JP4826994B2

JP4826994B2 - Manufacturing method of SOI wafer

Info

Publication number: JP4826994B2
Application number: JP2004265901A
Authority: JP
Inventors: 浩司阿賀; 徳弘小林; 正幸今井; 辰男榎本; 博竹野
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2024-09-13
Also published as: JP2006080461A

Description

本発明は、ＳＯＩウェーハの製造方法に関する。 The present invention relates to the production how the SOI wafer.

特開平９−６４３１９号公報JP-A-9-64319

ＣＭＯＳ−ＩＣや高耐圧型ＩＣ等の半導体デバイス等の製造に、シリコン単結晶基板（以下、ベースウェーハともいう）上にシリコン酸化膜層を形成し、その上に別のシリコン単結晶層をＳＯＩ（Silicon on Insulator）層として積層形成した、いわゆるＳＯＩウェーハが使用されている。ＳＯＩウェーハの製造方法としては、貼り合わせ法やＳＩＭＯＸ法等が知られている。貼り合わせ法は、シリコン酸化膜層を介してシリコン単結晶からなるベースウェーハとボンドウェーハとを結合熱処理により貼り合わせた後、ボンドウェーハを研磨加工、エッチング又はイオン注入層を用いた分離処理（いわゆるスマートカット（登録商標）法）により減厚してＳＯＩ層を形成する方法である。一方、ＳＩＭＯＸ法は、シリコン単結晶基板中に高濃度の酸素イオンを注入した後で、内部酸化熱処理を行うことにより埋め込み酸化膜を形成する方法である。 In the manufacture of semiconductor devices such as CMOS-IC and high voltage IC, a silicon oxide film layer is formed on a silicon single crystal substrate (hereinafter also referred to as a base wafer), and another silicon single crystal layer is formed on the SOI. A so-called SOI wafer formed by lamination as a (Silicon on Insulator) layer is used. As a method for manufacturing an SOI wafer, a bonding method, a SIMOX method, and the like are known. In the bonding method, a base wafer made of a silicon single crystal and a bond wafer are bonded to each other through a bonding heat treatment via a silicon oxide film layer, and then the bond wafer is polished, etched, or separated by using an ion implantation layer (so-called “so-called”). This is a method of forming an SOI layer by reducing the thickness by a smart cut (registered trademark) method. On the other hand, the SIMOX method is a method in which a buried oxide film is formed by performing an internal oxidation heat treatment after implanting high-concentration oxygen ions into a silicon single crystal substrate.

従来、ＳＯＩウェーハにおいては、シリコン単結晶からなるベースウェーハ及びＳＯＩ層と、二酸化珪素からなるシリコン酸化膜層との熱膨脹係数が互いに異なるため、基板の反りが発生しやすいという欠点があった。ＳＯＩウェーハの反りが大きくなると、フォトリソグラフィー工程で焦点を合わせ難くなることにより、素子の形成が困難になることがある。なお、この欠点は、集積回路の集積率が大きくなるほど顕著となる。 Conventionally, the SOI wafer has a drawback that the substrate is easily warped because the thermal expansion coefficients of the base wafer and SOI layer made of silicon single crystal and the silicon oxide film layer made of silicon dioxide are different from each other. When the warpage of the SOI wafer becomes large, it may be difficult to focus on the photolithography process, thereby making it difficult to form an element. This defect becomes more prominent as the integration rate of the integrated circuit increases.

上記のようなＳＯＩウェーハの反りは、従来、上記の貼り合わせ法における結合熱処理や、ＳＩＭＯＸ法での内部酸化熱処理時に発生する反りに主眼が置かれ、種々の防止対策が講じられてきた。例えば、特許文献１には、ベースウェーハのシリコン酸化膜層と接する領域に酸素析出部の形成密度がゼロの無欠陥層を作り、残部のウェーハ領域を該無欠陥層よりも高い酸素析出物密度を有する酸素析出物層とするＳＯＩウェーハ構造が開示され、前述の熱膨張率差に起因したウェーハの反りを防止できるとしている。 Conventionally, various warping measures have been taken for warping of the SOI wafer as described above, mainly focusing on the warping generated during the bonding heat treatment in the bonding method and the internal oxidation heat treatment in the SIMOX method. For example, Patent Document 1 discloses that a defect-free layer in which the formation density of oxygen precipitates is zero is formed in a region in contact with a silicon oxide film layer of a base wafer, and the remaining wafer region has an oxygen precipitate density higher than that of the defect-free layer. An SOI wafer structure having an oxygen precipitate layer having a thermal conductivity is disclosed, and the warpage of the wafer due to the above-described difference in thermal expansion coefficient can be prevented.

しかしながら、本発明者らが検討したところ、ＳＯＩウェーハの反りの原因は、シリコン酸化膜とベースウェーハやＳＯＩ層をなすシリコンとの線膨張係数差のみに必ずしも帰着されるものではないことがわかった。例えば、本発明者らは、デバイス化の処理に供する前の状態では反りがそれほど顕著でなかったＳＯＩウェーハの反りが、デバイス化における熱処理時に顕在化するという、上記の反り発生機構では理解できない現象にしばしば直面している。この現象は、線膨張係数差に由来した反りがむしろ生じにくい、ＳＯＩ層やシリコン酸化物層の厚さが薄膜化（例えば、それぞれ２μｍ以下）した場合に多く見られ、ウェーハの直径が大きい場合（例えば２００ｍｍ以上の場合）に特に顕著となる。 However, as a result of investigations by the present inventors, it has been found that the cause of warping of the SOI wafer is not necessarily caused only by the difference in linear expansion coefficient between the silicon oxide film and the base wafer or silicon forming the SOI layer. . For example, the present inventors have found that a warp of an SOI wafer, in which warpage was not so remarkable in a state before being subjected to device processing, becomes apparent during heat treatment in device processing, and cannot be understood by the above warp generation mechanism. Often faced. This phenomenon is more likely to occur when the thickness of the SOI layer or silicon oxide layer is reduced (for example, each 2 μm or less) and the wafer diameter is large. This is particularly noticeable (for example, in the case of 200 mm or more).

本発明の課題は、比較的薄いシリコン酸化膜とＳＯＩ層とを有し、デバイス工程で実施される熱処理時に反りを発生しにくいＳＯＩウェーハの製造方法と、それによって製造されるＳＯＩウェーハとを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an SOI wafer that has a relatively thin silicon oxide film and an SOI layer, and is less likely to warp during a heat treatment performed in a device process, and an SOI wafer manufactured thereby. There is to do.

上記課題を解決するために、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法は、シリコン単結晶からなるベースウェーハの第一主表面に、シリコン酸化膜を介して半導体単結晶からなるＳＯＩ層が結合された構造を有し、かつ、ＳＯＩ層側において、ピーク波長λが０．７μｍ以上２μｍ以下の赤外線照射による熱処理を行うＳＯＩウェーハの製造方法であって、
シリコン単結晶からなるベースウェーハの第一主表面と、半導体単結晶からなるボンドウェーハの第二主表面とを、それら各主表面の少なくともいずれかに形成されたシリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、ボンドウェーハの厚みを減じてＳＯＩ層となす減厚工程と、シリコン酸化膜を介したＳＯＩ層のベースウェーハに対する結合を増加するための結合熱処理工程とを有し、
貼り合わせ後のシリコン酸化膜の厚さｔ１とＳＯＩ層の厚さｔ２とが、シリコン酸化膜をなすＳｉＯ_２の赤外波長域の屈折率をｎ１、ＳＯＩ層をなす半導体の屈折率をｎ２とし、それらシリコン酸化膜とＳＯＩ層との赤外波長域における光学的厚さｔ_ＯＰをｔ_ＯＰ＝ｎ１×ｔ１＋ｎ２×ｔ２として、０．１λ＜ｔ_ＯＰ＜２λを充足し、かつ、（ｔ１×ｎ１）／（ｔ２×ｎ２）が０．２以上３以下の範囲内に設定され、
さらに、結合熱処理工程に先立って、ベースウェーハ中の酸素析出物の析出核を消滅又は減少させるための核キラー熱処理を実施し、核キラー熱処理前のベースウェーハ中の酸素析出物の析出核の密度が１×１０ ^９／ｃｍ ^３以上であり、核キラー熱処理を実施することにより、結合熱処理後のベースウェーハ中の酸素析出物の形成密度を１×１０^９／ｃｍ^３未満に調整し、
赤外線照射による熱処理がＳＯＩ層の第一主表面側にのみ配置された赤外線光源により行われることを特徴とする。なお、本発明におけるＳＯＩ層とは、シリコン単結晶からなる典型的なＳＯＩ層のほか、Ｓｉ_ｘＧｅ_１−Ｘ（０≦Ｘ＜１）にて表されるＳｉＧｅ層やＧｅ層、あるいは、その他の半導体薄層を含む広義のＳＯＩ（Semiconductor On Insulator）層を意味する。 In order to solve the above-described problems, the SOI wafer manufacturing method of the present invention has a structure in which an SOI layer made of a semiconductor single crystal is bonded to a first main surface of a base wafer made of a silicon single crystal via a silicon oxide film. And on the SOI layer side, a method of manufacturing an SOI wafer that performs heat treatment by infrared irradiation with a peak wavelength λ of 0.7 μm or more and 2 μm or less,
Affixing the first main surface of a base wafer made of silicon single crystal and the second main surface of a bond wafer made of semiconductor single crystal through a silicon oxide film formed on at least one of these main surfaces A bonding process, a thickness reducing process for reducing the thickness of the bond wafer to form an SOI layer, and a bonding heat treatment process for increasing the bonding of the SOI layer to the base wafer via the silicon oxide film,
The thickness t1 of the silicon oxide film after bonding and the thickness t2 of the SOI layer are defined such that the refractive index in the infrared wavelength region of SiO ₂ forming the silicon oxide film is n1, and the refractive index of the semiconductor forming the SOI layer is n2. The optical thickness t _OP in the infrared wavelength region between the silicon oxide film and the SOI layer is t _OP = n1 × t1 + n2 × t2, and 0.1λ <t _OP <2λ is satisfied, and (t1 × n1 ) / (T2 × n2) is set within the range of 0.2 to 3,
Furthermore, prior to the bonding heat treatment step, a nuclear killer heat treatment is performed to eliminate or reduce oxygen precipitate precipitation nuclei in the base wafer, and the density of the oxygen precipitate precipitation nuclei in the base wafer before the nuclear killer heat treatment. Is 1 × 10 ⁹ / cm ³ or more, and by performing the nuclear killer heat treatment, the formation density of oxygen precipitates in the base wafer after the bonding heat treatment is adjusted to less than 1 × 10 ⁹ / cm ³ ,
The heat treatment by infrared irradiation is performed by an infrared light source disposed only on the first main surface side of the SOI layer. The SOI layer in the present invention is not only a typical SOI layer made of silicon single crystal but also a SiGe layer or Ge layer represented by Si _x Ge _1-X (0 ≦ X <1), or other This means a broadly defined SOI (Semiconductor On Insulator) layer including a thin semiconductor layer.

また、本発明に関連するＳＯＩウェーハは、シリコン単結晶からなるベースウェーハの第一主表面に、シリコン酸化膜を介して半導体単結晶からなるＳＯＩ層が結合された構造を有し、かつ、ＳＯＩ層側において、ピーク波長λが０．７μｍ以上２μｍ以下の赤外線照射による熱処理が予定されたＳＯＩウェーハであって、
シリコン酸化膜の厚さｔ１とＳＯＩ層の厚さｔ２とが、シリコン酸化膜をなすＳｉＯ_２の赤外波長域の屈折率をｎ１、ＳＯＩ層をなす半導体の屈折率をｎ２とし、それらシリコン酸化膜とＳＯＩ層との赤外波長域における光学的厚さｔ_ＯＰをｔ_ＯＰ＝ｎ１×ｔ１＋ｎ２×ｔ２として、０．１λ＜ｔ_ＯＰ＜２λを充足し、かつ、（ｔ１×ｎ１）／（ｔ２×ｎ２）が０．２以上３以下の範囲内に設定され、
さらに、ベースウェーハ中の酸素析出物の形成密度が１×１０^９／ｃｍ^３未満に調整されてなることが想定される。 An SOI wafer related to the present invention has a structure in which an SOI layer made of a semiconductor single crystal is bonded to a first main surface of a base wafer made of a silicon single crystal via a silicon oxide film, and the SOI wafer On the layer side, an SOI wafer on which heat treatment by infrared irradiation with a peak wavelength λ of 0.7 μm or more and 2 μm or less is scheduled,
The thickness t1 of the silicon oxide film and the thickness t2 of the SOI layer are such that the refractive index in the infrared wavelength region of SiO ₂ forming the silicon oxide film is n1, and the refractive index of the semiconductor forming the SOI layer is n2, and the silicon oxide film The optical thickness t _OP in the infrared wavelength region between the film and the SOI layer is t _OP = n1 × t1 + n2 × t2, 0.1λ <t _OP <2λ is satisfied, and (t1 × n1) / (t2 Xn2) is set within the range of 0.2 to 3,
Furthermore, it is Ru is assumed that the formation density of the oxygen precipitates in the base wafer is adjusted to less than 1 × 10 9 ^/ cm ^3.

なお、本発明において、ベースウェーハ中の酸素析出物の形成密度は、ベースウェーハの第二主表面を鏡面研磨面として、周知の赤外干渉法を用いた装置であるＯＰＰ（Optical Precipitate Profiler：High Yield Technology社製）により検出される寸法直径５０ｎｍ以上の微小析出物（Bulk
Micro-Defect：ＢＭＤ）の１ｃｍ^３当たりの個数をいう。以下、本発明において単に「酸素析出物」と称する場合はＢＭＤを意味するものとする。また、貼り合わせに際しては、ベースウェーハとボンドウェーハとの一方のみにシリコン酸化膜を形成してもよいし、双方に形成して貼り合わせにより両酸化膜を一体化してもよい。後者の場合、貼り合わせ後のシリコン酸化膜の厚さは、双方に形成したシリコン酸化膜の合計厚さに対応するものとなる。 In the present invention, the formation density of oxygen precipitates in the base wafer is determined by using an OPP (Optical Precipitate Profiler: High) which is a device using a well-known infrared interference method with the second main surface of the base wafer as a mirror polished surface. Fine precipitates with a diameter of 50 nm or more detected by Yield Technology (Bulk)
The number per 1 cm ^{3 of} Micro-Defect (BMD). Hereinafter, when simply referred to as “oxygen precipitate” in the present invention, it means BMD. In bonding, a silicon oxide film may be formed only on one of the base wafer and the bond wafer, or both the oxide films may be integrated by bonding to both. In the latter case, the thickness of the silicon oxide film after the bonding corresponds to the total thickness of the silicon oxide films formed on both sides.

本発明者は、ＳＯＩウェーハをデバイス化する際の熱処理条件と、発生するウェーハの反りとの関係を詳細に検討した結果、次の事実を把握するに至った。
（１）デバイス化の処理に供する前の状態では反りがそれほど顕著でなかったＳＯＩウェーハの反りが、デバイス化における熱処理時に顕在化することがある。具体的には、ＳＯＩ層側からの赤外線照射により熱処理加熱を行なう場合である。
（２）反りの発生が顕著なのは、照射する赤外線の波長（以下、ピーク波長λで代表させる）と、シリコン酸化膜とＳＯＩ層との赤外波長域における上記光学的厚さｔ_ＯＰとが一定の関係を満たす場合であり、特にｔ_ＯＰ＝０．５λに近い関係を充足する場合の反り発生が顕著である。
（３）反りが発生したＳＯＩウェーハは、ベースウェーハの酸素析出物の形成密度がいずれも１×１０^９以上と高いレベルを示す。 As a result of detailed examination of the relationship between the heat treatment conditions when forming an SOI wafer into a device and the warpage of the generated wafer, the present inventor has come to grasp the following facts.
(1) The warpage of the SOI wafer, in which the warpage was not so remarkable in the state before being subjected to the device processing, may become apparent during the heat treatment in the device processing. Specifically, this is a case where heat treatment heating is performed by infrared irradiation from the SOI layer side.
(2) The occurrence of warpage is remarkable when the wavelength of infrared rays to be irradiated (hereinafter represented by the peak wavelength λ) and the optical thickness t _OP in the infrared wavelength region between the silicon oxide film and the SOI layer are constant. In particular, the occurrence of warping is significant when the relationship close to t _OP = 0.5λ is satisfied.
(3) The SOI wafer in which warpage has occurred has a high level of 1 × 10 ⁹ or more in the formation density of oxygen precipitates on the base wafer.

そして、さらに鋭意検討を重ねた結果、ベースウェーハ全体の酸素析出物の形成密度を１×１０^９／ｃｍ^３未満に調整するとき、上記（１）及び（２）の状況下においても、デバイス化の熱処理時におけるＳＯＩウェーハの反り発生を効果的に抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of further intensive studies, when the formation density of oxygen precipitates in the entire base wafer is adjusted to less than 1 × 10 ⁹ / cm ³ , it is possible to make a device even under the above conditions (1) and (2). It has been found that the occurrence of warpage of the SOI wafer during the heat treatment can be effectively suppressed, and the present invention has been completed.

赤外線照射の熱処理時に、上記（２）の条件を充足する場合に特に反りが発生しやすかった原因としては、以下のように考えられる。まず、熱処理に使用する赤外線源としてはハロゲンランプなどの抵抗発熱型ランプが使用されることが多い。図１２に示すごとく、そのピーク波長λは光源温度に応じて異なるが、０．７μｍ以上２μｍ以下に収まるものがほとんどである。また、その光学的なスペクトルは概してブロードであるが、加熱に寄与する赤外領域の主要な成分は０．５μｍ以上３μｍ以下の波長域内に収まっている。 The reason why warp was particularly likely to occur when the condition (2) was satisfied during heat treatment with infrared irradiation is considered as follows. First, a resistance heating lamp such as a halogen lamp is often used as an infrared source used for heat treatment. As shown in FIG. 12, the peak wavelength λ varies depending on the light source temperature, but most of them fall within the range of 0.7 μm to 2 μm. The optical spectrum is generally broad, but the main component in the infrared region contributing to heating is within the wavelength range of 0.5 μm to 3 μm.

上記のピーク波長λとの関係において、シリコン酸化膜とＳＯＩ層との赤外波長域における光学的厚さｔ_ＯＰ（＝ｎ１×ｔ１＋ｎ２×ｔ２）が、０．１λ＜ｔ_ＯＰ＜２λを充足し、かつ、（ｔ１×ｎ１）／（ｔ２×ｎ２）が０．２以上３以下という状況は、シリコン酸化膜とＳＯＩ層とが共に４μｍ未満の小厚に形成されることを意味する（好適にはシリコン酸化膜の厚さｔ１は例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、ＳＯＩ層の厚さｔ２は例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である）。ベースウェーハの厚さが通常のＳＯＩウェーハ並（例えば直径２００ｍｍで６００μｍ以上８００μｍ以下）であれば、この程度のシリコン酸化膜の厚さでは、Ｓｉとの線膨張係数差に基づく反り発生の程度は、例えば特許文献１等に記載の構成と比較してはるかに小さいと考えられる。しかしながら、ベースウェーハの酸素析出物の形成密度が１×１０^９以上に高い状態では、ＳＯＩ層側からの赤外線照射により熱処理を行なうと、その反り量は予想外に大きく、例えば直径２００ｍｍのＳＯＩウェーハでは、２００μｍ〜３００μｍもの大きな反りが発生することもある。従って、当該の反りの主要因は、従来想定されていた層間の線膨張係数差でないことは明らかである。本発明者は、この反りの要因が、酸素析出物の形成によるベースウェーハの強度低下と、ＳＯＩ層側での赤外線反射による加熱不均一にあるのではないか、と考えている。以下、さらに詳しく説明する。 In relation to the above peak wavelength λ, the optical thickness t _OP (= n1 × t1 + n2 × t2) in the infrared wavelength region between the silicon oxide film and the SOI layer satisfies 0.1λ <t _OP <2λ. In addition, the situation where (t1 × n1) / (t2 × n2) is 0.2 or more and 3 or less means that both the silicon oxide film and the SOI layer are formed with a small thickness of less than 4 μm (preferably The thickness t1 of the silicon oxide film is, for example, not less than 10 nm and not more than 500 nm, and the thickness t2 of the SOI layer is, for example, not less than 10 nm and not more than 500 nm). If the thickness of the base wafer is the same as that of a normal SOI wafer (for example, a diameter of 200 mm and not less than 600 μm and not more than 800 μm), with this thickness of silicon oxide film, the degree of warpage based on the difference in linear expansion coefficient from Si is For example, it is considered to be much smaller than the configuration described in Patent Document 1 and the like. However, in a state where the formation density of oxygen precipitates on the base wafer is high to 1 × 10 ⁹ or more, when heat treatment is performed by infrared irradiation from the SOI layer side, the warpage amount is unexpectedly large, for example, an SOI wafer having a diameter of 200 mm Then, a large warp of 200 μm to 300 μm may occur. Therefore, it is clear that the main factor of the warpage is not a difference in linear expansion coefficient between layers that has been assumed in the past. The inventor believes that the cause of this warpage is a decrease in strength of the base wafer due to the formation of oxygen precipitates and non-uniform heating due to infrared reflection on the SOI layer side. This will be described in more detail below.

ＳＯＩ層表面での赤外線反射は、周囲の雰囲気（例えば空気）とＳＯＩ層との屈折率差に由来した全反射が考えられるが、これは、赤外線の入射角度が一定の臨界角度以上に大きい場合にのみ生ずるものであって、面内に広い光源にてウェーハの全面に均一に赤外線が照射できる場合には、それ程問題になることではない。しかし、屈折率が互いに大きく相違するシリコン酸化膜とＳＯＩ層との組み合わされた場合には、その層厚と入射赤外線の波長との関係によっては、赤外線の入射方向が面法線方向に近い場合であっても非常に強い反射が生ずることがある。 The infrared reflection on the surface of the SOI layer may be total reflection derived from the difference in refractive index between the ambient atmosphere (for example, air) and the SOI layer. This is when the incident angle of infrared rays is larger than a certain critical angle. In the case where infrared rays can be uniformly irradiated on the entire surface of the wafer with a wide light source in the plane, the problem is not so much. However, when a silicon oxide film and an SOI layer having different refractive indexes are combined, the incident direction of infrared rays is close to the surface normal direction depending on the relationship between the layer thickness and the incident infrared wavelength. Even so, very strong reflections may occur.

例えば、シリコン酸化膜とシリコン層とが交互に積層された構造のように、周期的に屈折率が変化する積層体の層厚方向には、光量子化された電磁波エネルギーに対し、結晶内の電子エネルギーと類似したバンド構造が形成され、屈折率変化の周期に応じた特定波長の電磁波が積層体構造中に侵入することが妨げられることが知られている。このような構造をフォトニックバンド構造と称し、多層膜の場合、屈折率変化が層厚方向にのみ形成されるので、狭義には一次元フォトニックバンドギャップ構造ともいう。 For example, in the layer thickness direction of a laminate in which the refractive index changes periodically, such as a structure in which silicon oxide films and silicon layers are alternately laminated, electrons in the crystal against photoquantized electromagnetic wave energy It is known that a band structure similar to energy is formed, and electromagnetic waves having a specific wavelength corresponding to the period of change in refractive index are prevented from entering the laminate structure. Such a structure is referred to as a photonic band structure, and in the case of a multilayer film, the refractive index change is formed only in the layer thickness direction, so in a narrow sense it is also referred to as a one-dimensional photonic band gap structure.

このようなフォトニックバンドギャップ構造は、積層周期数が多くなるほど、入射が禁じられる波長域（つまり、反射率が大きくなる波長域：以下、フォトニックバンドギャップ域という）が広くなる傾向になるが、積層周期数が１であっても、フォトニックバンドギャップ域が相対的に狭くなるだけであって、ギャップ中心波長付近で非常に大きな反射が生ずることに変わりはない。典型的なＳＯＩウェーハ構造、つまり、ベースウェーハ上にシリコン酸化膜とＳＯＩ層とが１層ずつ形成された構造はこれに該当し、一次元フォトニックバンドギャップ構造が生ずるための条件は、シリコン酸化膜とＳＯＩ層との赤外波長域における光学的厚さｔ_ＯＰ＝ｎ１×ｔ１＋ｎ２×ｔ２が、入射赤外線の波長λの１／２（つまり、０．５λ）を充足する場合である。実際には、ｔ_ＯＰ＝０．５λ付近で反射率が極大値を示すものの、この条件から多少ずれた波長域でも反射率は依然大きく、また、入射赤外線スペクトルのピーク波長がλであっても、実際には図１２に示すように、λを含む広い範囲に入射線の波長が分布しているため、これらの影響を考慮すれば比較的強い反射が生ずる波長域も、０．１λ＜ｔ_ＯＰ＜２λ程度に拡張されるのである。また、両層の光学的厚さの比（ｔ１×ｎ１）／（ｔ２×ｎ２）は、０．２以上３以下のときに比較的強い反射が生じやすくなり、特に該比が１付近のとき（つまり、両層の光学的厚さが互いに等しいとき）に、強反射の起こる波長域が最も広くなり反射率も高くなる。なお、シリコン酸化膜の赤外波長域の屈折率ｎ１は１．５、ＳＯＩ層の屈折率ｎ２は、シリコン単結晶の場合は３．５、Ｇｅ（ゲルマニウム）の場合は４．０であり、Ｓｉ_ｘＧｅ_１−ｘの場合は、Ｓｉを３．５、Ｇｅを４．０として、混晶比ｘの値により線形補間した屈折率を用いる。 In such a photonic band gap structure, as the number of stacking periods increases, the wavelength range in which incidence is prohibited (that is, the wavelength range in which the reflectivity increases: hereinafter referred to as the photonic band gap region) tends to become wider. Even if the number of stacking periods is 1, the photonic band gap region is only relatively narrowed, and very large reflection is generated near the gap center wavelength. A typical SOI wafer structure, that is, a structure in which a silicon oxide film and an SOI layer are formed on a base wafer one by one corresponds to this, and the conditions for generating a one-dimensional photonic band gap structure are silicon oxide. This is a case where the optical thickness t _OP = n1 × t1 + n2 × t2 in the infrared wavelength region between the film and the SOI layer satisfies ½ (that is, 0.5λ) of the wavelength λ of the incident infrared rays. Actually, the reflectance shows a maximum value in the vicinity of t _OP = 0.5λ, but the reflectance is still large even in a wavelength region slightly deviated from this condition, and the peak wavelength of the incident infrared spectrum is λ. Actually, as shown in FIG. 12, the wavelength of the incident line is distributed over a wide range including λ. Therefore, if these effects are taken into consideration, the wavelength region in which relatively strong reflection occurs is also 0.1λ <t It is expanded to about _OP <2λ. The ratio of the optical thicknesses of both layers (t1 × n1) / (t2 × n2) is likely to cause relatively strong reflection when the ratio is 0.2 or more and 3 or less, particularly when the ratio is around 1. When the optical thicknesses of the two layers are equal to each other, the wavelength range where strong reflection occurs is the widest and the reflectance is high. The refractive index n1 in the infrared wavelength region of the silicon oxide film is 1.5, the refractive index n2 of the SOI layer is 3.5 in the case of silicon single crystal, and 4.0 in the case of Ge (germanium). In the case of Si _x Ge _1-x , Si is 3.5, Ge is 4.0, and a refractive index linearly interpolated by the value of the mixed crystal ratio x is used.

図１３は、種々の厚さのＳＯＩ層とシリコン酸化膜との組み合わせにおける、入射線の波長と反射率の関係を示すものであり、各々層の合計光学的厚さｔ_ＯＰと、これに対応するフォトニックバンドギャップの中心波長λ_ＰＢＧ（≡２ｔ_ＯＰ）とを合せて示している（入射角は５゜）。いずれの条件においても、λ_ＰＢＧ付近で反射率が極大化していることが明らかであるが、５０％以上反射が生ずる波長域は、少なくとも７００ｎｍ付近から１．６μｍ付近までの広い範囲に及んでいることがわかる。本発明は、このように入射波長に対する反射率がλ_ＰＢＧ付近で極大化し、かつ、λ_ＰＢＧを含む広い波長領域（少なくとも５００ｎｍ以上の領域内）において５０％以上の反射率を有する構造のＳＯＩウェーハに対して極めて効果的である。 FIG. 13 shows the relationship between the wavelength of the incident line and the reflectance in the combination of the SOI layer and the silicon oxide film having various thicknesses, and the total optical thickness t _{OP of} each layer and the correspondence to this. The center wavelength λ _PBG (≡2t _OP ) of the photonic band gap is also shown (incident angle is 5 °). Under any condition, it is clear that the reflectance is maximized in the vicinity of λ _PBG , but the wavelength region where reflection of 50% or more occurs is in a wide range from at least 700 nm to 1.6 μm. I understand that. The present invention, SOI wafer structure thus reflectance for the incident wavelength is maximized in the vicinity of lambda _PBG, and having a reflectivity of 50% or more in a wide wavelength region (at least 500nm or more regions) containing lambda _PBG It is extremely effective against.

シリコン酸化膜とＳＯＩ層とが形成するフォトニックバンドギャップの中心波長が、入射赤外線の波長λに接近していると、ＳＯＩ層表面に均一に赤外線が照射されていても反射による影響でウェーハの層厚方向の加熱分布が不均一となる（この不均一は、後に詳述する通り、必ずしも反射が生じているＳＯＩ層側が低温となるように生ずるものではない）。ベースウェーハの層厚方向の温度不均一が生じた場合、ベースウェーハの面内熱応力も層厚方向に分布を生じ、反り発生応力として作用する。他方、ベースウェーハ内に酸素析出物が形成されていると、該酸素析出物の周囲においてウェーハを構成するシリコン単結晶バルク領域では、多数のスリップ転位などの結晶欠陥が導入され、強度が低下した状態になっている。そして、ベースウェーハの内部に高密度に酸素析出物が形成されていると、上記加熱不均一に由来した層厚方向の反り応力にベースウェーハの剛性が抗し切れなくなり、顕著な反りが発生するものと考えられる。そこで、ベースウェーハ全体の酸素析出物の形成密度を１×１０^９／ｃｍ^３未満に抑制すれば、フォトニックバンドギャップ効果により加熱不均一が生じても、熱処理後のＳＯＩウェーハに強い反りが発生することを効果的に抑制することができる。ベースウェーハ中の酸素析出物の形成密度は、望ましくは５×１０^８／ｃｍ^３未満、より望ましくは５×１０^７／ｃｍ^３未満であるのがよい。 If the center wavelength of the photonic band gap formed by the silicon oxide film and the SOI layer is close to the wavelength λ of the incident infrared light, even if the surface of the SOI layer is evenly irradiated with infrared light, the influence of reflection causes the wafer The heating distribution in the layer thickness direction becomes non-uniform (this non-uniformity does not necessarily occur so that the SOI layer side where reflection occurs is at a low temperature, as will be described in detail later). When temperature non-uniformity occurs in the layer thickness direction of the base wafer, the in-plane thermal stress of the base wafer is also distributed in the layer thickness direction and acts as warp generation stress. On the other hand, when oxygen precipitates are formed in the base wafer, a large number of crystal defects such as slip dislocations are introduced in the silicon single crystal bulk region constituting the wafer around the oxygen precipitates, and the strength is reduced. It is in a state. If oxygen precipitates are formed at a high density inside the base wafer, the rigidity of the base wafer cannot resist the warp stress in the layer thickness direction derived from the heating non-uniformity, and a significant warp occurs. It is considered a thing. Therefore, if the formation density of oxygen precipitates in the entire base wafer is suppressed to less than 1 × 10 ⁹ / cm ³ , strong warpage occurs in the SOI wafer after heat treatment even if heating nonuniformity occurs due to the photonic band gap effect. This can be effectively suppressed. The formation density of oxygen precipitates in the base wafer is desirably less than 5 × 10 ⁸ / cm ³ , more desirably less than 5 × 10 ⁷ / cm ³ .

特にＳＯＩウェーハの熱処理が、ＳＯＩ層の第一主表面側にのみ配置された赤外線光源により行われる、いわゆる片面加熱方式の熱処理装置を用いて行われる場合は、本発明の効果が特に顕著に発揮される。このような熱処理装置では、通常、ベースウェーハの第二主表面側に配置された温度センサ（例えば放射温度計）により、該ベースウェーハの温度を測定しつつ、測定されるベースウェーハの温度が設定熱処理温度に昇温・保持されるよう、前記赤外線光源の発熱出力を制御して加熱を行なう。このとき、ＳＯＩ層がシリコン酸化膜とともにフォトニックバンドギャップ構造を形成していると、次のような状況を招来する。 In particular, when the heat treatment of the SOI wafer is performed using a so-called single-sided heat treatment apparatus that is performed by an infrared light source disposed only on the first main surface side of the SOI layer, the effect of the present invention is particularly remarkable. Is done. In such a heat treatment apparatus, the temperature of the base wafer is usually set while the temperature of the base wafer is measured by a temperature sensor (for example, a radiation thermometer) disposed on the second main surface side of the base wafer. Heating is performed by controlling the heat generation output of the infrared light source so that the temperature is raised and maintained at the heat treatment temperature. At this time, if the SOI layer forms a photonic band gap structure together with the silicon oxide film, the following situation occurs.

すなわち、初期段階では温度センサが検知するベースウェーハの温度は設定温度よりも低いから、赤外線光源のパワーは増加方向に制御され昇温が開始する。しかし、ＳＯＩ層側では到来した赤外線の多くが反射されるため、ベースウェーハの第二主表面側で検知される温度もなかなか上昇しない。その結果、光源の制御部は、検知温度を目標値に近づけようとして赤外線パワーをますます増加させる。つまり、反射があまり生じていない場合（例えば、ＳＯＩ層を形成しない鏡面研磨ウェーハなどに熱処理する場合）と比較して、赤外線光源のパワーはオーバー側にシフトした状態で制御されることとなる。他方、ＳＯＩ層表面からベースウェーハ側への熱伝達は、赤外線の直接入射による輻射熱伝達だけでなく、当然、周囲雰囲気からの熱伝導も関与する。そして、赤外線光源のパワーがオーバー側にシフトしていると、反射の影響を受けない周囲雰囲気の温度が異常に高まり、これと接するＳＯＩ層側の温度が過昇して、ベースウェーハの表裏の温度差も非常に大きくなる。その結果、ＳＯＩウェーハにはますます反りが生じやすくなる。しかし、本発明のごとく、ベースウェーハ全体の酸素析出物の形成密度を１×１０^９／ｃｍ^３未満に抑制すれば、このような加熱方式を採用して熱処理を行った場合においても、ＳＯＩウェーハの反りを十分に抑制することができる。 That is, in the initial stage, the temperature of the base wafer detected by the temperature sensor is lower than the set temperature, so the power of the infrared light source is controlled in the increasing direction and the temperature rise starts. However, since most of the incoming infrared rays are reflected on the SOI layer side, the temperature detected on the second main surface side of the base wafer does not rise easily. As a result, the control unit of the light source increases the infrared power more and more to bring the detected temperature closer to the target value. That is, the power of the infrared light source is controlled in a state shifted to the over side as compared with a case where reflection is not so much (for example, when heat-treating a mirror-polished wafer or the like not forming an SOI layer). On the other hand, heat transfer from the SOI layer surface to the base wafer side involves not only radiant heat transfer by direct incidence of infrared rays but also heat conduction from the ambient atmosphere. If the power of the infrared light source is shifted to the over side, the temperature of the ambient atmosphere that is not affected by the reflection is abnormally increased, and the temperature on the SOI layer side that is in contact with the temperature is excessively increased. The temperature difference is also very large. As a result, the warpage of the SOI wafer is more likely to occur. However, as in the present invention, if the formation density of oxygen precipitates in the entire base wafer is suppressed to less than 1 × 10 ⁹ / cm ³ , the SOI wafer can be obtained even when heat treatment is performed using such a heating method. Can be sufficiently suppressed.

この効果は、熱処理設定温度が例えば１０００℃以上１２００℃以下と高く、また、その設定温度までの昇温速度が例えば５０℃／秒以上１００℃／秒以下と大きい場合に特に顕著である。つまり、昇温速度が大きく設定されている場合、ウェーハの厚さ方向の熱伝導が十分進行しないうちに、赤外線光源のパワーが強められ、温度測定されるベースウェーハの第二主表面上での温度上昇は、ＳＯＩ層側の温度に対してますます遅れることになる。その結果、赤外線光源のパワーがよりオーバーシュートしやすくなり、反りも生じやすいからである。 This effect is particularly remarkable when the heat treatment set temperature is as high as 1000 ° C. or more and 1200 ° C. or less, and the rate of temperature rise to the set temperature is as high as 50 ° C./sec or more and 100 ° C./sec or less. In other words, when the heating rate is set to be large, the power of the infrared light source is increased before the heat conduction in the thickness direction of the wafer is sufficiently advanced, and the temperature is measured on the second main surface of the base wafer. The temperature rise is increasingly delayed with respect to the temperature on the SOI layer side. As a result, the power of the infrared light source is more likely to overshoot and warpage is likely to occur.

ベースウェーハ中の酸素析出物は、酸素含有率の比較的高いシリコン単結晶によりベースウェーハを構成した場合に特に発生しやすく、具体的には、石英るつぼを用いたチョクラルスキー法（ＣＺ法）により製造されたものである場合に、ＳＯＩウェーハの製造途上で加わる種々の熱履歴によって、反りの原因となる多量の酸素析出物を生じやすい。従って、ＳＯＩウェーハの製造工程において、酸素析出物を減少させる熱処理を適宜実施することが、最終的なＳＯＩウェーハの酸素析出物の形成密度を低減する観点において望ましい。 Oxygen precipitates in the base wafer are particularly likely to occur when the base wafer is composed of a silicon single crystal having a relatively high oxygen content. Specifically, the Czochralski method (CZ method) using a quartz crucible When the wafer is manufactured by the above-described method, a large amount of oxygen precipitates that cause warpage are likely to be generated due to various thermal histories applied during the manufacturing process of the SOI wafer. Therefore, in the manufacturing process of the SOI wafer, it is desirable to appropriately perform heat treatment for reducing oxygen precipitates from the viewpoint of reducing the final density of oxygen precipitates formed on the SOI wafer.

ＣＺウェーハなど、酸素濃度が比較的高いシリコン単結晶ウェーハ（バルクのシリコン単結晶の酸素濃度が例えば１２ｐｐｍａ以上２５ｐｐｍａ以下）は、結晶引上後の冷却時や、１０００℃以上の高温熱処理にて酸素を固溶化したあとの冷却時において、５００℃付近、具体的にはサーマルドナーが形成される４５０℃よりも少し高い４８０℃を形成中心温度とする温度域を通過する際に、微小酸素析出物（ＢＭＤ）の析出核（エンブリオ：寸法は通常１ｎｍ以下）を生成することが知られ、上記中心温度付近での保持時間が長いほど形成される析出核の密度も高くなる。そして、この析出核は、上記核生成温度以上であってＳｉ単結晶バルクへの再固溶に係るある臨界温度以下に保持された場合は核がＢＭＤへと成長するが、上記臨界温度よりも高温に保持すれば消滅することが知られている。ＳＯＩウェーハの製造工程上注意する必要があるのは、ＳＯＩ層とベースウェーハとの結合強度を高めるための結合熱処理が、処理能率を高めるために、バッチ式熱処理炉により、熱処理保持温度を１０００℃以上１２００℃以下に設定して、複数枚のＳＯＩウェーハに対し一括して行なう形でなされていることである。この結合熱処理は、処理温度こそ核が消滅する温度域であるが、処理容量の比較的大きいバッチ熱処理であるために、当該の設定処理温度までの昇温速度は１０〜４０℃／分と小さく、該昇温時に析出核があらかたＢＭＤに成長してしまうことになる。なお、本明細書において酸素濃度の単位は、ＪＥＩＤＡ（社団法人日本電子工業振興会の略称。現在はＪＥＩＴＡ（社団法人電子情報技術産業協会）に改称された）の基準を用いて示すものとする。 A silicon single crystal wafer having a relatively high oxygen concentration, such as a CZ wafer (the oxygen concentration of a bulk silicon single crystal is, for example, 12 ppma or more and 25 ppma or less) is oxygenated by cooling after crystal pulling or by high-temperature heat treatment at 1000 ° C. or more. At the time of cooling after the solid solution is formed, fine oxygen precipitates pass through a temperature range around 500 ° C., specifically, 480 ° C. slightly higher than 450 ° C. at which the thermal donor is formed. It is known that (BMD) precipitation nuclei (embryo: size is usually 1 nm or less), and the longer the holding time near the center temperature, the higher the density of precipitation nuclei formed. And when this precipitation nucleus is maintained above the nucleation temperature and below a certain critical temperature related to re-solution in the Si single crystal bulk, the nucleus grows into BMD. It is known to disappear if kept at a high temperature. In the manufacturing process of SOI wafers, it is necessary to pay attention to the bonding heat treatment for increasing the bonding strength between the SOI layer and the base wafer. The temperature is set to 1200 ° C. or lower and is performed in a batch for a plurality of SOI wafers. In this bonding heat treatment, the processing temperature is the temperature range where the nuclei disappear, but since the heat treatment is a batch heat treatment with a relatively large processing capacity, the temperature rising rate to the set processing temperature is as low as 10 to 40 ° C./min. The precipitation nuclei will grow into BMD when the temperature is raised. In this specification, the unit of oxygen concentration is shown using the standard of JEIDA (abbreviation of Japan Electronic Industry Promotion Association. Currently renamed JEITA (Japan Electronics and Information Technology Industries Association)). .

そこで、この結合熱処理工程に先立って、ベースウェーハ中の酸素析出物の析出核を消滅又は減少させるための核キラー熱処理を実施すると、結合熱処理時にＢＭＤに成長する析出核が大幅に減じられ、最終的に得られるＳＯＩウェーハのベースウェーハ中のＢＭＤの形成密度を容易に１×１０^９／ｃｍ^３未満とすることができる。この、核キラー熱処理は、結合熱処理よりも大きな昇温速度で設定温度に到達させる必要がある。また、熱処理保持温度は９００℃以上１２００℃以下とすることが望ましい。９００℃未満では析出核を十分に再固溶・消滅させることが困難となり、１２００℃を超える熱処理はＳＯＩウェーハの変形につながる場合がある。また、熱処理保持温度まで加熱する際には、５℃／秒以上１００）℃／秒以下の速度で昇温することが望ましい。昇温速度が５℃／秒未満では析出核がＢＭＤに成長する惧れがあり、通常の加熱装置では１００℃／秒を超える昇温速度は困難である。このような昇温速度が要求される核キラー熱処理は、赤外線ランプ加熱を用いた枚葉式の急速熱処理（Rapid Thermal Processing：ＲＴＰ）装置を用いて行なうことが好都合である。該加熱は、ＳＯＩウェーハの両面を赤外線ランプにより同時に加熱して行なうとより望ましいが、片面のみの加熱で行なうことも可能である。 Therefore, prior to this bonding heat treatment step, if a nuclear killer heat treatment is performed to eliminate or reduce the precipitation nuclei of oxygen precipitates in the base wafer, the number of precipitation nuclei that grow into BMD during the bonding heat treatment is greatly reduced. Thus, the formation density of BMD in the base wafer of the SOI wafer obtained can be easily reduced to less than 1 × 10 ⁹ / cm ³ . This nuclear killer heat treatment needs to reach a set temperature at a higher temperature rise rate than the bonding heat treatment. Further, the heat treatment holding temperature is desirably 900 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower. If it is less than 900 ° C., it is difficult to sufficiently re-dissolve / dissolve the precipitation nuclei, and heat treatment exceeding 1200 ° C. may lead to deformation of the SOI wafer. Further, when heating to the heat treatment holding temperature, it is desirable to raise the temperature at a rate of 5 ° C./second or more and 100) ° C./second or less. If the heating rate is less than 5 ° C./second, the precipitation nuclei may grow into BMD, and it is difficult to raise the heating rate exceeding 100 ° C./second with a normal heating apparatus. The nuclear killer heat treatment requiring such a rate of temperature increase is advantageously performed using a single wafer rapid thermal processing (RTP) apparatus using infrared lamp heating. The heating is more preferably performed by simultaneously heating both surfaces of the SOI wafer with an infrared lamp, but can also be performed by heating only one surface.

核キラー熱処理の雰囲気は、例えば水素雰囲気又はＡｒ雰囲気あるいはこれらの混合雰囲気を採用でき、この場合の熱処理保持温度は、９００℃以上１１００℃以下に設定して行なうことが望ましい。水素雰囲気又はＡｒ雰囲気の場合、１１００℃を超える熱処理を行なうと、熱処理中においてシリコン単結晶中への原子空孔（酸素析出の際の拡散を媒介する）の導入が促進され、ＢＭＤの形成密度を却って増加させる場合があるからである。他方、核キラー熱処理は酸素雰囲気にて行なうこともできる。酸素雰囲気下では原子空孔の導入が抑制されるため、熱処理保持温度の設定温度は、高温側により拡張された９００℃以上１２００℃以下に設定して行なうことが可能である。 As the atmosphere for the nuclear killer heat treatment, for example, a hydrogen atmosphere, an Ar atmosphere, or a mixed atmosphere thereof can be adopted. In this case, the heat treatment holding temperature is preferably set to 900 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. In the case of a hydrogen atmosphere or an Ar atmosphere, if a heat treatment exceeding 1100 ° C. is performed, the introduction of atomic vacancies (which mediate diffusion during oxygen precipitation) into the silicon single crystal is promoted during the heat treatment, and the BMD formation density This is because there is a case where it is increased on the contrary. On the other hand, the nuclear killer heat treatment can be performed in an oxygen atmosphere. Since introduction of atomic vacancies is suppressed under an oxygen atmosphere, the heat treatment holding temperature can be set at a temperature set at 900 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower which is expanded on the high temperature side.

次に、減厚工程は、貼り合わせ工程に先立って、ボンドウェーハの第二主表面側のイオン注入表面からイオンを打ち込むことにより、剥離用イオン注入層を形成する剥離用イオン注入層形成工程と、貼り合わせ工程の後、ＳＯＩ層となるべきシリコン単結晶薄層を、ボンドウェーハより剥離用イオン注入層において剥離する剥離工程とを含むものとして実施することができる（いわゆるスマートカット（商標名）法）。この場合、核キラー熱処理は、該剥離工程のあとで実施することが望ましい。剥離工程前に核キラー熱処理を実施すると、剥離用イオン注入層において一旦分離したＳＯＩ層となるべきシリコン単結晶薄層が、ボンドウェーハの残余部分と融着し、再度の分離が困難となる場合があるからである。 Next, prior to the bonding step, the thickness reduction step includes a delamination ion implantation layer forming step for forming a delamination ion implantation layer by implanting ions from the ion implantation surface on the second main surface side of the bond wafer. Then, after the bonding step, the silicon single crystal thin layer to be the SOI layer can be implemented as including a peeling step of peeling off from the bond wafer in the peeling ion implantation layer (so-called smart cut (trade name)). Law). In this case, the nuclear killer heat treatment is desirably performed after the peeling step. When the nuclear killer heat treatment is performed before the peeling process, the silicon single crystal thin layer that should become the SOI layer once separated in the ion implantation layer for peeling is fused with the remaining part of the bond wafer, and it becomes difficult to separate again. Because there is.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係るＳＯＩウェーハの製造方法の基本的な実施形態を説明するものである。まず、工程（ａ）に示すように、例えばシリコン単結晶からなるベースウェーハ７と、工程（ｂ）に示すシリコン単結晶基板からなるボンドウェーハ１とを用意する。これらのシリコン単結晶は、石英るつぼを用いた周知のチョクラルスキー法にて製造されたものであり、初期酸素含有量が例えば１２ｐｐｍａ以上２５ｐｐｍａ以下と比較的高いものが使用される。また、ボンドウェーハ１として、シリコン単結晶ウェーハ上に、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅなどの半導体単結晶をエピタキシャル成長したエピタキシャルウェーハを用いることもできる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 illustrates a basic embodiment of a method for manufacturing an SOI wafer according to the present invention. First, as shown in the step (a), for example, a base wafer 7 made of a silicon single crystal and a bond wafer 1 made of a silicon single crystal substrate shown in the step (b) are prepared. These silicon single crystals are manufactured by a well-known Czochralski method using a quartz crucible, and those having a relatively high initial oxygen content of, for example, 12 ppma to 25 ppma are used. Further, as the bond wafer 1, an epitaxial wafer obtained by epitaxially growing a semiconductor single crystal such as Si, SiGe, or Ge on a silicon single crystal wafer can also be used.

次に、工程（ｃ）に示すように、ボンドウェーハ１の少なくとも第一主表面Ｊ側に絶縁膜としてシリコン酸化膜２を形成する。このシリコン酸化膜２の形成は、例えば、ウェット酸化やドライ酸化などの熱酸化により形成することができるが、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の方法を採用することも可能である。シリコン酸化膜の膜厚ｔｘは、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の値とする。そして、工程（ｄ）に示すように、ボンドウェーハ１の第一主表面Ｊ側、本実施形態ではシリコン酸化膜２の表面をイオン注入面として、例えば水素イオンビームを照射することによりイオンを打ち込み、剥離用イオン注入層４を形成する。剥離用イオン注入層４を形成するためのイオンは、水素イオン及び希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）イオンよりなるイオン群から選ばれる少なくとも１種類とすることができる。本実施形態では水素イオンを用いるが、水素イオンに代えて、ヘリウムイオン、ネオンイオンあるいはアルゴンイオンなどの希ガスイオンを打ち込むことにより剥離用イオン注入層４を形成してもよい。 Next, as shown in step (c), a silicon oxide film 2 is formed as an insulating film on at least the first main surface J side of the bond wafer 1. The silicon oxide film 2 can be formed by, for example, thermal oxidation such as wet oxidation or dry oxidation, but a method such as CVD (Chemical Vapor Deposition) can also be employed. The film thickness tx of the silicon oxide film is set to a value not less than 10 nm and not more than 500 nm, for example. Then, as shown in step (d), ions are implanted by irradiating, for example, a hydrogen ion beam with the first main surface J side of the bond wafer 1, in this embodiment, the surface of the silicon oxide film 2 as the ion implantation surface. Then, the ion implantation layer 4 for peeling is formed. The ions for forming the peeling ion implantation layer 4 can be at least one selected from an ion group consisting of hydrogen ions and rare gas (He, Ne, Ar, Kr, Xe) ions. Although hydrogen ions are used in this embodiment, the ion implantation layer 4 for peeling may be formed by implanting rare gas ions such as helium ions, neon ions, or argon ions instead of hydrogen ions.

剥離用イオン注入層４を形成したボンドウェーハ１とベースウェーハ７とは、洗浄液にて洗浄され、さらに、工程（ｅ）に示すように、両ウェーハ１，７をイオン注入層４の形成側（すなわち第一主表面Ｊ，Ｋ側）にて貼り合わせる。そして、工程（ｆ）に示すように、その積層体を４００〜６００℃の低温にて分離熱処理することにより、ボンドウェーハ１は前記した剥離用イオン注入層４の概ね濃度ピーク位置において剥離し、ベースウェーハ７側に残留した部分がＳＯＩ層１５となる（剥離工程）。なお、剥離用イオン注入層４を形成する際のイオン注入量を高めたり、あるいは重ね合わせる面に対して予めプラズマ処理を行なって表面を活性化したりすることにより、剥離熱処理を省略できる場合もある。また、剥離後の残余のボンドウェーハ部分３は、剥離面を再研磨後、再びボンドウェーハ又はベースウェーハとして再利用が可能である。なお、上記の剥離熱処理の温度範囲は、既に説明した微小酸素析出物（ＢＭＤ）の析出核の生成温度と重なっており、該熱処理の間に析出核が増加する可能性が有る。しかし、後述の核キラー熱処理をその後実施すれば、ＢＭＤの析出核は問題なく減少させることができる。 The bond wafer 1 and the base wafer 7 on which the ion implantation layer 4 for peeling is formed are cleaned with a cleaning solution, and further, as shown in the step (e), both wafers 1 and 7 are formed on the side where the ion implantation layer 4 is formed ( That is, bonding is performed on the first main surface J, K side). And as shown to a process (f), by carrying out the separation heat processing of the laminated body at low temperature of 400-600 degreeC, the bond wafer 1 peels in the density | concentration peak position of the above-mentioned ion implantation layer 4 for peeling, The portion remaining on the base wafer 7 side becomes the SOI layer 15 (peeling process). In some cases, the heat treatment for stripping can be omitted by increasing the amount of ion implantation when forming the ion implantation layer 4 for stripping or by activating the surface by previously performing plasma treatment on the surface to be overlapped. . Further, the remaining bond wafer portion 3 after peeling can be reused again as a bond wafer or a base wafer after re-polishing the peeled surface. In addition, the temperature range of said peeling heat processing has overlapped with the formation temperature of the precipitation nucleus of the micro oxygen precipitate (BMD) already demonstrated, and a precipitation nucleus may increase during this heat processing. However, if the nuclear killer heat treatment described later is performed thereafter, the BMD precipitation nuclei can be reduced without any problem.

ＳＯＩ層の厚さは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、剥離用イオン注入層の形成深さによって調整できる。図１０に示すように、貼り合わせ後のシリコン酸化膜２の厚さｔ１とＳＯＩ層１５の厚さｔ２とは、シリコン酸化膜２をなすＳｉＯ_２の赤外波長域の屈折率をｎ１＝１．５、ＳＯＩ層１５をなすＳｉの屈折率ｎ２を３．５とし、それらシリコン酸化膜２とＳＯＩ層１５との赤外波長域における光学的厚さｔ_ＯＰをｔ_ＯＰ＝ｎ１×ｔ１＋ｎ２×ｔ２として、０．１λ＜ｔ_ＯＰ＜２λを充足し、かつ、（ｔ１×ｎ１）／（ｔ２×ｎ２）が０．２以上３以下の範囲内に設定される。 The thickness of the SOI layer is 10 nm or more and 500 nm or less, and can be adjusted by the formation depth of the ion implantation layer for peeling. As shown in FIG. 10, the thickness t1 of the silicon oxide film 2 after bonding and the thickness t2 of the SOI layer 15 are such that the refractive index in the infrared wavelength region of SiO ₂ forming the silicon oxide film 2 is n1 = 1. .5, the refractive index n2 of the Si forming the SOI layer 15 was 3.5, the optical thickness _{t OP} in the infrared wavelength region between their silicon oxide film 2 and the SOI layer _{15 t OP = n1 × t1 +} n2 × t2 As follows, 0.1λ <t _OP <2λ is satisfied, and (t1 × n1) / (t2 × n2) is set in the range of 0.2 to 3.

そして、最終的なＳＯＩウェーハを得るには、上記剥離工程後、ベースウェーハ７とＳＯＩ層１５とをシリコン酸化膜２を介して強固に結合する結合熱処理が必要である。この結合熱処理は、図６に示すように、複数枚（図では１枚のみを描いている）のウェーハ５０’をバッチ式の熱処理炉ＢＦ中にて、１０００℃以上１２５０℃以下で実施される。処理容量の比較的大きいバッチ熱処理であるために、設定処理温度までの昇温速度は１０〜４０℃／分と小さく、該昇温時に、ベースウェーハ７中の析出核Ｎが酸素析出物（ＢＭＤ）Ｐに成長する。酸素析出物Ｐ周囲においてウェーハを構成するシリコン単結晶バルク領域では、多数のスリップ転位などの結晶欠陥Ｄが導入され、強度が低下した状態となる。 In order to obtain a final SOI wafer, a bonding heat treatment for firmly bonding the base wafer 7 and the SOI layer 15 via the silicon oxide film 2 is necessary after the above-described peeling step. As shown in FIG. 6, this bonding heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C. or more and 1250 ° C. or less in a batch type heat treatment furnace BF of a plurality of wafers 50 ′ (only one is shown in the figure). . Because of the batch heat treatment having a relatively large processing capacity, the rate of temperature rise to the set processing temperature is as low as 10 to 40 ° C./min. At the time of temperature rise, the precipitation nuclei N in the base wafer 7 are oxygen precipitates (BMD). ) Grow to P. In the silicon single crystal bulk region constituting the wafer around the oxygen precipitate P, a large number of crystal defects D such as slip dislocations are introduced and the strength is lowered.

そこで、上記の結合熱処理に先立って（かつ、剥離工程の後に）、図３に示すような核キラー熱処理を行なう。すなわち、熱処理前の工程Ａの状態では、貼り合わせ体５０’のベースウェーハ７内には比較的高密度（例えば１×１０^９／ｃｍ^３以上）のＢＭＤの核Ｎが形成されている。次いで、工程Ｂに示す核キラー熱処理は、熱処理保持温度は９００℃以上１２００℃以下（望ましくは１０００℃以上１２００℃以下）とし、熱処理保持温度までの昇温を５℃／秒以上１００℃／秒以下にて行なう。この熱処理は、前述のＲＴＰ装置により行なうことができる。 Therefore, prior to the bonding heat treatment (and after the peeling step), a nuclear killer heat treatment as shown in FIG. 3 is performed. That is, in the state of Step A before the heat treatment, BMD nuclei N having a relatively high density (for example, 1 × 10 ⁹ / cm ³ or more) are formed in the base wafer 7 of the bonded body 50 ′. Next, in the nuclear killer heat treatment shown in Step B, the heat treatment holding temperature is 900 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower (desirably 1000 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower), and the temperature rise to the heat treatment holding temperature is 5 ° C./second or higher and 100 ° C./second. Do the following: This heat treatment can be performed by the RTP apparatus described above.

図２は、片面加熱式のＲＴＰ装置の一例を示すもので、被処理物たる貼り合わせ体５０’を１枚のみ収容する収容空間１４が形成された容器２と、収容空間１４内の貼り合わせ体５０’を加熱するためのタングステン−ハロゲンランプなどで構成された加熱ランプ４６とを有する。加熱ランプ４６は貼り合わせ体５０’の上面側と、加熱空隙２５を介して対向配置されている。貼り合わせ体５０’の裏面側には、反射板２８が貼り合せ体５０’と対向するように配置され、反射空隙３５を形成している。反射板２８には、貼り合わせ体５０’の裏面側（つまりベースウェーハの第二主表面側）の温度を測定するためのグラスファイバ３０（図示しない放射温度計に接続されている）の末端が露出している。そして、グラスファイバ３０を介して反射空隙３５より取り出される熱線が、温度検出部をなす周知の放射温度計により個別に検出され、温度信号に変換される。複数の加熱ランプ４６は、グラスファイバ３０による各測温位置に対応して配置されたものが、独立して出力制御できるようにしてある。 FIG. 2 shows an example of a single-sided heating type RTP apparatus, in which a container 2 in which an accommodation space 14 for accommodating only one bonded body 50 ′ as an object to be processed is formed, and bonding in the accommodation space 14 are bonded. And a heating lamp 46 composed of a tungsten-halogen lamp for heating the body 50 '. The heating lamp 46 is disposed opposite to the upper surface side of the bonded body 50 ′ with the heating gap 25 interposed therebetween. On the back side of the bonded body 50 ′, the reflection plate 28 is disposed so as to face the bonded body 50 ′, and a reflection gap 35 is formed. The reflection plate 28 has an end of a glass fiber 30 (connected to a radiation thermometer (not shown)) for measuring the temperature of the back surface side of the bonded body 50 ′ (that is, the second main surface side of the base wafer). Exposed. And the heat ray taken out from the reflective space | gap 35 via the glass fiber 30 is separately detected with the known radiation thermometer which makes a temperature detection part, and is converted into a temperature signal. The plurality of heating lamps 46 arranged corresponding to the respective temperature measuring positions by the glass fiber 30 can be independently controlled in output.

上記のような急速昇温により、図３の工程Ｂに示すように、ベースウェーハ中に形成されていた析出核Ｎは、ＢＭＤに成長する前にシリコン単結晶バルクに固溶できる温度に到達するので、熱処理後の核の形成密度を大幅に低減できる。その結果、図３の工程Ｃのように結合熱処理を行った後も、析出核Ｎの数が減じられているために、その成長により顕在化する酸素析出物Ｐの形成密度も１×１０^９／ｃｍ^３以下（望ましくは、５×１０^８／ｃｍ^３以下）に低減することができる。 Due to the rapid temperature increase as described above, as shown in Step B of FIG. 3, the precipitation nuclei N formed in the base wafer reach a temperature at which it can be dissolved in the silicon single crystal bulk before growing into BMD. Therefore, the nucleus formation density after heat treatment can be greatly reduced. As a result, since the number of precipitation nuclei N is reduced even after performing the bonding heat treatment as in Step C of FIG. 3, the formation density of the oxygen precipitates P that is manifested by the growth is 1 × 10 ^9. / Cm ³ or less (desirably, 5 × 10 ⁸ / cm ³ or less).

核キラー熱処理を上記のような片面ＲＴＰ装置にて行なう場合は、図３に示すように、ＳＯＩ層１５側で赤外線照射を行なうこともできるし、ＳＯＩ層側での反射の影響を軽減する観点からは、図４に示すように、ベースウェーハ７の第二主表面（裏面）側にて赤外線ＩＲを照射することがより望ましい。また、より均一な加熱を行なうために、図５に示すように、貼り合わせ体５０’の両面に赤外線ＩＲを照射して加熱を行なうようにしてもよい。核キラー熱処理の雰囲気は水素雰囲気又はＡｒ雰囲気あるいはこれらの混合雰囲気とすることができる（圧力は例えば１０^３Ｐａ以上１０^６Ｐａ以下）。この場合核キラー熱処理の保持温度は１１００℃以下とするのがよい。一方、核キラー熱処理の雰囲気として酸素含有雰囲気（圧力は例えば１気圧）を用いることもでき、この場合は、望ましい保持温度範囲の上限を１２００℃まで拡張できる。なお、酸素含有雰囲気としては、例えばＯ_２／Ｎ_２混合雰囲気やＯ_２１００％雰囲気とすることができる。 When the nuclear killer heat treatment is performed with the above-described single-sided RTP apparatus, as shown in FIG. 3, infrared irradiation can be performed on the SOI layer 15 side, and the viewpoint of reducing the influence of reflection on the SOI layer side. From FIG. 4, it is more desirable to irradiate infrared IR on the second main surface (back surface) side of the base wafer 7 as shown in FIG. Moreover, in order to perform more uniform heating, as shown in FIG. 5, you may make it heat by irradiating infrared rays IR to both surfaces of bonding body 50 '. The atmosphere of the nuclear killer heat treatment can be a hydrogen atmosphere, an Ar atmosphere, or a mixed atmosphere thereof (pressure is, for example, 10 ³ Pa or more and 10 ⁶ Pa or less). In this case, the holding temperature of the nuclear killer heat treatment is preferably 1100 ° C. or lower. On the other hand, an oxygen-containing atmosphere (pressure is, for example, 1 atm) can be used as the atmosphere for the nuclear killer heat treatment. In this case, the upper limit of the desirable holding temperature range can be extended to 1200 ° C. As the oxygen-containing atmosphere, for example, an O ₂ / N ₂ mixed atmosphere or an O ₂ 100% atmosphere can be used.

結合熱処理により得られたＳＯＩウェーハ５０は、デバイス化に際して種々の熱処理が実施される。例えばイオン注入法によりドーピング領域をパターニング形成する場合、イオン注入直後のドーパントはキャリア源として活性化していないので、これを活性化するための熱処理が行われる。例えば、Ｂドープの場合、活性加熱処理の温度は例えば１１００℃以上１２００℃以下である。この熱処理も、図２と同様のＲＴＰ装置１を用いて行われ（被処理物はＳＯＩウェーハ５０である）、熱処理温度までの昇温速度が５０℃／秒以上１００℃／秒以下（例えば、７５℃／秒）に設定される急速加熱とされる。ＳＯＩウェーハ５０は、ＳＯＩ層が加熱ランプ４６側に面するよう上面側に配置される。加熱ランプ４６が発する赤外線は、例えば図１２に示すような連続スペクトルを有する、ピーク波長λが０．７μｍ以上２μｍ以下の近赤外線である（核キラー熱処理でも同じ赤外線が使用される）。 The SOI wafer 50 obtained by the bonding heat treatment is subjected to various heat treatments for device fabrication. For example, when the doping region is patterned by ion implantation, since the dopant immediately after ion implantation is not activated as a carrier source, heat treatment for activating this is performed. For example, in the case of B dope, the temperature of the active heat treatment is, for example, 1100 ° C. or more and 1200 ° C. or less. This heat treatment is also performed using the same RTP apparatus 1 as in FIG. 2 (the object to be processed is an SOI wafer 50), and the rate of temperature rise to the heat treatment temperature is 50 ° C./second or more and 100 ° C./second or less (for example, Rapid heating set to 75 ° C./second). The SOI wafer 50 is arranged on the upper surface side so that the SOI layer faces the heating lamp 46 side. The infrared ray emitted from the heating lamp 46 is a near infrared ray having a continuous spectrum as shown in FIG. 12 and having a peak wavelength λ of 0.7 μm or more and 2 μm or less (the same infrared ray is also used in the nuclear killer heat treatment).

図９は、昇温プロファイルと加熱ランプ４６のパワー制御プロファイルとの一例（ウェーハ面内を複数点測定）を、ＳＯＩウェーハと参考用の鏡面ウェーハ（シリコン単結晶ウェーハ）とで対比して示すグラフである。鏡面ウェーハでは、７５℃／秒の昇温プロファイルを実現するのに、パワー制御プロファイルは、瞬時的な値を除いては、フルパワーのほぼ７０％以下に収まっており、加熱ランプ４６が過昇している気配はない。しかし、ＳＯＩウェーハの場合は、昇温途上でフルパワーの８０％を超える著しいオーバーシュートが生じていること事がわかる。この理由は、以下のようなものであると考えられる。 FIG. 9 is a graph showing an example of the temperature rise profile and the power control profile of the heating lamp 46 (measurement of a plurality of points in the wafer surface) in comparison with an SOI wafer and a reference mirror wafer (silicon single crystal wafer). It is. In the mirror wafer, a temperature control profile of 75 ° C./second is realized, but the power control profile is almost 70% or less of the full power except for an instantaneous value, and the heating lamp 46 is overheated. There is no sign of doing. However, in the case of the SOI wafer, it can be seen that a remarkable overshoot exceeding 80% of the full power occurs during the temperature rising. The reason is considered as follows.

ベースウェーハ７上にシリコン酸化膜２とＳＯＩ層１５とが１層ずつ形成された構造において、前述のごとく、シリコン酸化膜２の厚さｔ１とＳＯＩ層１５の厚さｔ２とが、シリコン酸化膜２をなすＳｉＯ_２の赤外波長域の屈折率をｎ１＝１．５、ＳＯＩ層１５をなすＳｉの屈折率ｎ２を３．５とし、それらシリコン酸化膜２とＳＯＩ層１５との、熱処理に使用する赤外波長域における光学的厚さｔ_ＯＰをｔ_ＯＰ＝ｎ１×ｔ１＋ｎ２×ｔ２としたとき、使用する赤外線のピーク波長をλ（図１２参照）として、０．１λ＜ｔ_ＯＰ＜２λを充足し、かつ、（ｔ１×ｎ１）／（ｔ２×ｎ２）が０．２以上３以下となるように、各層厚ｔ１とｔ２とが選択されている場合、図１０に示すような前述の一次元フォトニックバンドギャップ構造の形成により、ＳＯＩ層１５側で赤外線ＩＲの強い反射が起こる。図２のような片面加熱方式のＲＴＰ装置１では、図１１に示すように、ＳＯＩ層１５側では到来した赤外線の多くが反射されるため、ベースウェーハ７の第二主表面側で検知される温度もなかなか上昇しない。その結果、加熱ランプ４６の制御部は、検知温度を目標値に近づけようとしてパワーをますます増加させ、前述のようなオーバーシュートが生ずるのである。ＳＯＩ層１５表面からベースウェーハ７側への熱伝達は、赤外線の直接入射による輻射熱伝達だけでなく、当然、周囲雰囲気からの熱伝導も関与する。そして、加熱ランプ４６のパワーがオーバー側にシフトしていると、反射の影響を受けない周囲雰囲気の温度が異常に高まり、これと接するＳＯＩ層１５側の温度が過昇して、ベースウェーハ７の表裏の温度差も非常に大きくなる。 In the structure in which the silicon oxide film 2 and the SOI layer 15 are formed on the base wafer 7 one by one, as described above, the thickness t1 of the silicon oxide film 2 and the thickness t2 of the SOI layer 15 are the silicon oxide film. The refractive index in the infrared wavelength region of SiO ₂ forming ₂ is n1 = 1.5, the refractive index n2 of Si forming the SOI layer 15 is 3.5, and the silicon oxide film 2 and the SOI layer 15 are subjected to heat treatment. When the optical thickness t _OP in the infrared wavelength range to be used is t _OP = n1 × t1 + n2 × t2, the peak wavelength of the infrared to be used is λ (see FIG. 12), and 0.1λ <t _OP <2λ When the layer thicknesses t1 and t2 are selected so that both are satisfied and (t1 × n1) / (t2 × n2) is 0.2 or more and 3 or less, the above-described first order as shown in FIG. For formation of original photonic band gap structure Ri, strong reflection occurs with infrared IR in the SOI layer 15 side. In the single-sided heating type RTP apparatus 1 as shown in FIG. 2, as shown in FIG. 11, most of the incoming infrared rays are reflected on the SOI layer 15 side, so that it is detected on the second main surface side of the base wafer 7. The temperature does not rise easily. As a result, the control unit of the heating lamp 46 increases the power more and more so as to bring the detected temperature closer to the target value, and the above-described overshoot occurs. The heat transfer from the surface of the SOI layer 15 to the base wafer 7 side involves not only radiant heat transfer by direct incidence of infrared rays but also heat conduction from the surrounding atmosphere. When the power of the heating lamp 46 is shifted to the over side, the temperature of the surrounding atmosphere that is not affected by the reflection is abnormally increased, and the temperature on the SOI layer 15 side in contact with the temperature is excessively increased. The temperature difference between the front and back is also very large.

このとき、図６に示すように、ベースウェーハ７の酸素析出物Ｐの形成密度が高くなっていると、酸素析出物Ｐの周囲への結晶欠陥導入により強度の低下したＳＯＩウェーハ５０は、図１１に示すように、高温側となるＳＯＩ層１５側の面内方向の熱膨張が大きくなり、上に凸となるように強い反りを生ずる。例えば、図８に示すように、フォトリソグラフィー工程により第一導電型のイオン注入領域（例えばＢの場合はｐ型の領域）をパターニング形成し、次にこれを活性化させるために急速加熱熱処理を実施すると反りが発生する。この反りが発生した状態で、さらに第二導電型のイオン注入領域（例えばＰの場合はｎ型の領域）をパターニング形成しようとすると、反り発生による面内変位によってマスクがＳＯＩ層に対して相対的な位置ずれを起こし、形成される第二導電型のイオン注入領域の位置もずれやすくなる問題がある。 At this time, as shown in FIG. 6, when the formation density of the oxygen precipitates P of the base wafer 7 is high, the SOI wafer 50 whose strength is reduced by introducing crystal defects around the oxygen precipitates P is shown in FIG. 11, the thermal expansion in the in-plane direction on the SOI layer 15 side, which is the high temperature side, increases, and a strong warp is generated so as to protrude upward. For example, as shown in FIG. 8, a first conductivity type ion implantation region (for example, a p-type region in the case of B) is formed by patterning by a photolithography process, and then a rapid heat treatment is performed to activate the ion implantation region. When implemented, warping occurs. If the second conductivity type ion implantation region (for example, an n-type region in the case of P) is to be formed by patterning in a state where the warp has occurred, the mask is relatively moved relative to the SOI layer due to the in-plane displacement due to the warp. There is a problem that the position of the ion-implanted region of the second conductivity type is easily shifted.

しかし、図３のように、ベースウェーハ７全体の酸素析出物Ｐの形成密度を１×１０^９／ｃｍ^３未満に抑制すれば、このような加熱方式を採用してデバイス化時の熱処理を行った場合においても、ＳＯＩウェーハ５０の反りを十分に抑制することができ、ひいては図８のごときパターンずれ不良などの発生も効果的に抑制することができる。 However, as shown in FIG. 3, if the formation density of the oxygen precipitates P in the entire base wafer 7 is suppressed to less than 1 × 10 ⁹ / cm ³ , heat treatment at the time of device fabrication is performed using such a heating method. Even in this case, the warpage of the SOI wafer 50 can be sufficiently suppressed, and as a result, the occurrence of defective pattern deviation as shown in FIG. 8 can be effectively suppressed.

以下、本発明の効果を確認するために行なった実験結果について説明する。まず、酸素濃度が１６ｐｐｍａ及び２０ｐｐｍａの２種のＣＺシリコン単結晶基板（直径２００ｍｍ、厚さ６２５μｍ）をベースウェーハとして用意した。そして、該ベースウェーハを用いて図１の工程に従い、シリコン酸化膜の厚さｔ１を０．１５μｍとし、ＳＯＩ層の厚さｔ２が０．０５μｍ（（ｔ１×ｎ１）／（ｔ２×ｎ２）＝１．２９）となるように水素イオン注入した後、ボンドウェーハを貼り合せ、５００℃にて剥離熱処理（図１の工程（ｆ））を行なった。そして、該剥離熱処理後の貼り合せ体に、水素雰囲気下でＲＴＰ装置により、種々の温度及び時間にて核キラー熱処理を行ない、次いで図６に示すようなバッチ式の熱処理炉中にて１１００℃で１２０分結合熱処理することにより、種々のＳＯＩウェーハサンプルを得た。結合熱処理後のベースウェーハは、周知のＯＰＰ（Optical Precipitate Profiler）にてＢＭＤを計測し、その形成密度を算出した。結果を図７に示す。核キラー熱処理温度９００度℃以上でＢＭＤ密度の減少効果が生じ始め、特に、１０００℃以上１１００℃以下で効果が最も顕著であることがわかる。 Hereinafter, experimental results performed to confirm the effects of the present invention will be described. First, two types of CZ silicon single crystal substrates (diameter 200 mm, thickness 625 μm) having an oxygen concentration of 16 ppma and 20 ppma were prepared as base wafers. Then, using the base wafer, the thickness t1 of the silicon oxide film is set to 0.15 μm, and the thickness t2 of the SOI layer is 0.05 μm ((t1 × n1) / (t2 × n2) = After hydrogen ion implantation was performed so as to satisfy 1.29), the bond wafer was bonded, and a peeling heat treatment (step (f) in FIG. 1) was performed at 500 ° C. Then, the bonded body after the peeling heat treatment is subjected to a nuclear killer heat treatment at various temperatures and times using an RTP apparatus in a hydrogen atmosphere, and then 1100 ° C. in a batch heat treatment furnace as shown in FIG. Various SOI wafer samples were obtained by bonding heat treatment for 120 minutes. For the base wafer after the bonding heat treatment, BMD was measured by a well-known OPP (Optical Precipitate Profiler), and the formation density was calculated. The results are shown in FIG. It can be seen that the effect of decreasing the BMD density starts to occur when the nuclear killer heat treatment temperature is 900 ° C. or higher, and particularly, the effect is most remarkable at 1000 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower.

上記のＳＯＩウェーハサンプルのうち核キラー熱処理を３０秒行なったものに対し、模擬デバイス化工程として、片面加熱式のＲＴＰ装置（赤外線の中心波長：１μｍ）を用いて、昇温速度７５℃／秒で１１００℃まで昇温し、６０秒保持した後加熱停止する処理を行なった。そして、その模擬デバイス化工程が終了したＳＯＩウェーハサンプル反り量を、市販のフラットネス測定機（ＡＤＥ社製）により測定した。以上の結果を表１に示す。 Of the above SOI wafer samples, those subjected to nuclear killer heat treatment for 30 seconds, using a single-sided heating type RTP apparatus (infrared center wavelength: 1 μm) as a simulated device process, a heating rate of 75 ° C./second The temperature was raised to 1100 ° C., and after 60 seconds, the heating was stopped. Then, the amount of warpage of the SOI wafer sample for which the simulated device forming step was completed was measured with a commercially available flatness measuring machine (manufactured by ADE). The results are shown in Table 1.

この結果によると、適正な温度範囲で核キラー熱処理を施したサンプルは、反り量が顕著に少なくなっていることがわかる。 According to this result, it can be seen that the amount of warpage is significantly reduced in the sample subjected to the nuclear killer heat treatment in an appropriate temperature range.

ＳＯＩウェーハの製造工程の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the manufacturing process of an SOI wafer. ＲＴＰ装置の一例を示す断面斜視図。The cross-sectional perspective view which shows an example of an RTP apparatus. 核キラー熱処理の効果説明図。Explanatory drawing of the effect of nuclear killer heat treatment. 核キラー熱処理のより望ましい実施形態を示す模式図。The schematic diagram which shows more desirable embodiment of nuclear killer heat processing. 核キラー熱処理の別のより望ましい実施形態を示す模式図。The schematic diagram which shows another more desirable embodiment of nuclear killer heat processing. 結合熱処理と酸素析出物生成との関係を説明する模式図。The schematic diagram explaining the relationship between bond heat processing and oxygen precipitate production | generation. 核キラー熱処理温度と酸素析出物の形成密度との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the nuclear killer heat processing temperature and the formation density of an oxygen precipitate. デバイス化時の熱処理によるＳＯＩ基板の反りが引き起こす問題点を説明する図。10A and 10B illustrate a problem caused by warping of an SOI substrate due to heat treatment during device fabrication. 片面加熱型ＲＴＰ装置による昇温プロファイルと加熱パワーの制御プロファイルとの関係を、ＳＯＩウェーハと鏡面研磨ウェーハとで比較して示すグラフ。The graph which shows the relationship between the temperature rising profile by a single-sided heating type RTP apparatus, and the control profile of heating power by comparing with an SOI wafer and a mirror-polished wafer. フォトニックバンドギャップ構造の形成によるＳＯＩ層側での赤外線反射の様子を模式的に示す図。The figure which shows typically the mode of the infrared rays reflection in the SOI layer side by formation of a photonic band gap structure. 片面加熱型ＲＴＰ装置においてＳＯＩウェーハに反りが発生する機構を説明する模式図。The schematic diagram explaining the mechanism in which the curvature generate | occur | produces in a SOI wafer in a single-sided heating type RTP apparatus. ＲＴＰ装置に使用する赤外線光源のスペクトルを幾つか例示して示す図。The figure which illustrates some spectrums of the infrared light source used for a RTP apparatus. 種々の層厚関係を満たすＳＯＩ層／シリコン酸化膜の入射赤外線の波長と反射率との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the wavelength of the incident infrared rays of the SOI layer / silicon oxide film which satisfy | fills various layer thickness relationships, and a reflectance.

符号の説明Explanation of symbols

１ボンドウェーハ
２シリコン酸化膜
７ベースウェーハ
１５ＳＯＩ層
５０ＳＯＩウェーハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bond wafer 2 Silicon oxide film 7 Base wafer 15 SOI layer 50 SOI wafer

Claims

シリコン単結晶からなるベースウェーハの第一主表面に、シリコン酸化膜を介して半導体単結晶からなるＳＯＩ層が結合された構造を有し、かつ、前記ＳＯＩ層側において、ピーク波長λが０．７μｍ以上２μｍ以下の赤外線照射による熱処理を行うＳＯＩウェーハの製造方法であって、
シリコン単結晶からなるベースウェーハの第一主表面と、半導体単結晶からなるボンドウェーハの第二主表面とを、それら各主表面の少なくともいずれかに形成されたシリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記ボンドウェーハの厚みを減じてＳＯＩ層となす減厚工程と、前記シリコン酸化膜を介した前記ＳＯＩ層の前記ベースウェーハに対する結合を増加するための結合熱処理工程とを有し、
貼り合わせ後の前記シリコン酸化膜の厚さｔ１と前記ＳＯＩ層の厚さｔ２とが、前記シリコン酸化膜をなすＳｉＯ_２の赤外波長域の屈折率をｎ１、ＳＯＩ層をなす半導体の屈折率をｎ２とし、それらシリコン酸化膜とＳＯＩ層との前記赤外波長域における光学的厚さｔ_ＯＰをｔ_ＯＰ＝ｎ１×ｔ１＋ｎ２×ｔ２として、０．１λ＜ｔ_ＯＰ＜２λを充足し、かつ、（ｔ１×ｎ１）／（ｔ２×ｎ２）が０．２以上３以下の範囲内に設定され、
さらに、前記結合熱処理工程に先立って、前記ベースウェーハ中の酸素析出物の析出核を消滅又は減少させるための核キラー熱処理を実施し、前記核キラー熱処理前の前記ベースウェーハ中の酸素析出物の析出核の密度が１×１０ ^９／ｃｍ ^３以上であり、前記核キラー熱処理を実施することにより、前記結合熱処理後の前記ベースウェーハ中の酸素析出物の形成密度を１×１０^９／ｃｍ^３未満に調整し、
前記赤外線照射による熱処理が前記ＳＯＩ層の第一主表面側にのみ配置された赤外線光源により行われることを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。 The first main surface of a base wafer made of silicon single crystal has a structure in which an SOI layer made of a semiconductor single crystal is bonded via a silicon oxide film, and the peak wavelength λ is 0. A method for manufacturing an SOI wafer which performs a heat treatment by infrared irradiation of 7 μm or more and 2 μm or less,
Affixing the first main surface of a base wafer made of silicon single crystal and the second main surface of a bond wafer made of semiconductor single crystal through a silicon oxide film formed on at least one of these main surfaces A bonding step, a thickness reduction step for reducing the thickness of the bond wafer to form an SOI layer, and a bonding heat treatment step for increasing the bonding of the SOI layer to the base wafer via the silicon oxide film,
The thickness t1 of the silicon oxide film after bonding and the thickness t2 of the SOI layer are n1 as the refractive index in the infrared wavelength region of SiO ₂ forming the silicon oxide film, and the refractive index of the semiconductor forming the SOI layer. N2 and the optical thickness t _OP of the silicon oxide film and the SOI layer in the infrared wavelength region is t _OP = n1 × t1 + n2 × t2, and 0.1λ <t _OP <2λ is satisfied, and (T1 × n1) / (t2 × n2) is set within the range of 0.2 to 3,
Further, prior to the bonding heat treatment step, a nuclear killer heat treatment for eliminating or reducing the precipitation nuclei of the oxygen precipitates in the base wafer is performed, and the oxygen precipitates in the base wafer before the nuclear killer heat treatment are performed. The density of precipitation nuclei is 1 × 10 ⁹ / cm ³ or more, and by performing the nuclear killer heat treatment, the density of formation of oxygen precipitates in the base wafer after the bonding heat treatment is 1 × 10 ⁹ / cm ^3. Adjust to less than
A method for manufacturing an SOI wafer, wherein the heat treatment by the infrared irradiation is performed by an infrared light source disposed only on the first main surface side of the SOI layer.

前記ＳＯＩ層がシリコン単結晶からなることを特徴とする請求項１記載のＳＯＩウェーハの製造方法。 2. The method of manufacturing an SOI wafer according to claim 1, wherein the SOI layer is made of a silicon single crystal.

前記ベースウェーハとして、石英るつぼを用いたチョクラルスキー法により製造されたものを使用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。 3. The method for manufacturing an SOI wafer according to claim 1, wherein a wafer manufactured by a Czochralski method using a quartz crucible is used as the base wafer.

前記核キラー熱処理は、熱処理保持温度を１０００℃以上１２００℃以下として、前記熱処理保持温度まで加熱する際に５℃／秒以上１００℃／秒以下の速度で昇温することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。 Wherein said nuclear killer heat treatment, the heat treatment holding temperature of less 1200 ° C. 10 00 ° C. or more, and a 5 ° C. / sec or higher 100 ° C. / sec increasing the temperature at a rate at the time of heating to the heat treatment holding temperature Item 4. The method for producing an SOI wafer according to any one of Items 1 to 3 .

前記核キラー熱処理を、赤外線ランプ加熱を用いた枚葉式の急速熱処理装置を用いて行なうことを特徴とする請求項４記載のＳＯＩウェーハの製造方法。 5. The method for manufacturing an SOI wafer according to claim 4 , wherein the nuclear killer heat treatment is performed using a single wafer rapid heat treatment apparatus using infrared lamp heating.

前記核キラー熱処理を、水素雰囲気又はＡｒ雰囲気あるいはこれらの混合雰囲気にて、前記熱処理保持温度を１０００℃以上１１００℃以下に設定して行なうことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。 Wherein said nuclear killer heat treatment, under a hydrogen atmosphere or Ar atmosphere or a mixed atmosphere to claim 4 or claim 5, wherein the performing by setting the heat treatment holding temperature to 10 00 ° C. or higher 1100 ° C. or less SOI wafer manufacturing method.

前記核キラー熱処理を、酸素含有雰囲気にて、前記熱処理保持温度を１０００℃以上１２００℃以下に設定して行なうことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。 The nuclear killer heat treatment, in an oxygen-containing atmosphere, the method for manufacturing an SOI wafer according to claim 4 or claim 5, wherein the performing by setting the heat treatment holding temperature to 10 00 ° C. or higher 1200 ° C. or less.

前記減厚工程は、前記貼り合わせ工程に先立って、前記ボンドウェーハの前記第二主表面側のイオン注入表面からイオンを打ち込むことにより、剥離用イオン注入層を形成する剥離用イオン注入層形成工程と、前記貼り合わせ工程の後、前記ＳＯＩ層となるべき半導体単結晶薄層を、前記ボンドウェーハより前記剥離用イオン注入層において剥離する剥離工程とを含み、前記核キラー熱処理を該剥離工程のあとで実施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項に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。 Prior to the bonding step, the thickness reducing step is a peeling ion implantation layer forming step for forming a peeling ion implantation layer by implanting ions from the ion implantation surface on the second main surface side of the bond wafer. And after the bonding step, a peeling step of peeling the semiconductor single crystal thin layer to be the SOI layer from the bond wafer at the peeling ion implantation layer, and performing the nuclear killer heat treatment in the peeling step. method for manufacturing an SOI wafer according to any one of claims 1 to 7, characterized in that later performed.