその取りしろも少なくて済む。すなわち、通常
のシリコンインゴットからスライスしてシリコンウエー
ハを得る場合には、両面が切断面であるため、ラッピン
グ、エッチング工程等が必要不可欠であり、その取りし
ろも多いものとなるが、本発明の剥離ウエーハは、片面
が平坦であるため、これを基準に剥離面を研削・研磨す
れば足り、わずかな取りしろで通常のシリコン鏡面ウエ
ーハと同じ平坦な面を得ることができる。
【００７２】そして、こうして剥離ウエーハを再処理し
て得られたシリコンウエーハを、ＳＯＩウエーハのボン
ドウエーハ、あるいはベースウエーハとして再利用する
ようにすれば、実質上１枚のシリコンウエーハから１枚
のＳＯＩウエーハを得ることができ、材料としてのシリ
コンウエーハの利用率を著しく改善することができる。
て得られたシリコンウエーハを、ＳＯＩウエーハのボン
ドウエーハ、あるいはベースウエーハとして再利用する
ようにすれば、実質上１枚のシリコンウエーハから１枚
のＳＯＩウエーハを得ることができ、材料としてのシリ
コンウエーハの利用率を著しく改善することができる。
【００７３】
【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を挙げて
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、比較例１、比較例２）本発明の方法によ
り、貼り合わせＳＯＩウエーハのボンドウエーハを製造
し、その品質を評価した。ボンドウエーハとなるシリコ
ン単結晶ウエーハとしては、８”φＣＺシリコン単結晶
であって、結晶方位<１００>、格子間酸素濃度[Ｏｉ]＝
１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）で、結晶引き上げ速度を
１．２ｍｍ／ｍｉｎとして引上げられた単結晶から切出
されたものを用いた。このウエーハに本発明の熱処理を
施した。ここではアニール炉として国際電気社製のＶＥ
ＲＴＥＸ３（ＤＤ−８１３Ｖ）を用い、１２００℃で４
０分、Ａｒ１００％雰囲気下でアニールを行い、続いて
同じ温度で酸素３０％Ａｒ７０％の混合ガスで２０分間
アニールを行った。形成された酸化膜厚は約３０ｎｍで
あった。
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、比較例１、比較例２）本発明の方法によ
り、貼り合わせＳＯＩウエーハのボンドウエーハを製造
し、その品質を評価した。ボンドウエーハとなるシリコ
ン単結晶ウエーハとしては、８”φＣＺシリコン単結晶
であって、結晶方位<１００>、格子間酸素濃度[Ｏｉ]＝
１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）で、結晶引き上げ速度を
１．２ｍｍ／ｍｉｎとして引上げられた単結晶から切出
されたものを用いた。このウエーハに本発明の熱処理を
施した。ここではアニール炉として国際電気社製のＶＥ
ＲＴＥＸ３（ＤＤ−８１３Ｖ）を用い、１２００℃で４
０分、Ａｒ１００％雰囲気下でアニールを行い、続いて
同じ温度で酸素３０％Ａｒ７０％の混合ガスで２０分間
アニールを行った。形成された酸化膜厚は約３０ｎｍで
あった。
【００７４】アニールを行ったウエーハはフッ酸溶液に
よる酸化膜除去後に５μｍ研磨を行い、深い領域でのＣ
ＯＰ数（サイズ０．０９μｍ以上）を測定した。ＣＯＰ
測定にはＫＬＡテンコール社製のＳｕｒｆＳｃａｎ Ｓ
Ｐ１を用いた。比較として同じシリコン単結晶ウエーハ
に，Ｈ２／１２００℃／１時間のアニールを行ったウエ
ーハ（比較例１）と、Ａｒ／１２００℃／１時間のアニ
ールを行ったウエーハ（比較例２）を５μｍ研磨し、同
様にＣＯＰ数を測定した。測定結果を図３に示す。この
図３より、実施例１のウエーハのＣＯＰ数は８インチウ
エーハ中４００個以下であり、１．３個／ｃｍ２以下の
ＣＯＰ密度となっている。したがって、Ｇｒｏｗｎ−ｉ
ｎ欠陥の消滅効果に関して本方法は従来のＨ２またはＡ
ｒアニールよりも高い効果を有するといえる。
よる酸化膜除去後に５μｍ研磨を行い、深い領域でのＣ
ＯＰ数（サイズ０．０９μｍ以上）を測定した。ＣＯＰ
測定にはＫＬＡテンコール社製のＳｕｒｆＳｃａｎ Ｓ
Ｐ１を用いた。比較として同じシリコン単結晶ウエーハ
に，Ｈ２／１２００℃／１時間のアニールを行ったウエ
ーハ（比較例１）と、Ａｒ／１２００℃／１時間のアニ
ールを行ったウエーハ（比較例２）を５μｍ研磨し、同
様にＣＯＰ数を測定した。測定結果を図３に示す。この
図３より、実施例１のウエーハのＣＯＰ数は８インチウ
エーハ中４００個以下であり、１．３個／ｃｍ２以下の
ＣＯＰ密度となっている。したがって、Ｇｒｏｗｎ−ｉ
ｎ欠陥の消滅効果に関して本方法は従来のＨ２またはＡ
ｒアニールよりも高い効果を有するといえる。
【００７５】また、これらの５μｍ研磨を行ったウエー
ハの酸化膜耐圧特性を測定した。測定の結果を図４と図
５に示す。なお、ここで言うＴＤＤＢ（Time Dependent
Dielectric Breakdown)の良品率とは、ゲート酸化膜厚
２５ｎｍ、ゲート面積４ｍｍ ２、ストレス電流値０．０
１Ａ／ｃｍ２、室温の条件下で、酸化膜耐圧が２５Ｃ／
ｃｍ２以上を有するもの、もしくはゲート酸化膜厚２５
ｎｍ、ゲート面積４ｍｍ２、ストレス電流値０．０１Ａ
／ｃｍ２、１００℃の条件下で、酸化膜耐圧が５Ｃ／ｃ
ｍ２以上を有するものを良品とした場合の良品率であ
る。
ハの酸化膜耐圧特性を測定した。測定の結果を図４と図
５に示す。なお、ここで言うＴＤＤＢ（Time Dependent
Dielectric Breakdown)の良品率とは、ゲート酸化膜厚
２５ｎｍ、ゲート面積４ｍｍ ２、ストレス電流値０．０
１Ａ／ｃｍ２、室温の条件下で、酸化膜耐圧が２５Ｃ／
ｃｍ２以上を有するもの、もしくはゲート酸化膜厚２５
ｎｍ、ゲート面積４ｍｍ２、ストレス電流値０．０１Ａ
／ｃｍ２、１００℃の条件下で、酸化膜耐圧が５Ｃ／ｃ
ｍ２以上を有するものを良品とした場合の良品率であ
る。
【００７６】また、ここで言うＴＺＤＢ（Time Zero Di
electric Breakdown）の良品率とは、ゲート酸化膜厚２
５ｎｍ、ゲート面積８ｍｍ２、判定電流値１ｍＡ／ｃｍ
２、室温の条件下で、酸化膜耐圧が８ＭＶ／ｃｍ以上を
有するものを良品とした場合の良品率である。
electric Breakdown）の良品率とは、ゲート酸化膜厚２
５ｎｍ、ゲート面積８ｍｍ２、判定電流値１ｍＡ／ｃｍ
２、室温の条件下で、酸化膜耐圧が８ＭＶ／ｃｍ以上を
有するものを良品とした場合の良品率である。
【００７７】図４及び図５より、酸化膜耐圧特性測定結
果においても本方法で処理したウエーハは、深い領域に
おいてもＨ２またはＡｒアニールウエーハよりも優れた
酸化膜耐圧特性を示すことが分かる。以上の結果によ
り、本発明の方法を用いてボンドウエーハとなるシリコ
ン単結晶ウエーハを作製すれば、結晶欠陥が少なく、ま
た酸化膜耐圧特性にも優れたウエーハが得られることが
わかった。従って、このようなシリコン単結晶ウエーハ
を用いてＳＯＩウエーハを作製すれば結晶欠陥の少ない
ＳＯＩウエーハが得られる。
果においても本方法で処理したウエーハは、深い領域に
おいてもＨ２またはＡｒアニールウエーハよりも優れた
酸化膜耐圧特性を示すことが分かる。以上の結果によ
り、本発明の方法を用いてボンドウエーハとなるシリコ
ン単結晶ウエーハを作製すれば、結晶欠陥が少なく、ま
た酸化膜耐圧特性にも優れたウエーハが得られることが
わかった。従って、このようなシリコン単結晶ウエーハ
を用いてＳＯＩウエーハを作製すれば結晶欠陥の少ない
ＳＯＩウエーハが得られる。
【００７８】上記の条件で作製された３種類のボンドウ
エーハを用い、イオン注入剥離法により約０．１μｍの
ＳＯＩ層膜厚を有するＳＯＩウエーハを作製した。作製
条件は以下の通りである。 １）水素イオン注入条件：Ｈ＋イオン、注入エネルギー
３０ＫｅＶ ２）剥離熱処理条件：酸化性雰囲気、５００℃、３０分 ３）結合熱処理条件：窒素雰囲気（微量酸素含有）、１
２００℃、１２０分 ４）タッチポリッシュ（ＳＯＩ表面の微量研磨）あり ５）ベースウエーハ酸化膜：３００ｎｍ
エーハを用い、イオン注入剥離法により約０．１μｍの
ＳＯＩ層膜厚を有するＳＯＩウエーハを作製した。作製
条件は以下の通りである。 １）水素イオン注入条件：Ｈ＋イオン、注入エネルギー
３０ＫｅＶ ２）剥離熱処理条件：酸化性雰囲気、５００℃、３０分 ３）結合熱処理条件：窒素雰囲気（微量酸素含有）、１
２００℃、１２０分 ４）タッチポリッシュ（ＳＯＩ表面の微量研磨）あり ５）ベースウエーハ酸化膜：３００ｎｍ
【００７９】作製されたＳＯＩウエーハのＣＯＰをＨＦ
ディップ法により観察した。ＨＦディップ法とは、上記
のような薄いＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハをＨＦ５
０％水溶液に浸漬すると、ＳＯＩ層を貫通する欠陥があ
れば、これを通してＢＯＸにＨＦが到達して酸化膜がエ
ッチングされ、エッチピットが形成されるが、このエッ
チピットを薄いＳＯＩ層を透して光学顕微鏡により観察
することにより、ウエーハのＣＯＰを評価する方法であ
る。測定結果を表１に示す。
ディップ法により観察した。ＨＦディップ法とは、上記
のような薄いＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハをＨＦ５
０％水溶液に浸漬すると、ＳＯＩ層を貫通する欠陥があ
れば、これを通してＢＯＸにＨＦが到達して酸化膜がエ
ッチングされ、エッチピットが形成されるが、このエッ
チピットを薄いＳＯＩ層を透して光学顕微鏡により観察
することにより、ウエーハのＣＯＰを評価する方法であ
る。測定結果を表１に示す。
【００８０】
【表１】
【００８１】表１より実施例のＳＯＩウエーハは、従来
のボンドウエーハにＨ２アニールあるいはＡｒアニール
しか施していないＳＯＩウエーハに比べてＳＯＩ層を貫
通するようなＣＯＰが極めて少ないことが判る。また、
前述のように、この実施例１のＳＯＩウエーハは、その
ＳＯＩ層の深さ方向の全領域にわたり、大きさが０．０
９μｍ以上のＣＯＰが１．３個／ｃｍ２以下であるた
め、極めて高品質のＳＯＩウエーハとすることができ
る。
のボンドウエーハにＨ２アニールあるいはＡｒアニール
しか施していないＳＯＩウエーハに比べてＳＯＩ層を貫
通するようなＣＯＰが極めて少ないことが判る。また、
前述のように、この実施例１のＳＯＩウエーハは、その
ＳＯＩ層の深さ方向の全領域にわたり、大きさが０．０
９μｍ以上のＣＯＰが１．３個／ｃｍ２以下であるた
め、極めて高品質のＳＯＩウエーハとすることができ
る。
【００８２】また、実施例１のＳＯＩウエーハを作製す
る際に副生された剥離後のボンドウエーハの周辺部には
０．２〜０．３μｍ程度の段差が残っていたが、表面の
酸化膜を除去した後、剥離面を約１μｍ研磨するだけで
段差を除去することができ、かつ酸素析出物が露出して
いない良好な鏡面が得られた。したがって、このウエー
ハを新たなボンドウエーハまたはベースウエーハとして
使用しても、貼り合わせに支障がないことが確認でき
た。
る際に副生された剥離後のボンドウエーハの周辺部には
０．２〜０．３μｍ程度の段差が残っていたが、表面の
酸化膜を除去した後、剥離面を約１μｍ研磨するだけで
段差を除去することができ、かつ酸素析出物が露出して
いない良好な鏡面が得られた。したがって、このウエー
ハを新たなボンドウエーハまたはベースウエーハとして
使用しても、貼り合わせに支障がないことが確認でき
た。
【００８３】（実施例１、実施例２、実施例３）３種類
のシリコン単結晶ウエーハを用いて本発明の方法によ
り、貼り合わせＳＯＩウエーハのボンドウエーハを製造
し、その品質を比較した。用いたシリコン単結晶ウエー
ハは、実施例１で用いたウエーハ、実施例２として他の
条件は実施例１と同じであるが結晶引き上げ速度を１．
９ｍｍ／ｍｉｎに速めて引上げられた単結晶から切出さ
れたウエーハ、実施例３として他の条件は実施例１と同
じであるが窒素を１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３添加した
単結晶から切出されたウエーハの３種類のシリコンウエ
ーハである。これらのウエーハに、１２００℃で４０
分、Ａｒ１００％雰囲気下でアニールを行い、続いて同
じ温度で酸素３０％Ａｒ７０％の混合ガスで２０分間ア
ニールを行った。ＨＦ溶液による酸化膜除去後に５μｍ
研磨を行い、深い領域でのＣＯＰ数（≧０．０９μｍ）
を測定した。結果を図６に示す。
のシリコン単結晶ウエーハを用いて本発明の方法によ
り、貼り合わせＳＯＩウエーハのボンドウエーハを製造
し、その品質を比較した。用いたシリコン単結晶ウエー
ハは、実施例１で用いたウエーハ、実施例２として他の
条件は実施例１と同じであるが結晶引き上げ速度を１．
９ｍｍ／ｍｉｎに速めて引上げられた単結晶から切出さ
れたウエーハ、実施例３として他の条件は実施例１と同
じであるが窒素を１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３添加した
単結晶から切出されたウエーハの３種類のシリコンウエ
ーハである。これらのウエーハに、１２００℃で４０
分、Ａｒ１００％雰囲気下でアニールを行い、続いて同
じ温度で酸素３０％Ａｒ７０％の混合ガスで２０分間ア
ニールを行った。ＨＦ溶液による酸化膜除去後に５μｍ
研磨を行い、深い領域でのＣＯＰ数（≧０．０９μｍ）
を測定した。結果を図６に示す。
【００８４】この図６より最もＣＯＰの少ない結晶は、
窒素をドープした結晶から成るウエーハであり、高速で
引上げた結晶から成るウエーハ、通常速度で引上げた結
晶から成るウエーハの順となる。よって、本方法では高
速で引き上げた結晶や窒素ドープ結晶を用いることによ
り更にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の少ないボンドウエーハを
作製することができる。また高速で結晶を引き上げれば
結晶引き上げの時間が短縮でき、スループットの向上を
図ることができる。また、上記３種類の条件で作製した
ボンドウエーハについても、実施例１と同一の方法でＳ
ＯＩウエーハを作製し、ＣＯＰを評価した。その結果を
表２に示す。
窒素をドープした結晶から成るウエーハであり、高速で
引上げた結晶から成るウエーハ、通常速度で引上げた結
晶から成るウエーハの順となる。よって、本方法では高
速で引き上げた結晶や窒素ドープ結晶を用いることによ
り更にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の少ないボンドウエーハを
作製することができる。また高速で結晶を引き上げれば
結晶引き上げの時間が短縮でき、スループットの向上を
図ることができる。また、上記３種類の条件で作製した
ボンドウエーハについても、実施例１と同一の方法でＳ
ＯＩウエーハを作製し、ＣＯＰを評価した。その結果を
表２に示す。
【００８５】
【表２】
【００８６】表２から判るように、高速で引上げた結晶
から成るシリコン単結晶ウエーハを用いたＳＯＩウエー
ハのＣＯＰ密度は、通常のシリコン単結晶ウエーハを用
いたＳＯＩウエーハの２分の１であり、窒素をドープし
た結晶から成るシリコン単結晶ウエーハを用いたものの
ＣＯＰ密度は通常のものの２０分の１となっている。し
たがって、高速で引き上げた結晶や窒素ドープ結晶を用
いることにより、さらに良好なＳＯＩ層を持つＳＯＩウ
エーハを得ることができる。
から成るシリコン単結晶ウエーハを用いたＳＯＩウエー
ハのＣＯＰ密度は、通常のシリコン単結晶ウエーハを用
いたＳＯＩウエーハの２分の１であり、窒素をドープし
た結晶から成るシリコン単結晶ウエーハを用いたものの
ＣＯＰ密度は通常のものの２０分の１となっている。し
たがって、高速で引き上げた結晶や窒素ドープ結晶を用
いることにより、さらに良好なＳＯＩ層を持つＳＯＩウ
エーハを得ることができる。
【００８７】（実施例４、比較例３、比較例４）実施例
１で用いたものと同じシリコン単結晶ウエーハに、Ａｒ
１００％１２００℃アニールを４０分間行った後に、連
続的に水蒸気を含む雰囲気での酸化を１１５０℃で２４
０分行って酸化膜を１．０μｍ形成した。このウエーハ
をボンドウエーハとしＳＯＩ層が５μｍ、ＢＯＸ層が１
μｍの貼り合わせＳＯＩを通常の研削・研磨手法により
作製した。酸化膜厚測定にはＬｅｉｔｚ社製のＭＰＶ−
ＳＰを用いた。
１で用いたものと同じシリコン単結晶ウエーハに、Ａｒ
１００％１２００℃アニールを４０分間行った後に、連
続的に水蒸気を含む雰囲気での酸化を１１５０℃で２４
０分行って酸化膜を１．０μｍ形成した。このウエーハ
をボンドウエーハとしＳＯＩ層が５μｍ、ＢＯＸ層が１
μｍの貼り合わせＳＯＩを通常の研削・研磨手法により
作製した。酸化膜厚測定にはＬｅｉｔｚ社製のＭＰＶ−
ＳＰを用いた。
【００８８】このウエーハと、比較としてＨ２／１２０
０℃／１時間アニールを行ったウエーハ（比較例３）と
Ａｒ／１２００℃／１時間アニールを行ったウエーハ
（比較例４）にいったん室温まで冷却した後に酸化熱処
理（水蒸気を含む雰囲気での酸化を１１５０℃で２４０
分)のみを加えたウエーハから作製したＳＯＩウエーハ
の酸化膜耐圧特性を比較した。用いたウエーハと酸化膜
耐圧測定条件は実施例１と同一である。
０℃／１時間アニールを行ったウエーハ（比較例３）と
Ａｒ／１２００℃／１時間アニールを行ったウエーハ
（比較例４）にいったん室温まで冷却した後に酸化熱処
理（水蒸気を含む雰囲気での酸化を１１５０℃で２４０
分)のみを加えたウエーハから作製したＳＯＩウエーハ
の酸化膜耐圧特性を比較した。用いたウエーハと酸化膜
耐圧測定条件は実施例１と同一である。
【００８９】結果を図７と８に示す。この結果、本発明
の熱処理を加えたウエーハは、従来のアニール方法では
あまり効果が得られなかったＳＯＩ層の厚さが０．５μ
ｍを超える厚さのものであっても、ＴＺＤＢ、ＴＤＤＢ
とも、単に酸化熱処理を加えたウエーハと比較し優れた
酸化膜耐圧を示すことが分かる。
の熱処理を加えたウエーハは、従来のアニール方法では
あまり効果が得られなかったＳＯＩ層の厚さが０．５μ
ｍを超える厚さのものであっても、ＴＺＤＢ、ＴＤＤＢ
とも、単に酸化熱処理を加えたウエーハと比較し優れた
酸化膜耐圧を示すことが分かる。
【００９０】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００９１】例えば、本発明においてチョクラルスキー
法によって窒素のドープの有無にかかわらずシリコン単
結晶棒を育成するに際しては、融液に磁場が印加されて
いるか否かは問われないものであり、本発明のチョクラ
ルスキー法にはいわゆる磁場を印加するＭＣＺ法も含ま
れる。
法によって窒素のドープの有無にかかわらずシリコン単
結晶棒を育成するに際しては、融液に磁場が印加されて
いるか否かは問われないものであり、本発明のチョクラ
ルスキー法にはいわゆる磁場を印加するＭＣＺ法も含ま
れる。
【００９２】また、本発明の本質的部分である非酸化性
雰囲気下の高温熱処理及び酸化性雰囲気下の熱処理はウ
エーハ加工工程中のいかなるプロセスにおいても適用可
能である。例えばウエーハ切断後の化学エッチング工程
後、またはその後の工程である粗研磨工程後、あるいは
最終研磨工程後等に本発明の熱処理を適用することがで
きる。
雰囲気下の高温熱処理及び酸化性雰囲気下の熱処理はウ
エーハ加工工程中のいかなるプロセスにおいても適用可
能である。例えばウエーハ切断後の化学エッチング工程
後、またはその後の工程である粗研磨工程後、あるいは
最終研磨工程後等に本発明の熱処理を適用することがで
きる。
【００９３】また、本発明の非酸化性ガス雰囲気下での
熱処理とは、上記実施形態ではアルゴンまたは窒素ガス
を使用する場合を中心に説明したが、必ずしも雰囲気が
アルゴンまたは窒素ガスにのみ限定されるものではな
く、これらのガスに爆発下限界以下の微量の水素を混合
させたガスや、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノ
ンといった希ガスでアルゴンと同様の効果のあるガスで
あれば適用することができ、本発明の範囲に含まれるも
のである。またアルゴンと窒素の混合ガス雰囲気下での
熱処理についても、同様にアルゴン以外の希ガスを適用
することができる。
熱処理とは、上記実施形態ではアルゴンまたは窒素ガス
を使用する場合を中心に説明したが、必ずしも雰囲気が
アルゴンまたは窒素ガスにのみ限定されるものではな
く、これらのガスに爆発下限界以下の微量の水素を混合
させたガスや、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノ
ンといった希ガスでアルゴンと同様の効果のあるガスで
あれば適用することができ、本発明の範囲に含まれるも
のである。またアルゴンと窒素の混合ガス雰囲気下での
熱処理についても、同様にアルゴン以外の希ガスを適用
することができる。
【００９４】
【発明の効果】ボイド欠陥を従来法よりも効率よく深い
領域まで消滅することが可能であり、優れた品質のＳＯ
Ｉ層を形成することができる。また、非酸化性雰囲気の
熱処理と酸化雰囲気の熱処理を同一のバッチで処理でき
るため、ＳＯＩ作製工程における工程数が増加すること
もなくコストアップにつながらないし、水素を全く用い
ずに熱処理することもできるので、水素に起因する炉か
らの汚染や、爆発の危険性もなく熱処理ができる。ま
た、ＣＺウエーハを用いているので、３００ｍｍ以上の
大口径にも対応できる。
領域まで消滅することが可能であり、優れた品質のＳＯ
Ｉ層を形成することができる。また、非酸化性雰囲気の
熱処理と酸化雰囲気の熱処理を同一のバッチで処理でき
るため、ＳＯＩ作製工程における工程数が増加すること
もなくコストアップにつながらないし、水素を全く用い
ずに熱処理することもできるので、水素に起因する炉か
らの汚染や、爆発の危険性もなく熱処理ができる。ま
た、ＣＺウエーハを用いているので、３００ｍｍ以上の
大口径にも対応できる。
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の貼り合わせＳＯＩ
ウエーハの製造行程の一例を示したフロー図である。
ウエーハの製造行程の一例を示したフロー図である。
【図２】貼り合わせ前にボンドウエーハとなるシリコン
単結晶ウエーハに加えられる熱処理の概要を示した図で
ある。
単結晶ウエーハに加えられる熱処理の概要を示した図で
ある。
【図３】実施例１、比較例１及び比較例２において、熱
処理後のウエーハのＣＯＰ数を測定した結果図である。
処理後のウエーハのＣＯＰ数を測定した結果図である。
【図４】実施例１、比較例１及び比較例２において、熱
処理後のウエーハのＴＺＤＢの良品率を示した図であ
る。
処理後のウエーハのＴＺＤＢの良品率を示した図であ
る。
【図５】実施例１、比較例１及び比較例２において、熱
処理後のウエーハのＴＤＤＢの良品率を示した図であ
る。
処理後のウエーハのＴＤＤＢの良品率を示した図であ
る。
【図６】実施例１ないし実施例３において、熱処理後の
ウエーハ表面のＣＯＰ数を測定した結果図である。
ウエーハ表面のＣＯＰ数を測定した結果図である。
【図７】実施例４において、ＳＯＩウエーハのＴＺＤＢ
良品率を示した図である。
良品率を示した図である。
【図８】実施例４において、ＳＯＩウエーハのＴＤＤＢ
良品率を示した図である。
良品率を示した図である。
【図９】（ａ）は、アニール雰囲気中の酸素濃度とＣＯ
Ｐ数との関係を示した図であり、（ｂ）は、アニールに
より形成された酸化膜厚とＣＯＰ数との関係を示した図
である。
Ｐ数との関係を示した図であり、（ｂ）は、アニールに
より形成された酸化膜厚とＣＯＰ数との関係を示した図
である。
【図１０】本発明の熱処理と、従来の熱処理のそれぞれ
を別々のチューブで繰り返し施し、各熱処理毎のウエー
ハ中の金属不純物による汚染レベルの推移を比較した図
である。
を別々のチューブで繰り返し施し、各熱処理毎のウエー
ハ中の金属不純物による汚染レベルの推移を比較した図
である。
１…ボンドウエーハ、 ２…ベースウエーハ、 ３…低
欠陥層、 ４…酸化膜、５…シリコン単結晶ウエーハ、
１０…ＳＯＩウエーハ、 １１…ＳＯＩ層、 １２…Ｂ
ＯＸ。
欠陥層、 ４…酸化膜、５…シリコン単結晶ウエーハ、
１０…ＳＯＩウエーハ、 １１…ＳＯＩ層、 １２…Ｂ
ＯＸ。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年８月２３日（２０００．８．２
３）
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４４】アルゴン１００％雰囲気下、１２００℃、
４０分間アニールした後に、酸素濃度の異なる６種類の
アルゴンと乾燥酸素の混合ガス（酸素濃度０、１０、２
０、３０、５０、１００％）で２０分間アニールした
後、ウエーハの表面を５μｍ研磨して０．０９μｍ以上
のＣＯＰを測定した結果をそれぞれ図９（ａ）（ｂ）に
示した。５μｍ研磨した理由は、ウエーハ表層部におけ
るＣＯＰの消滅効果を観察するためである。図９（ａ）
には、アニール雰囲気中の酸素濃度とＣＯＰ数との関係
を示しており、図９（ｂ）には、アニールにより形成さ
れた酸化膜厚とＣＯＰ数との関係を示している。図９の
結果から、混合ガス雰囲気中の乾燥酸素濃度が１０％程
度でも、形成される酸化膜厚２０ｎｍ以上であれば、乾
燥酸素１００％（酸化膜厚１００ｎｍ程度）と同等の効
果が得られることがわかる。
４０分間アニールした後に、酸素濃度の異なる６種類の
アルゴンと乾燥酸素の混合ガス（酸素濃度０、１０、２
０、３０、５０、１００％）で２０分間アニールした
後、ウエーハの表面を５μｍ研磨して０．０９μｍ以上
のＣＯＰを測定した結果をそれぞれ図９（ａ）（ｂ）に
示した。５μｍ研磨した理由は、ウエーハ表層部におけ
るＣＯＰの消滅効果を観察するためである。図９（ａ）
には、アニール雰囲気中の酸素濃度とＣＯＰ数との関係
を示しており、図９（ｂ）には、アニールにより形成さ
れた酸化膜厚とＣＯＰ数との関係を示している。図９の
結果から、混合ガス雰囲気中の乾燥酸素濃度が１０％程
度でも、形成される酸化膜厚２０ｎｍ以上であれば、乾
燥酸素１００％（酸化膜厚１００ｎｍ程度）と同等の効
果が得られることがわかる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４５】さらに、非酸化性雰囲気下での熱処理後に
酸化性雰囲気で熱処理することにより、チューブやボー
トからのウエーハへの汚染を最小限に防ぐ効果があるこ
とがわかった。図１０は、アルゴン１００％雰囲気下、
１２００℃、４０分間アニールした後に、アルゴンと乾
燥酸素の混合ガス（酸素濃度３０％）で２０分間アニー
ルする熱処理と、水素１００％またはアルゴン１００％
で１２００℃、６０分間アニールする熱処理のそれぞれ
を別々のチューブで繰り返し熱処理し、各熱処理毎のウ
エーハ中の金属不純物による汚染レベルの推移を比較し
たものである。汚染レベルの測定は、Semiconductor Di
agnostics Inc.(SDI)社製の、ＳＰＶ(Surface Photo Vo
ltage)（商品名：ウエーハ汚染モニターシステム）を用
いた。
酸化性雰囲気で熱処理することにより、チューブやボー
トからのウエーハへの汚染を最小限に防ぐ効果があるこ
とがわかった。図１０は、アルゴン１００％雰囲気下、
１２００℃、４０分間アニールした後に、アルゴンと乾
燥酸素の混合ガス（酸素濃度３０％）で２０分間アニー
ルする熱処理と、水素１００％またはアルゴン１００％
で１２００℃、６０分間アニールする熱処理のそれぞれ
を別々のチューブで繰り返し熱処理し、各熱処理毎のウ
エーハ中の金属不純物による汚染レベルの推移を比較し
たものである。汚染レベルの測定は、Semiconductor Di
agnostics Inc.(SDI)社製の、ＳＰＶ(Surface Photo Vo
ltage)（商品名：ウエーハ汚染モニターシステム）を用
いた。
Claims (16)
- 【請求項１】 ボンドウエーハとベースウエーハとを酸
化膜を介して貼り合わせた後、前記ボンドウエーハを薄
膜化する貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法におい
て、 チョクラルスキー法によってシリコン単結晶棒を育成
し、該単結晶棒をスライスしてシリコン単結晶ウエーハ
に加工した後、該シリコン単結晶ウエーハに非酸化性雰
囲気下で１１００〜１３００℃の温度の熱処理を１分以
上加え、７００℃未満の温度に冷却することなく連続し
て酸化性雰囲気で７００〜１３００℃の温度の熱処理を
１分以上加えることにより表面にシリコン酸化膜が形成
されたシリコン単結晶ウエーハを作製し、該ウエーハを
前記ボンドウエーハとして用いることを特徴とする貼り
合わせＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項２】 ボンドウエーハとベースウエーハとを酸
化膜を介して貼り合わせた後、前記ボンドウエーハを薄
膜化する貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法におい
て、 チョクラルスキー法によってシリコン単結晶棒を育成
し、該単結晶棒をスライスしてシリコン単結晶ウエーハ
に加工した後、該シリコン単結晶ウエーハに非酸化性雰
囲気下で１１００〜１３００℃の温度の熱処理を１分以
上加え、７００℃未満の温度に冷却することなく連続し
て酸化性雰囲気で７００〜１３００℃の温度の熱処理を
１分以上加えて表面にシリコン酸化膜が形成されたシリ
コン単結晶ウエーハを作製し、該ウエーハのシリコン酸
化膜を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくと
も一方を表面から注入してイオン注入層を形成させたウ
エーハを前記ボンドウエーハとし、このボンドウエーハ
のシリコン酸化膜を介して前記ベースウエーハと密着さ
せ、次いで熱処理を加えて前記イオン注入層で剥離する
ことを特徴とする貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方
法。 - 【請求項３】 請求項２に記載された貼り合わせＳＯＩ
ウエーハの製造方法によってイオン注入層で剥離された
ボンドウエーハを新たなボンドウエーハとして用いるこ
とを特徴とする貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項４】 請求項２に記載された貼り合わせＳＯＩ
ウエーハの製造方法によってイオン注入層で剥離された
ボンドウエーハを新たなベースウエーハとして用いるこ
とを特徴とする貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項５】 前記非酸化性雰囲気が、アルゴン、窒
素、あるいはアルゴンと窒素の混合ガスであることを特
徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載
した貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項６】 前記酸化性雰囲気が、水蒸気を含む雰囲
気であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のい
ずれか１項に記載した貼り合わせＳＯＩウエーハの製造
方法。 - 【請求項７】 前記酸化性雰囲気が、乾燥酸素雰囲気、
または乾燥酸素とアルゴンもしくは窒素との混合ガス雰
囲気であることを特徴とする請求項１ないし請求項５の
いずれか１項に記載した貼り合わせＳＯＩウエーハの製
造方法。 - 【請求項８】 前記酸化性雰囲気下での熱処理により形
成される酸化膜厚を２０〜１００ｎｍとすることを特徴
とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載し
た貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項９】 前記非酸化性雰囲気下での熱処理を行な
う前のウエーハ表面に、予め酸化膜を形成しておくこと
を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に
記載した貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項１０】 前記酸化性雰囲気下での熱処理後のウ
エーハ表面の熱酸化膜の厚さを３００ｎｍ以上にするこ
とを特徴とする請求項９に記載した貼り合わせＳＯＩウ
エーハの製造方法。 - 【請求項１１】 前記チョクラルスキー法によってシリ
コン単結晶棒を育成する際に、該単結晶棒の１１５０〜
１０８０℃における冷却速度を２．３℃／ｍｉｎ以上に
制御しつつ育成することを特徴とする請求項１ないし請
求項１０のいずれか１項に記載した貼り合わせＳＯＩウ
エーハの製造方法。 - 【請求項１２】 前記チョクラルスキー法によってシリ
コン単結晶棒を育成する際に、窒素をドープしたシリコ
ン単結晶棒を育成することを特徴とする請求項１ないし
請求項１１のいずれか１項に記載した貼り合わせＳＯＩ
ウエーハの製造方法。 - 【請求項１３】 前記チョクラルスキー法によって窒素
をドープしたシリコン単結晶棒を育成する際に、該単結
晶棒にドープする窒素濃度を、１×１０１０〜５×１０
１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３にすることを特徴とする請求項
１２に記載した貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項１４】 前記チョクラルスキー法によってシリ
コン単結晶棒を育成する際に、該単結晶棒に含有される
酸素濃度を１８ｐｐｍａ以下にすることを特徴とする請
求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載した貼り
合わせＳＯＩウエーハの製造方法。 - 【請求項１５】 請求項１ないし請求項１４に記載した
方法によって製造された貼り合わせＳＯＩウエーハ。 - 【請求項１６】 ＳＯＩ層がＣＺシリコン単結晶ウエー
ハからなり、ＳＯＩ層厚が５μm以下のＳＯＩウエーハ
であって、ＳＯＩ層の深さ方向の全領域にわたり、大き
さが０．０９μm以上のＣＯＰが１．３個／ｃｍ２以下
であることを特徴とする貼り合わせＳＯＩウエーハ。
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