JPH11297583A

JPH11297583A - 剥離ウエーハを再利用する方法および再利用に供されるシリコンウエーハ

Info

Publication number: JPH11297583A
Application number: JP11417698A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kuwabara; 登桑原; Kiyoshi Mitani; 清三谷; Masae Wada; 正衛和田; Jacques Overton Herbe Andre; ジャックオーバートンハーブアンドレ
Original assignee: SOI TEC; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: SOI TEC; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-29
Anticipated expiration: 2018-04-09
Also published as: JP3932369B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水素イオン剥離法において副生した剥離ウエ
ーハに、適切な再処理を施して、実際にシリコンウエー
ハとして再利用することができる方法を提供し、ＳＯＩ
ウエーハの生産性の向上と、コストダウンを図る。【解決手段】水素イオン剥離法によってＳＯＩウエー
ハを製造する際に副生される剥離ウエーハに、再処理を
加えてシリコンウエーハとして再利用する方法におい
て、前記再処理として、表面酸化膜を除去し、ドナーキ
ラー熱処理を施し、次いで周辺の段差を除去する研磨を
行い、最後に仕上げ研磨をすることを特徴とする剥離ウ
エーハを再利用する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入したウ
エーハを結合後に剥離してＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎｏ
ｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハを製造する、いわゆ
る水素イオン剥離法（スマートカット法とも呼ばれてい
る）において、副生される剥離ウエーハに再処理を加え
てシリコンウエーハとして再利用する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＳＯＩ構造のウエーハの作製法と
しては、酸素イオンをシリコン単結晶に高濃度で打ち込
んだ後に、高温で熱処理を行い酸化膜を形成するＳＩＭ
ＯＸ（separation by implanted oxygen）法によるもの
と、２枚の鏡面研磨したシリコンウエーハを接着剤を用
いることなく結合し、片方のウエーハを薄膜化する結合
法が注目されている技術である。

【０００３】ＳＩＭＯＸ法は、デバイス活性領域となる
ＳＯＩ層の膜厚を、酸素イオン打ち込み時の加速電圧で
決定、制御できるために、薄層でかつ膜厚均一性の高い
ＳＯＩ層を容易に得る事ができる利点があるが、埋め込
み酸化膜の信頼性や、ＳＯＩ層の結晶性、１３００℃以
上の温度での熱処理が必要である等問題が多い。

【０００４】一方、ウエーハ結合法は、単結晶のシリコ
ン鏡面ウエーハ２枚のうち少なくとも一方に酸化膜を形
成し、接着剤を用いずに接合し、次いで熱処理（通常は
１１００℃〜１２００℃）を加えることで結合を強化
し、その後片方のウエーハを研削や湿式エッチングによ
り薄膜化した後、薄膜の表面を鏡面研磨してＳＯＩ層を
形成するものであるので、埋め込み酸化膜の信頼性が高
くＳＯＩ層の結晶性も良好であるという利点がある。

【０００５】しかし、機械的な加工により薄膜化してい
るため、薄膜化するのに大変な時間がかかる上に、片方
のウエーハは粉等となって消失してしまうので、生産性
が低く、著しいコスト高となってしまう。しかも、機械
加工による研削・研磨では得られるＳＯＩ層の膜厚およ
びその均一性にも限界があるという欠点がある。尚、ウ
エーハ結合法は、シリコンウエーハ同士を結合する場合
のみならず、シリコンウエーハとＳｉＯ₂ 、ＳｉＣ、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 等の絶縁性ウエーハと直接結合してＳＯＩ層を
形成する場合もある。

【０００６】最近、ＳＯＩウエーハの製造方法として、
イオン注入したウエーハを結合後に剥離してＳＯＩウエ
ーハを製造する方法（水素イオン剥離法：スマートカッ
ト法と呼ばれる技術）が新たに注目され始めている。こ
の方法は、二枚のシリコンウエーハのうち、少なくとも
一方に酸化膜を形成すると共に、一方のシリコンウエー
ハの上面から水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、
該ウエーハ内部に微小気泡層（封入層）を形成させた
後、該イオンを注入した方の面を酸化膜を介して他方の
シリコンウエーハと密着させ、その後熱処理を加えて微
小気泡層を劈開面として一方のウエーハを薄膜状に剥離
し、さらに熱処理を加えて強固に結合してＳＯＩウエー
ハとする技術（特開平５−２１１１２８号参照）であ
る。この方法では、劈開面は良好な鏡面であり、ＳＯＩ
層の膜厚の均一性も高いＳＯＩウエーハが比較的容易に
得られている。そして、この水素イオン剥離法において
も、シリコンウエーハ同士を結合する場合のみならず、
シリコンウエーハにイオン注入して、これとＳｉＯ₂ 、
ＳｉＣ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の絶縁性ウエーハと直接結合して
ＳＯＩ層を形成する場合もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような水素イオン
剥離法でＳＯＩウエーハを作製すると、必然的に１枚の
シリコンの剥離ウエーハが副生されることになる。従
来、水素イオン剥離法においては、この副生した剥離ウ
エーハを再利用することによって、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
るので、コストを大幅に下げることができるとしてい
た。

【０００８】ところが、このような剥離ウエーハの再利
用は、概念としてはあるものの、実際に再利用した例は
なく、具体的にどのようにして再利用すればよいのか不
明であった。特に、本発明者らの調査では、剥離ウエー
ハはそのままでは、通常のシリコン鏡面ウエーハとして
使用できるようなものではなく、ウエーハ周辺に段差が
あったり、表面にイオン注入によるダメージ層が存在し
たり、表面粗さが大きかったりするものであることがわ
かった。しかも、剥離ウエーハは、少なくとも剥離のた
めの熱処理を受けており、ＣＺウエーハを用いた場合に
は、ウエーハ中に酸素析出を起こしていたり、酸素ドナ
ーの生成により、抵抗率が所望値に対して大幅にはずれ
ていたりすることもある。

【０００９】そこで、本発明はこのような問題点に鑑み
なされたもので、水素イオン剥離法において副生した剥
離ウエーハに、適切な再処理を施して、実際にシリコン
ウエーハとして再利用することができる方法を提供し、
実際にＳＯＩウエーハの生産性の向上と、コストダウン
を図ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の請求項１に記載した発明は、水素イオン剥離法
によってＳＯＩウエーハを製造する際に副生される剥離
ウエーハに、再処理を加えてシリコンウエーハとして再
利用する方法において、前記再処理として少なくとも剥
離ウエーハに周辺の段差を除去する研磨を行うことを特
徴とする剥離ウエーハを再利用する方法である。

【００１１】このように、水素イオン剥離法で副生した
剥離ウエーハには周辺に段差があることが判明した。そ
こで、本発明では剥離ウエーハの再処理として、周辺の
段差を研磨することによって除去することにした。剥離
ウエーハの周辺の段差を研磨により除去するようにすれ
ば、簡単に周辺の段差を除去できるとともに、剥離ウエ
ーハ表面のダメージ層の除去および表面粗さの改善も同
時にできる。

【００１２】この場合、請求項２に記載したように、剥
離ウエーハの再処理として、周辺の段差を除去する研磨
後、仕上げ研磨をするのが好ましい。これは、周辺の段
差を除去する研磨のみで研磨面を仕上げるより、複数段
で研磨した方が研磨面の表面粗さあるいは平坦度等をよ
り良好なものとすることができ、高品質の再利用ウエー
ハとすることができるからである。そして、仕上げ研磨
も１段で行う必要は必ずしも無いので、２段あるいはそ
れ以上で行っても良い。

【００１３】また、請求項３に記載したように、剥離ウ
エーハの再処理として、周辺の段差を除去する研磨前
に、表面酸化膜を除去するのが好ましい。このように、
周辺の段差を除去する研磨前に、表面酸化膜を除去して
おけば、均一に研磨をすることができる。すなわち、周
辺の段差部に酸化膜が付着していると、より大きな段差
となる上に、酸化膜はシリコンと硬度が異なるため、研
磨において均一に研磨するのが難しくなる。

【００１４】また、本発明の請求項４に記載した発明
は、剥離ウエーハの再処理中に、剥離ウエーハにドナー
キラー熱処理を施すことを特徴とする方法である。ドナ
ーキラー熱処理を施すことによって、剥離熱処理等によ
って剥離ウエーハ中に発生した酸素ドナーを消去するこ
とができるので、剥離ウエーハの抵抗異常をなくすこと
ができる。

【００１５】次に、本発明の請求項５に記載した発明
は、前記請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載
の方法で再処理された剥離ウエーハを、ＳＯＩウエーハ
のベースウエーハとして再利用する方法であり、また、
本発明の請求項６に記載した発明は、前記請求項１ない
し請求項４のいずれか１項に記載の方法で再処理された
剥離ウエーハを、ＳＯＩウエーハのボンドウエーハとし
て再利用する方法であり、さらに、本発明の請求項７に
記載した発明は、前記請求項１ないし請求項４のいずれ
か１項に記載の方法で再処理された剥離ウエーハを、シ
リコン鏡面ウエーハとして再利用する方法である。

【００１６】このように、本発明で再処理された剥離ウ
エーハは、表面が均一に研磨されているので、二枚のシ
リコンウエーハを貼り合わせてＳＯＩウエーハを作製す
る場合のベースウエーハあるいはボンドウエーハとして
用いることができるし、通常のシリコン鏡面ウエーハと
しても用いることができる。特に、ＣＺウエーハから副
生された剥離ウエーハをベースウエーハあるいは通常の
シリコン鏡面ウエーハとして用いる場合には、再処理さ
れた剥離ウエーハ中に剥離熱処理等により酸素析出が発
生しているので、これがゲッタリング効果を発揮するた
めに好適なものとなる。また、ＦＺウエーハから副生さ
れた剥離ウエーハあるいはエピタキシャル層を有する剥
離ウエーハの場合には、ＣＺウエーハのようにＣＯＰ
（ＣｒｙｓｔａｌＯｒｉｇｉｎａｔｅｄＰａｒｔｉｃ
ｌｅ）や酸素析出物といった結晶欠陥がないので、ボン
ドウエーハとして再利用するのに好適である。

【００１７】そして、本発明の請求項８に記載した発明
は、前記請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載
の方法で再処理されたことを特徴とする再利用に供され
るシリコンウエーハである。上述のように、本発明で再
処理された剥離ウエーハは、シリコンウエーハとして再
利用できるウエーハとなる。この場合、水素イオン剥離
法において予め用いる剥離される側のウエーハの厚さを
厚くしておき、研磨による再処理後、再利用において所
望とされるウエーハの厚さとなるようにすればよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定され
るものではない。ここで、図１は水素イオン剥離法でＳ
ＯＩウエーハを製造する方法によるＳＯＩウエーハの製
造工程の一例を示すフロー図である。また、図２は本発
明の剥離ウエーハを再処理して再利用する方法の一例を
示す工程フロー図である。

【００１９】以下、本発明を２枚のシリコンウエーハを
結合する場合を中心に説明する。まず、図１の水素イオ
ン剥離法において、工程（ａ）では、２枚のシリコン鏡
面ウエーハを準備するものであり、デバイスの仕様に合
った基台となるベースウエーハ１とＳＯＩ層となるボン
ドウエーハ２を準備する。次に工程（ｂ）では、そのう
ちの少なくとも一方のウエーハ、ここではボンドウエー
ハ２を熱酸化し、その表面に約０．１μｍ〜２．０μｍ
厚の酸化膜３を形成する。

【００２０】工程（ｃ）では、表面に酸化膜を形成した
ボンドウエーハ２の片面に対して水素イオンまたは希ガ
スイオンを注入し、イオンの平均進入深さにおいて表面
に平行な微小気泡層（封入層）４を形成させるもので、
この注入温度は２５〜４５０℃が好ましい。工程（ｄ）
は、水素イオン注入したボンドウエーハ２の水素イオン
注入面に、ベースウエーハ１を酸化膜を介して重ね合せ
て密着させる工程であり、常温の清浄な雰囲気下で２枚
のウエーハの表面同士を接触させることにより、接着剤
等を用いることなくウエーハ同士が接着する。

【００２１】次に、工程（ｅ）は、封入層４を境界とし
て剥離することによって、剥離ウエーハ５とＳＯＩウエ
ーハ６（ＳＯＩ層７＋埋込み酸化膜３＋ベースウエーハ
１）に分離する剥離熱処理工程で、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、結晶
の再配列と気泡の凝集とによって剥離ウエーハ５とＳＯ
Ｉウエーハ６に分離される。

【００２２】そして、工程（ｆ）では、前記工程（ｄ）
（ｅ）の密着工程および剥離熱処理工程で密着させたウ
エーハ同士の結合力では、そのままデバイス工程で使用
するには弱いので、結合熱処理としてＳＯＩウエーハ６
に高温の熱処理を施し結合強度を十分なものとする。こ
の熱処理は例えば不活性ガス雰囲気下、１０５０℃〜１
２００℃で３０分から２時間の範囲で行うことが好まし
い。なお、工程（ｅ）の剥離熱処理と工程（ｆ）の結合
熱処理を連続的に行ったり、また、工程（ｅ）の剥離熱
処理と工程（ｆ）の結合熱処理を同時に兼ねるものとし
て行ってもよい。

【００２３】次に、工程（ｇ）は、タッチポリッシュと
呼ばれる研磨代の極めて少ない鏡面研磨の工程であり、
ＳＯＩ層７の表面である劈開面に存在する結晶欠陥層の
除去と表面粗さを除去する工程である。以上の工程を経
て結晶品質が高く、膜厚均一性の高いＳＯＩ層７を有す
る高品質のＳＯＩウエーハ６を製造することができる
（工程（ｈ））。

【００２４】このような水素イオン剥離法においては、
図１（ｅ）工程において、剥離ウエーハ５が副生される
ことになる。水素イオン剥離法によって作製されるＳＯ
Ｉ層の厚さは、通常０．１〜１．５ミクロン程度で、厚
くとも２ミクロン以下であるので、剥離ウエーハ５は充
分な厚さを有する。したがって、これをシリコンウエー
ハとして再利用すれば、ＳＯＩウエーハの製造コストを
著しく下げることが可能となる。

【００２５】ところが、図２（Ａ）に剥離ウエーハの拡
大模式図を示したように、この剥離ウエーハ５の周辺部
には段差１０が発生し、そのままではシリコンウエーハ
として使用できないものとなることがわかった。この周
辺の段差１０は、ボンドウエーハの周辺部がベースウエ
ーハと結合されずに未結合となることから発生するもの
である。従って、この段差の高さは、ＳＯＩ層の厚さと
埋め込み酸化膜３の厚さを足した程度のものとなる。

【００２６】また、剥離ウエーハの剥離面１１には、水
素イオン注入によるダメージ層１２が残存し、その表面
粗さも、通常の鏡面ウエーハに比べて悪いものであるこ
とがわかった。特に、局所的な表面粗さが悪く、アルカ
リエッチングのような選択性のあるエッチングを施す
と、深いピットが形成されてしまうことがわかった。

【００２７】さらに、この剥離ウエーハ５は、少なくと
も約５００℃以上の剥離熱処理を受けており、ＣＺウエ
ーハのような酸素を含むウエーハをボンドウエーハとし
て用いた場合には、酸素ドナーが発生してウエーハの抵
抗が異常値を示すような不都合を生じることもある。

【００２８】そこで、本発明者らは、上記のような問題
を解決すべく、水素イオン剥離法において副生した剥離
ウエーハに、適切な再処理を施して、実際にシリコンウ
エーハとして再利用する方法を検討した結果本発明に到
ったものである。すなわち、まず本発明では、水素イオ
ン剥離法によってＳＯＩウエーハを製造する際に副生さ
れる剥離ウエーハに生じる周辺の段差を、研磨により除
去するようにした。

【００２９】このように、剥離ウエーハの周辺の段差を
研磨により除去するようにすれば、簡単に周辺の段差を
除去できる。例えば、ＳＯＩ層の厚さが０．２ミクロン
である場合には、１ミクロン程度の研磨代で完全に段差
を除去することができる。しかも、研磨により周辺の段
差を除去する際に、同時に剥離ウエーハ表面のダメージ
層の除去および表面粗さの改善もできる。

【００３０】この場合、剥離ウエーハの再処理として
は、周辺段差を除去する研磨後、仕上げ研磨をするのが
好ましい。これは、周辺の段差を除去する研磨のみで研
磨面を仕上げるより、より目の細かい研磨材を用いて複
数段で研磨した方が研磨面の表面粗さや平坦度等をより
良好なものとすることができ、通常のシリコン鏡面ウエ
ーハの表面粗さあるいは平坦度と同等の品質を達成する
ことができるからである。なお、この仕上げ研磨も１段
で行う必要は必ずしも無く、２段あるいはそれ以上で行
っても良い。

【００３１】また、本発明においては、剥離ウエーハの
再処理として、周辺の段差を除去する研磨前に、表面酸
化膜３を除去するのが好ましい。これは、周辺の段差１
０を除去する研磨前に、表面酸化膜３を除去しておく方
が均一に研磨をすることができるからである。すなわ
ち、周辺の段差部１０に酸化膜３が付着していると、段
差が一段と高いものとなるし、酸化膜はシリコンと硬度
が異なるため、剥離ウエーハ面内が均一に研磨され難く
なるからである。酸化膜の除去は、剥離ウエーハをフッ
酸中に浸漬することによって簡単に行うことができる。

【００３２】こうして、剥離ウエーハ周辺部にある段
差、剥離面にある水素イオン注入によるダメージ層、お
よび剥離面の表面粗さを除去することができ、通常の鏡
面ウエーハに比べ何の遜色もない表面を持つ再利用ウエ
ーハを得ることができる。

【００３３】また、本発明において剥離ウエーハがＣＺ
ウエーハである場合においては、剥離ウエーハの再処理
中に、ドナーキラー熱処理を施すのが望ましい。剥離ウ
エーハは、約５００℃以上の剥離熱処理によって剥離さ
れるので、当然そのような低温熱処理を受けていること
になる。ＣＺウエーハのように酸素を含むシリコンウエ
ーハに低温熱処理を施すと酸素ドナーが発生し、例えば
ｐ型シリコンウエーハの抵抗率が異常に高くなる等の現
象が生じることがあることは良く知られている。したが
って、水素イオン剥離法によって副生される剥離ウエー
ハにおいても、剥離熱処理によって酸素ドナーが生じ、
剥離ウエーハの抵抗率が異常になることがある。このた
め、例えばウエーハの厚さを測定する際に一般的に使用
されている静電容量方式の測定器で剥離ウエーハの厚さ
を測定することができないといった問題が生じる。

【００３４】したがって、本発明では再処理中にドナー
キラー熱処理を施すことによって、剥離熱処理等によっ
て剥離ウエーハ中に発生した酸素ドナーを消去し、剥離
ウエーハの抵抗異常をなくすようにした。このドナーキ
ラー熱処理としては、一般に行われているように６００
℃以上の熱処理を加えれば良く、慣用されている方法と
しては、例えば６５０℃で２０分の熱処理をするように
すればよい。

【００３５】そして、剥離ウエーハの再処理中には、ウ
エーハの洗浄あるいはエッチングが行われることが多
く、特に上記のように熱処理をする前には、熱処理にお
いてウエーハを汚染しないように洗浄、エッチングが行
われることが多い。この場合、本発明のような剥離ウエ
ーハは、局所的な表面粗さが悪く、ダメージ層も有する
ので、アルカリエッチングのような選択性のあるエッチ
ングあるいは洗浄を施すと、深いピットが形成されてし
まい、後の研磨工程で研磨代を多くする等の対策が必要
となるので好ましくない。

【００３６】こうして、上記本発明の方法によって再処
理されたシリコンウエーハは、通常のシリコン鏡面ウエ
ーハと全く同じ均一に研磨された面状態を有するので、
貼り合わせＳＯＩウエーハの原料ウエーハとして用いる
ことができるし、通常の集積回路等の作製用のシリコン
ウエーハとして用いてもよい。また、いわゆるエピタキ
シャルウエーハのサブストレートとして用いてもよく、
特にその再利用の用途は限定されるものではない。

【００３７】この場合、本発明の再処理された剥離ウエ
ーハをベースウエーハあるいは通常のシリコン鏡面ウエ
ーハとして用いる場合には、再処理された剥離ウエーハ
中には、水素イオン注入前の熱酸化処理（通常９００℃
以上）、および約５００℃以上といった剥離熱処理によ
り酸素析出が発生しているので、これがいわゆるイント
リンシックゲッタリング効果（ＩＧ効果）を発揮するた
めに好適なものとなる。また、剥離ウエーハをＳＯＩウ
エーハを作製する際のベースウエーハあるいはボンドウ
エーハとして用いれば、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るので、Ｓ
ＯＩウエーハの製造コストを著しく減少させることがで
きる。

【００３８】なお、本発明で再処理された剥離ウエーハ
は、所望のシリコンウエーハとして再利用されるが、水
素イオン剥離法において予め用いる剥離される側のウエ
ーハであるボンドウエーハの厚さを、再利用ウエーハで
必要とされる厚さより若干厚くしておき、研磨による再
処理後、再利用において所望とされるウエーハの厚さと
なるようにする。

【００３９】ただし、前述のように、本発明で剥離ウエ
ーハの周辺の段差を研磨により除去するには、ＳＯＩ層
の厚さにもよるが、たかだか１ミクロン程度の研磨代で
完全に段差を除去することができるし、その後の仕上げ
研磨、エッチングをともなう洗浄等を行っても全体で１
０ミクロン以下の取り代で充分である。したがって、用
いるボンドウエーハの厚さを予め厚くするのも、問題と
なるようなものではない。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の実施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）導電型がｐ型で抵抗率が２０Ω・ｃｍ、直径
が１５０ｍｍのシリコン鏡面ウエーハを用い、図１
（ａ）〜（ｈ）に示す工程に従った水素イオン剥離法に
よりＳＯＩウエーハを製造した。ボンドウエーハ２の厚
さは、ベースウエーハ１の厚さの平均で約８ミクロン厚
いものを用いた。ＳＯＩ層の厚さは０．２ミクロンと
し、その他イオン注入等の主な条件は次の通りである。１）埋込み酸化膜厚：４００ｎｍ（０．４ミクロン）、２）水素注入条件：Ｈ⁺ イオン、注入エネルギ６９ｋｅＶ注入線量５．５×１０¹⁶／ｃｍ² ３）剥離熱処理条件：Ｎ₂ ガス雰囲気下、５００℃×３０分４）結合熱処理条件：Ｎ₂ ガス雰囲気下、１１００℃×２時間

【００４１】こうして厚さ０．２ミクロンのＳＯＩ層を
有する高品質のＳＯＩウエーハを作製することができた
が、図１の工程（ｅ）で剥離ウエーハ５が副生された。
この剥離ウエーハを図２の工程（Ａ）〜（Ｇ）にしたが
い再処理を加えて、ベースウエーハとして再利用するこ
とにした。

【００４２】まず、図２（Ａ）の、未処理の剥離ウエー
ハ５の周辺形状を、触針式粗さ計でスキャンすることに
よって測定した。その測定結果を図３（Ａ）に示した。
この図から明らかであるように、剥離ウエーハ５の周辺
部には貼り合わせ時に周辺で未結合となった部分に起因
する段差１０が生じている。そして、その周辺の段差１
０の高さは、ＳＯＩ層の厚さ（０．２ミクロン）と酸化
膜の厚さ（０．４ミクロン）を加えた値程度以上となる
ことがわかる。

【００４３】また、図２（Ａ）の、未処理の剥離ウエー
ハ５の剥離面１１の表面粗さを位相シフト干渉法により
２５０ミクロン角で測定し、原子間力顕微鏡法により１
ミクロン角で測定したところ、それぞれＲＭＳ値（自乗
平均平方根粗さ）で、平均０．４３ｎｍと８．３ｎｍで
あった。この値は、通常の鏡面研磨されたシリコンウエ
ーハの表面粗さより非常に悪い値であり、特に１ミクロ
ン角での値は通常の１０倍以上の値で、剥離面は局部的
な面粗れが大きいことがわかる。

【００４４】次に、図２（Ｂ）では、剥離ウエーハをフ
ッ酸中に浸漬することによって、表面の酸化膜３を除去
した。フッ酸は、ＨＦ５０％水溶液とした。そして、酸
化膜を除去した剥離ウエーハの周辺形状を再び触針式粗
さ計でスキャンすることによって測定し、その結果を図
３（Ｂ）に示した。この図から明らかであるように、剥
離ウエーハ５の周辺部にはＳＯＩ層の厚さ（０．２ミク
ロン）より若干高い段差が生じていることがわかる。

【００４５】次に、図２（Ｃ）では、剥離ウエーハを汚
染しないように、熱処理前洗浄をした。この洗浄は、い
わゆるＲＣＡ洗浄として広く知られている、（アンモニ
ア／過酸化水素水）、（塩酸／過酸化水素水）の２段洗
浄を行った。この時、前述のように例えば苛性ソーダ等
を用いた異方性のエッチング作用の強い、いわゆるアル
カリ洗浄は行わないようにする。

【００４６】そして、熱処理前洗浄が終わったなら、剥
離ウエーハの抵抗率を測定した後、剥離ウエーハにドナ
ーキラー熱処理を施した（図２（Ｄ））。熱処理条件
は、６５０℃で２０分間とした。熱処理後再び剥離ウエ
ーハの抵抗率を測定した。その結果、熱処理前の測定で
は、剥離ウエーハの裏面抵抗率は４００〜５００Ωｃ
ｍ、表面抵抗率は３０００Ωｃｍ以上であったのが、ド
ナーキラー熱処理後においては、表裏面とも当初の抵抗
率である２０Ωｃｍとなった。

【００４７】次に、図２（Ｅ）では、ドナーキラー熱処
理が終了した剥離ウエーハに、周辺の段差を除去する研
磨を行った。研磨は、通常のシリコンウエーハを研磨す
る装置および条件と同様にすればよい。本発明では、剥
離ウエーハを上下定盤間に挟み込み、定盤を５０ｒｐｍ
で相互に逆回転しつつ、５００ｇ／ｃｍ² の荷重をかけ
て、研磨面に研磨スラリーを供給しつつ、剥離面を研磨
した。

【００４８】この時、研磨の取り代と周辺の段差の高さ
との関係を調査した結果を、図４に示した。この図か
ら、研磨代としては１ミクロンも研磨すれば、周辺の段
差は充分に除去できることがわかる。

【００４９】また、研磨代５ミクロンの周辺の段差除去
研磨をした剥離ウエーハの周辺形状を再び触針式粗さ計
でスキャンすることによって測定し、その結果を図３
（Ｃ）に示した。この図から明らかであるように、剥離
ウエーハの周辺部の段差はきれいに除去されており、シ
リコンウエーハとして充分に再利用可能な周辺形状とな
っていることがわかる。

【００５０】最後に図２（Ｆ）において、仕上げ研磨を
行い、剥離ウエーハの再処理を終了した。この時、周辺
の段差除去研磨と仕上げ研磨との全体での研磨による取
り代を、約８ミクロンとなるようにした。そして、仕上
げ研磨後の研磨面（剥離面）の表面粗さを位相シフト干
渉法により２５０ミクロン角で測定し、原子間力顕微鏡
法により１ミクロン角で再び測定したところ、それぞれ
ＲＭＳ値（自乗平均平方根粗さ）で、平均０．２５ｎｍ
と０．１９ｎｍであった。この値は、通常の鏡面研磨さ
れたシリコンウエーハの表面粗さと同等であり、著しい
改善が図られたことがわかるとともに、この再処理され
た剥離ウエーハは、シリコンウエーハとして再利用でき
るものであることがわかる。

【００５１】そこで、本実施例では、図２（Ｇ）のよう
に、再処理された剥離ウエーハをベースウエーハとして
用いた。すなわち、図１（ａ）のベースウエーハ１とし
て再利用ウエーハを用いた。剥離ウエーハは、もともと
８ミクロン厚くしてあったので、再処理後の厚さが、図
１（ａ）で用いるベースウエーハの所望厚さになってい
る。以後図１の工程にしたがい、水素イオン剥離法によ
ってＳＯＩウエーハを作製した所、問題なく通常通りの
高品質ＳＯＩウエーハを作製することができた。

【００５２】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。

【００５３】例えば、上記では２枚のシリコンウエーハ
を結合してＳＯＩウエーハを作製する場合を中心に説明
したが、本発明は、この場合に限定されるものではな
く、シリコンウエーハにイオン注入後に絶縁性ウエーハ
と結合し、シリコンウエーハを剥離してＳＯＩウエーハ
を製造する場合に副生する剥離ウエーハに再処理を加え
るような場合にも当然に適用可能である。

【００５４】また、本発明の剥離ウエーハの再処理工程
も、図２に示したものに限定されるものではなく、この
工程には、洗浄、熱処理等の他の工程が付加されること
もあるし、あるいは一部工程順の入れ替え、省略等が目
的に応じて適宜行うことができるものである。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水素イオン剥離法において副生した剥離ウエーハに、適
切な再処理を施して、実際にシリコンウエーハとして再
利用することができるようになる。すなわち、本発明に
より、剥離ウエーハで問題となる、ウエーハ周辺の段
差、イオン注入によるダメージ層、表面粗さを除去する
ことができ、また剥離熱処理に基づく酸素ドナーの生成
による抵抗率異常の問題も排除することができる。した
がって、ＳＯＩウエーハの著しい生産性の向上と、コス
トダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｈ）は、水素イオン剥離法によるＳ
ＯＩウエーハの製造工程の一例を示すフロー図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｇ）は、実施例で採用した本発明の
剥離ウエーハを再利用する方法の工程フロー図である。

【図３】剥離ウエーハの周辺の段差の測定結果図であ
る。（Ａ）未処理の剥離ウエーハ、（Ｂ）酸化膜除去
後、（Ｃ）周辺段差除去後。

【図４】周辺段差研磨の取り代と段差の高さとの関係を
調査した結果図である。

【符号の説明】

１…ベースウエーハ、２…ボンドウエーハ、３…酸
化膜、４…水素イオン注入微小気泡層（封入層）、５
…剥離ウエーハ、６…ＳＯＩウエーハ、７…ＳＯＩ
層、１０…周辺の段差、１１…剥離面、１２…ダメ
ージ層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三谷清群馬県安中市磯部２丁目13番１号信越半導体株式会社半導体磯部研究所内 (72)発明者和田正衛長野県更埴市大字屋代1393番地長野電子工業株式会社内 (72)発明者アンドレジャックオーバートンハーブフランス国 38000 グルノーブルフィルマングティエプラサ１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素イオン剥離法によってＳＯＩウエー
ハを製造する際に副生される剥離ウエーハに、再処理を
加えてシリコンウエーハとして再利用する方法におい
て、前記再処理として少なくとも剥離ウエーハに周辺の
段差を除去する研磨を行うことを特徴とする剥離ウエー
ハを再利用する方法。
【請求項２】前記再処理として、周辺の段差を除去す
る研磨後、仕上げ研磨をすることを特徴とする請求項１
に記載の剥離ウエーハを再利用する方法。
【請求項３】前記再処理として、周辺の段差を除去す
る研磨前に、表面酸化膜を除去することを特徴とする請
求項１または請求項２に記載の剥離ウエーハを再利用す
る方法。
【請求項４】前記再処理中に、剥離ウエーハにドナー
キラー熱処理を施すことを特徴とする請求項１ないし請
求項３のいずれか１項に記載の剥離ウエーハを再利用す
る方法。
【請求項５】前記請求項１ないし請求項４のいずれか
１項に記載の方法で再処理された剥離ウエーハを、ＳＯ
Ｉウエーハのベースウエーハとして再利用することを特
徴とする剥離ウエーハを再利用する方法。
【請求項６】前記請求項１ないし請求項４のいずれか
１項に記載の方法で再処理された剥離ウエーハを、ＳＯ
Ｉウエーハのボンドウエーハとして再利用することを特
徴とする剥離ウエーハを再利用する方法。
【請求項７】前記請求項１ないし請求項４のいずれか
１項に記載の方法で再処理された剥離ウエーハを、シリ
コン鏡面ウエーハとして再利用することを特徴とする剥
離ウエーハを再利用する方法。
【請求項８】前記請求項１ないし請求項４のいずれか
１項に記載の方法で再処理されたことを特徴とする再利
用に供されるシリコンウエーハ。