JP6686962B2 - 貼り合わせウェーハの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウェーハの製造方法に関する。
半導体素子用のウェーハの一つとして、絶縁膜であるシリコン酸化膜の上にシリコン層を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハがある。このＳＯＩウェーハは、デバイス作製領域となる基板表層部のシリコン層（以下、ＳＯＩ層と呼ぶことがある）が埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層）により基板内部と電気的に分離されているため、寄生容量が小さく、耐放射性能力が高いなどの特徴を有する。そのため、高速・低消費電力動作、ソフトエラー防止などの効果が期待され、高性能半導体素子用の基板として有望視されている。
ＳＯＩウェーハを製造する代表的な方法として、ウェーハ貼り合わせ法やＳＩＭＯＸ法が挙げられる。ウェーハ貼り合わせ法は、作製されるＳＯＩ層やＢＯＸ層の厚さが自由に設定できるという優位性があるため、様々なデバイス用途に適用することが可能である。特に、ウェーハ貼り合わせ法の一つであるイオン注入剥離法によれば、ウェーハ全面で安定したデバイス特性を得ることができる。
しかしながら、イオン注入剥離法では、結晶方位をもつ単結晶材料に、イオン注入を行うため、チャネリング効果を考慮せずにイオン注入を行うと、一部のイオンが深い位置まで打ち込まれてしまうため、注入深さ均一性の悪化や、注入ピーク位置濃度の低下が起き、剥離後の膜厚均一性が悪化したり、剥離が出来ないなどの問題が発生してしまう。
この対策として、例えば非特許文献１では、単結晶材料で、（１００）方位を持つシリコンウェーハなどは、イオン注入角度を７度にする方法が挙げられている。
特開２０１２−２４８７３９号公報 特開２０１４−１１２７２号公報
ここまで来たイオン注入技術 布施玄秀 工業調査会 １９９１年
しかしながら、バッチ式イオン注入機を使用した場合、チャネリング効果を考慮し、ウェーハの結晶軸に対して注入角度を傾けてイオン注入を行っても、イオン注入深さの面内均一性が悪化する問題があった。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、イオン注入工程においてイオン注入深さの面内均一性の悪化を抑制することができ、剥離後の薄膜厚さの面内均一性に優れた貼り合わせウェーハを製造することができる貼り合わせウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、回転体と該回転体に設けられ基板を配置する複数のウェーハ保持具とを備え、該ウェーハ保持具に配置され公転している複数の基板にイオン注入するバッチ式イオン注入機を使用し、ボンドウェーハの表面からイオン注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、前記ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接あるいは絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する剥離工程を有する貼り合わせウェーハの製造方法において、前記ボンドウェーハへのイオン注入工程を、前記ボンドウェーハの表面に絶縁膜を形成せずに、又は、前記ボンドウェーハの表面に形成した厚さ５０ｎｍ以下の絶縁膜を通し、かつ、前記ボンドウェーハの結晶軸に対して注入角度を傾けて軽元素イオンのビームを照射するものとし、前記軽元素イオンのビーム中心が、前記ボンドウェーハの中心から前記ボンドウェーハの表面における前記回転体の中心方向と平行な方向に所定量ずれた位置を照射するように、前記ボンドウェーハの全面に前記軽元素イオンのビームを照射してイオン注入を行うことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法を提供する。
このような貼り合わせウェーハの製造方法であれば、イオン注入工程においてイオン注入深さの面内均一性の悪化を抑制することができ、剥離後の薄膜厚さの面内均一性の悪化を抑制することができる。
またこの場合、前記軽元素イオンを、水素イオン又はヘリウムイオンとすることが好ましい。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法は、このような軽元素イオンを注入する場合に特に有効である。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法であれば、イオン注入工程においてイオン注入深さの面内均一性の悪化を抑制することができ、剥離後の薄膜厚さの面内均一性に優れた貼り合わせウェーハ、特には、ＳＯＩ層膜厚の面内均一性に優れたＳＯＩウェーハを製造することができる。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法のイオン注入工程における、軽元素イオンのビーム中心位置を説明した図である。 本発明で使用するバッチ式イオン注入機の一例を示した概略図である。 イオン注入においてＡｒイオンのビーム照射を行う場合の、イオンビームの軌道を説明する図である。 イオン注入において軽元素イオンのビーム照射を行う場合の、従来のイオンビームの軌道を説明する図である。 従来のイオン注入における、ウェーハ表面における回転体の中心方向と平行な方向のＨ＋イオンビームのビーム電流分布を説明したグラフである。 本発明のイオン注入工程における、ウェーハ表面における回転体の中心方向と平行な方向のＨ＋イオンビームのビーム電流分布を説明したグラフである。 実験例１におけるＳＯＩ層膜厚の面内分布（膜厚レンジ）の測定結果を示したグラフである。 実験例２におけるＳＯＩ層膜厚の面内分布（膜厚レンジ）の測定結果を示したグラフである。
イオン注入工程において、例えば、チャネリング効果を抑制するためにボンドウェーハとしてオフアングル付きのウェーハを用い、ウェーハ表面に対し垂直にイオン注入を行う際、軽元素イオン以外、例えばＡｒイオンのビームの照射を行う場合、図３に示すように、フィラメント７を有するイオン源４からビームを取り出すための引出電極５の位置は、イオン源４のほぼ中心位置に配置される。その引出電極５によって取り出されたイオンビームは、質量分析器６に導入された後、質量分析器外部のウェーハ保持具に設置されたウェーハ３の中心とイオンビームの中心が一致するように、質量分析器内部の磁場によってその軌道をほぼ直角に曲げられる。この結果、イオンビームはウェーハ中心に対して垂直に照射されることになる。
一方、図４に示すように、水素イオン等の軽元素イオンの注入を行う場合、軽元素イオンは軽いので、イオン源磁場の影響によりイオン源４から取り出されたイオンビームの軌道が若干曲げられてしまう。そのため、引出電極位置を調整する（図４では図中の下方向へ３．１ｍｍ移動させる）ことによって、イオンビームが引出電極５に衝突してビーム電流が低下することを防止している。
そして、上記のようにイオンビームの軌道が若干曲げられた状態で質量分析器６に導入された後は、質量分析器外部のウェーハ保持具に設置されたウェーハ３の中心とイオンビームの中心が一致するように、質量分析器内部の磁場によってその軌道を曲げて照射されるのが通常である。しかしながら、このようにウェーハ３の中心とイオンビームの中心が一致するように軌道を曲げると、図４に示される通り、イオンビームはウェーハ中心に対して垂直に照射されず、イオン源磁場で曲げられた分に相当する若干の角度をもって照射されることになる。
このように、バッチ式イオン注入機で水素イオンなどの軽元素をイオン注入する場合、イオン源磁場の影響によりイオン源から取り出されたイオンビームの軌道が若干曲げられてしまうため、若干の角度ズレをもってウェーハに注入されてしまう。
そして本発明者は、単結晶からなるボンドウェーハの表面に絶縁膜を形成せず、或いは、薄い絶縁膜を形成してバッチ式イオン注入機でイオン注入を行う場合、この角度ズレがチャネリングに影響を及ぼし、結果としてイオン注入深さの面内均一性（剥離後の薄膜厚さの面内均一性）を悪化させていることを発見した。
更に、本発明者は上記の問題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、軽元素イオンを注入する際、イオンビームの照射位置をボンドウェーハの中心から適切にずらした状態で、ボンドウェーハの全面へのイオン注入を行うことで、イオン注入深さの面内均一性（剥離後の薄膜厚さの面内均一性）の悪化が抑制されることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明は、回転体と該回転体に設けられ基板を配置する複数のウェーハ保持具とを備え、該ウェーハ保持具に配置され公転している複数の基板にイオン注入するバッチ式イオン注入機を使用し、ボンドウェーハの表面からイオン注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、前記ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接あるいは絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する剥離工程を有する貼り合わせウェーハの製造方法において、前記ボンドウェーハへのイオン注入工程を、前記ボンドウェーハの表面に絶縁膜を形成せずに、又は、前記ボンドウェーハの表面に形成した厚さ５０ｎｍ以下の絶縁膜を通し、かつ、前記ボンドウェーハの結晶軸に対して注入角度を傾けて軽元素イオンのビームを照射するものとし、前記軽元素イオンのビーム中心が、前記ボンドウェーハの中心から前記ボンドウェーハの表面における前記回転体の中心方向と平行な方向に所定量ずれた位置を照射するように、前記ボンドウェーハの全面に前記軽元素イオンのビームを照射してイオン注入を行うことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法を提供する。
以下、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法を説明する。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法におけるイオン注入工程では、バッチ式イオン注入機を使用する。図２に示すように、バッチ式イオン注入機１０は、回転体１と該回転体１に設けられ基板（ボンドウェーハ）３を配置する複数のウェーハ保持具２とを備え、該ウェーハ保持具２に配置され公転している複数の基板（ボンドウェーハ）３にイオン注入するものである。
このようなバッチ式イオン注入機を用いてボンドウェーハの表面から軽元素イオンを注入してイオン注入層を形成する。イオン注入を行うボンドウェーハとしては、目的に応じて任意に選択することができ、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン単結晶ウェーハを用いれば、面内均一性に優れたＳＯＩ層膜厚を有するＳＯＩウェーハを製造することができる。
また、本発明におけるボンドウェーハへのイオン注入工程は、ボンドウェーハの表面に絶縁膜を形成せずに、又は、ボンドウェーハの表面に形成した厚さ５０ｎｍ以下の絶縁膜を通してイオン注入を行う。絶縁膜としては、例えばシリコン酸化膜が挙げられる。
また、ボンドウェーハの表面から注入する軽元素イオンとしては、水素イオン（Ｈ＋）、水素分子イオン（Ｈ２ ＋）、ヘリウムイオン（Ｈｅ＋）、重水素イオン（Ｄ＋）が挙げられる。特に、水素イオン又はヘリウムイオンが好ましい。
上述したように、従来は、軽元素イオンをイオン注入する場合、図４に示される通り、質量分析器外部のウェーハ保持具に設置されたボンドウェーハ３の中心とイオンビームの中心が一致するように、質量分析器内部の磁場によってその軌道を曲げて照射されるのが通常であるため、イオンビームはウェーハ中心に対して垂直に照射されず、イオン源磁場で曲げられた分に相当する若干の角度をもって照射されることになる。
一方、本発明では、図１に示すように、イオン注入工程において、軽元素イオンのビーム中心が、ボンドウェーハ３の中心からボンドウェーハ３の表面における回転体の中心方向と平行な方向に所定量ずれた位置を照射するように、ボンドウェーハ３の全面に軽元素イオンのビームを照射してイオン注入を行うことを特徴とする。
このように、軽元素イオンを注入する際、イオンビーム中心が、ボンドウェーハ３の中心からボンドウェーハ３の表面における回転体の中心方向と平行な方向に所定量ずれた位置を照射するように、ボンドウェーハの全面へのイオン注入を行うことで、所望の角度でイオン注入をすることができ、イオン注入深さの面内均一性（剥離後の薄膜厚さの面内均一性）の悪化が抑制される。
また、本発明においては、ボンドウェーハの結晶軸に対して注入角度を傾けて軽元素イオンのビームを照射することでイオン注入を行う。以下、イオン注入を行うウェーハ（ボンドウェーハ）の結晶軸に対する注入角度の傾き（以下、傾斜角と呼ぶ）と、図４の角度ズレとの関係について説明する。
例えば、ボンドウェーハとして結晶方位＜１００＞ジャスト（オフアングルなし）のウェーハを用いる場合、チャネリング効果を抑制するために、通常の場合、ウェーハ表面に対して傾斜角（例えば７度）をつけてイオン注入が行われる。
この傾斜角はイオンビームに対して回転体に設けられるウェーハ保持具を傾けることで調整されるが、ウェーハ表面における回転体の中心方向（α方向）と、それに垂直な方向である回転体の円周方向（β方向）の少なくとも一方が傾斜するように調整される。
図４の角度ズレはα方向のずれであるので、イオン注入時の傾斜角をβ方向のみに形成した場合は、軽元素イオンのビーム中心がボンドウェーハの中心からボンドウェーハの表面における回転体の中心方向と平行な方向に所定量ずれた位置を照射するように調整することで、図１のようにα方向の注入角度がウェーハ表面に対して垂直になるように調整することができ、これにより、軽元素イオンに起因する角度ズレを解消することが可能となる。
一方、イオン注入時の傾斜角をα方向に形成した場合（α方向の傾斜角α）には、軽元素イオンのビーム中心がボンドウェーハの中心からボンドウェーハの表面における回転体の中心方向と平行な方向に所定量ずれた位置を照射するように調整することで、α方向の注入角度がウェーハ表面に対して傾斜角（９０−α）度と一致するように調整することが可能となる。
尚、特許文献１、２に記載のコーンアングル効果の原因となる注入角度のズレは、β方向に発生するものである。
詳述すると、通常、図２に示されるように、バッチ式のイオン注入機１０におけるウェーハ保持具２は、基板３を保持する為に、回転体１の回転面より若干内側に傾けてある。これにより回転体１が回転している際、遠心力により基板３をウェーハ保持具２に押し付ける力が働き、ウェーハ保持具２は基板３を保持するようになっている。ただし、このように回転体１の回転面と基板３の表面が平行でない場合、イオンビームを基板３に対して一定角度で注入しようとしても、基板中心部とビームスキャン方向の基板両端部では回転体の回転に応じて注入角度にごくわずかなズレが生じ、これによりイオン注入深さが基板中央部では深く、スキャン方向の基板両端部では浅くなる。これをコーンアングル効果と呼んでいる。
従って、バッチ式イオン注入機では、例えばイオン注入時の傾斜角（例えば７度）をβ方向のみに形成した場合、図４のようにα方向の注入角度が垂直とならずにズレてしまうと、チャネリング効果とコーンアングル効果の影響でイオン注入深さの面内均一性が悪化してしまう。従って、上記のように、軽元素イオンに起因する角度ズレを解消することで、イオン注入深さの面内均一性の悪化が抑制される。
また、チャネリング効果を抑制するために、ボンドウェーハとしてオフアングル付きのウェーハを用い、ウェーハ表面に対し垂直にイオン注入を行う場合（すなわち、α方向及びβ方向の傾きがゼロでの注入の場合）は、軽元素イオンのビーム中心がボンドウェーハの中心からボンドウェーハの表面における回転体の中心方向と平行な方向に所定量ずれた位置を照射するように調整することで、α方向の注入角度がウェーハ表面に対して垂直になるように調整することができ（β方向も垂直となっている）、これにより、軽元素イオンに起因する角度ズレを解消することが可能となる。従って、オフアングル通りの注入角度でウェーハに注入されることになる。
軽元素イオンのビーム中心を、ボンドウェーハ３の中心からボンドウェーハ３の表面における回転体の中心方向と平行な方向に所定量ずれた位置に照射させるには、質量分析器６内の磁場を形成するマグネットにかける電流を調整し、ビームのピーク位置をずらすことで行うことができる。
例えば、従来、図５のようなイオンビーム形状を有するＨ＋イオンビームの場合には、イオンビームのピーク位置がウェーハ中心に一致するようにイオンビーム位置が設定され、イオン注入が行われていた。
本発明においては、図６のように、Ｈ＋イオンのビーム中心が、ボンドウェーハ３の中心からボンドウェーハの表面における回転体の中心方向と平行な方向に所定量ずれた位置を照射するように、イオンビーム位置を調整する。
ただし、イオンビームがボンドウェーハ表面に対して適切な量ずらされているかどうかについては、直接的に観察する方法がないので、ウェーハ貼り合わせ法（イオン注入剥離法）を用い、イオンビーム中心の照射位置のボンドウェーハ中心からのずらし量を変化させてイオン注入を行ったボンドウェーハを用いて貼り合わせＳＯＩウェーハを作製し、そのＳＯＩ層の面内均一性を比較することで、最適なずらし量を求めることができる。
この場合、最適なずらし量とは、ＳＯＩ層の面内均一性が得られる量であるが、結局、イオンの注入角度が所望の角度となるようなずらし量である。すなわち、例えば（１００）方位のシリコンウェーハには、一方向に所望の角度（例えば７度）の傾斜となるようにイオンビーム照射位置をずらす。
本発明における貼り合わせ工程は、ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接あるいは絶縁膜を介して貼り合わせることで行う。ベースウェーハとしては、シリコン単結晶ウェーハを用いることができるが、特に限定されない。
次いで、イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する。例えば、不活性ガス雰囲気下約５００℃以上の温度で熱処理を加えれば、イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることができる。また、常温での貼り合わせ面に予めプラズマ処理を施すことによって、熱処理を加えずに（あるいは剥離しない程度の熱処理を加えた後）、外力を加えて剥離することもできる。
このような本発明の貼り合わせウェーハの製造方法によれば、剥離後の薄膜厚さの面内均一性の悪化を抑制することができる。
尚、軽元素イオンをイオン注入する場合、若干の角度ズレをもって注入されてしまうことが、イオン注入深さの面内均一性を悪化させるメカニズムについては、明確には判明していない。
しかしながら、発明者の研究によれば、軽元素イオンの注入において、単結晶からなるボンドウェーハの表面に絶縁膜を形成せず注入した場合と、十分な厚さの絶縁膜（チャネリング効果を抑制するのに十分な厚さ、例えば、１００ｎｍ以上）を通して注入した場合とを比較すると、前者は、イオンビームの中心の照射位置をボンドウェーハの中心から所定量ずらした調整を行うと、面内均一性が極小値を示す照射位置が存在するのに対し、後者はそのような極小値が得られない（ほぼ一定の面内均一性を有する）ことが実験的に明らかとなった。以下、本発明者が行った実験例として、実験例１、２を示す。
（実験例１）
図５、６のビーム形状を有する水素イオンビーム（傾斜角：β方向に７度）を用い、そのイオンビームのピーク位置のウェーハ中心からのズレを、質量分析器内の磁場を形成するマグネットにかける電流を調整することによって、ウェーハ毎に調整して変化させ、所定量をイオン注入したウェーハ（シリコン単結晶ウェーハ、結晶方位＜１００＞、オフアングルなし、表面酸化膜なし）をボンドウェーハとして準備した。
これらのボンドウェーハをベースウェーハ（シリコン単結晶ウェーハ、結晶方位＜１００＞、表面酸化膜あり）と貼り合わせた後にイオン注入層で剥離して貼り合わせＳＯＩウェーハを作製し、ＳＯＩ層膜厚の面内分布（膜厚レンジ）を測定した。結果を図７に示す。
図７より、イオンビームのピーク位置のウェーハ中心からのズレが−３ｍｍ付近（ウェーハ中心から回転体の中心方向に約３ｍｍ）で、ＳＯＩ層膜厚レンジが最小となることがわかる。これは、−３ｍｍ付近（ウェーハ中心から回転体の中心方向に約３ｍｍ）でα方向の角度ズレがほぼゼロになり、α方向の注入角度がウェーハ表面に対して垂直となる位置に、イオンビームのピーク位置が調整されていることを示す。
（実験例２）
イオン注入を行うボンドウェーハとして、表面酸化膜付きのシリコン単結晶ウェーハ（結晶方位＜１００＞、オフアングルなし、酸化膜２００ｎｍ）を用い、実験例１と同様に、イオンビームのピーク位置のウェーハ中心からのズレを、ウェーハ毎に調整して変化させて所定量をイオン注入したウェーハをボンドウェーハとして準備した。
これらのボンドウェーハをベースウェーハ（シリコン単結晶ウェーハ、結晶方位＜１００＞、表面酸化膜なし）と貼り合わせた後にイオン注入層で剥離して貼り合わせＳＯＩウェーハを作製し、ＳＯＩ層膜厚の面内分布（膜厚レンジ）を測定した。結果を図８に示す。
図８に示されるように、ボンドウェーハにチャネリング効果を抑制するのに十分な厚さの酸化膜を形成し、それを通してイオン注入した場合のＳＯＩ層膜厚レンジは、ウェーハ中心からのズレには依存せず、ほぼ一定の値を示すことがわかる。
この実験結果から、実験例１の面内均一性のバラツキは、チャネリング効果に関連すると考えられる。すなわち、注入角度のわずかなズレと、チャネリング効果を抑制するための傾斜角と、バッチ式イオン注入機に特有のコーンアングル効果の原因となる注入角度のズレとが複雑に重なり合うことで、部分的にチャネリング効果が助長される領域が生じ、その結果として、イオン注入深さの面内均一性が悪化するものと推定される。従って、ボンドウエーハへのイオン注入を、チャネリング効果が発生する、ボンドウェーハの表面に絶縁膜を形成せずに、又は、表面に形成した厚さ５０ｍｍ以下と言った薄い絶縁膜を通して行う場合に、本発明が必要となる。
尚、近年、通常はベースウェーハとの絶縁に用いるＢＯＸ層（埋め込み酸化膜層）にバイアスを掛けることで、デバイスの閾値電圧を制御することが提案されている。この場合にはＢＯＸ層膜厚を薄くしたＴｈｉｎ ＢＯＸ型の薄膜ＳＯＩウェーハを作製する必要があり、例えばこのような場合に本発明が有効となる。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
下記条件で、図２に示すバッチ式イオン注入機を用い、ボンドウェーハにイオン注入層を形成し、ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを酸化膜を介して貼り合わせ、イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、貼り合わせＳＯＩウェーハを製造し、ＳＯＩ膜厚レンジを測定した。
（実施例１、比較例１）
（ボンドウェーハ）
Ｓｉ単結晶ウェーハ、直径３００ｍｍ、＜１００＞、オフアングルなし、酸化膜なし
（ベースウェーハ）
Ｓｉ単結晶ウェーハ、直径３００ｍｍ、＜１００＞、熱酸化膜５００ｎｍ付
（イオン注入条件）
注入イオン：Ｈ＋イオン、５０ｋｅＶ、 ５×１０１６／ｃｍ２
ビーム形状：実験例と同一
ビーム傾斜角：β方向に７度
ビーム中心のウェーハ中心からのズレ量：［実施例１：−３ｍｍ（ウェーハ中心から回転体の中心方向に約３ｍｍ）］、［比較例１：０ｍｍ］
（剥離熱処理）５００℃、３０分、Ａｒ雰囲気
（ＳＯＩ膜厚測定）測定装置：ＡＤＥ社製Ａｃｕｍａｐ
（測定結果）ＳＯＩ膜厚レンジ：［実施例１：１．６ｎｍ］、［比較例１：２．２ｎｍ］
（実施例２、比較例２）
（ボンドウェーハ）
Ｓｉ単結晶ウェーハ、直径３００ｍｍ、＜１００＞、オフアングルなし、熱酸化膜５０ｎｍ付
（ベースウェーハ）
Ｓｉ単結晶ウェーハ、直径３００ｍｍ、＜１００＞、酸化膜なし
（イオン注入条件）
イオン注入装置：実施例１と同一。
注入イオン：Ｈ＋イオン、５０ｋｅＶ、 ５×１０１６／ｃｍ２
ビーム形状：実験例と同一
ビーム傾斜角：β方向に７度
ビーム中心のウェーハ中心からのズレ量：［実施例２：−３ｍｍ（ウェーハ中心から回転体の中心方向に約３ｍｍ）］、［比較例２：０ｍｍ］
（ＳＯＩ膜厚測定）測定装置：ＡＤＥ社製Ａｃｕｍａｐ
（測定結果）ＳＯＩ膜厚レンジ：［実施例２：１．７ｎｍ］、［比較例２：２．４ｎｍ］
上記結果より、実施例１、２では、比較例１、２よりもＳＯＩ膜厚レンジの値が低い、即ち、面内均一性が優れたＳＯＩウェーハが製造された。
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。
１…回転体、 ２…ウェーハ保持具、 ３…基板（ボンドウェーハ）、 ４…イオン源、 ５…引出電極、 ６…質量分析器、 ７…フィラメント、 １０…バッチ式イオン注入機。

Claims (2)

  1. 回転体と該回転体に設けられ基板を配置する複数のウェーハ保持具とを備え、該ウェーハ保持具に配置され公転している複数の基板にイオン注入するバッチ式イオン注入機を使用し、ボンドウェーハの表面からイオン注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、前記ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接あるいは絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する剥離工程を有する貼り合わせウェーハの製造方法において、
    前記ボンドウェーハへのイオン注入工程を、前記ボンドウェーハの表面に絶縁膜を形成せずに、又は、前記ボンドウェーハの表面に形成した厚さ５０ｎｍ以下の絶縁膜を通し、かつ、前記ボンドウェーハの結晶軸に対して注入角度を傾けて軽元素イオンのビームを照射するものとし、
    前記軽元素イオンのビーム中心が、前記ボンドウェーハの中心から前記ボンドウェーハの表面における前記回転体の中心方向と平行な方向に所定量ずれた位置を照射するように、前記ボンドウェーハの全面に前記軽元素イオンのビームを照射してイオン注入を行うことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。
  2. 前記軽元素イオンを、水素イオン又はヘリウムイオンとすることを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230287561A1 (en) * 2022-03-14 2023-09-14 Applied Materials, Inc. Variable Rotation Rate Batch Implanter

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02123656A (ja) 1988-10-31 1990-05-11 Shimadzu Corp イオン注入装置
FR2681472B1 (fr) * 1991-09-18 1993-10-29 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication de films minces de materiau semiconducteur.
KR100234533B1 (ko) * 1996-10-08 1999-12-15 윤종용 반도체소자 제조용 이온주입 시스템
JPWO2003049189A1 (ja) * 2001-12-04 2005-04-21 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハおよび貼り合わせウェーハの製造方法
CN102034665B (zh) * 2002-06-26 2014-06-25 山米奎普公司 一种离子植入装置和一种通过植入氢化硼簇离子制造半导体的方法
JP4239676B2 (ja) * 2003-05-15 2009-03-18 信越半導体株式会社 Ｓｏｉウェーハおよびその製造方法
JP2005166730A (ja) 2003-11-28 2005-06-23 Seiko Epson Corp 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP2006324051A (ja) * 2005-05-17 2006-11-30 Nissin Ion Equipment Co Ltd 荷電粒子ビーム照射方法および装置
JP4625775B2 (ja) * 2006-02-17 2011-02-02 株式会社アルバック イオン注入装置
TWI435378B (zh) 2006-04-26 2014-04-21 Axcelis Tech Inc 劑量均勻性校正方法
JP5252867B2 (ja) 2007-09-21 2013-07-31 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体基板の製造方法
JP2009289948A (ja) * 2008-05-29 2009-12-10 Sumco Corp 貼り合わせウェーハの製造方法
JP2010015774A (ja) 2008-07-02 2010-01-21 Sumco Corp イオン注入装置
JP5440360B2 (ja) 2010-04-26 2014-03-12 信越半導体株式会社 イオン注入状況の確認方法および半導体ウェーハの製造方法
JP5802436B2 (ja) * 2011-05-30 2015-10-28 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
DE102011113775B9 (de) * 2011-09-19 2021-10-21 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
JP5927894B2 (ja) * 2011-12-15 2016-06-01 信越半導体株式会社 Ｓｏｉウェーハの製造方法
FR2988516B1 (fr) * 2012-03-23 2014-03-07 Soitec Silicon On Insulator Procede d'implantation de fragilisation de substrats ameliore
JP5664592B2 (ja) * 2012-04-26 2015-02-04 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
JP5910352B2 (ja) * 2012-06-28 2016-04-27 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
JP5888286B2 (ja) * 2013-06-26 2016-03-16 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
JP6213046B2 (ja) * 2013-08-21 2017-10-18 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
JP6107709B2 (ja) * 2014-03-10 2017-04-05 信越半導体株式会社 貼り合わせｓｏｉウェーハの製造方法
JP6036732B2 (ja) * 2014-03-18 2016-11-30 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
DE102016102865B4 (de) * 2016-02-18 2024-04-25 Infineon Technologies Ag Ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in ein Halbleitersubstrat
JP6814081B2 (ja) * 2017-03-29 2021-01-13 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置及びイオン注入方法
JP7132828B2 (ja) * 2018-11-13 2022-09-07 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置およびビームパーク装置

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