JP7501438B2 - Ｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＳＯＩウェーハの製造方法およびＳＯＩウェーハに関する。

半導体ウェーハとしてＳＯＩウェーハ（Silicon on Insulator）が知られている。ＳＯＩウェーハは、支持基板上に、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等の絶縁膜と、デバイス活性層（「活性層」または「ＳＯＩ層」と呼ばれることがある）として使用される単結晶シリコン層とが順次形成された構造を有する。ＳＯＩウェーハは、活性層の厚みによって用途が区分され、活性層の厚みが１μｍ以上のものは「厚膜ＳＯＩ」と呼ばれ、活性層の厚みが１μｍ未満のものは「薄膜ＳＯＩ」と呼ばれる。一般的に、厚膜ＳＯＩはパワーデバイスやBiCMOS等に用いられており、薄膜ＳＯＩはCMOS-LSI等に用いられている。

ここで、ＳＯＩウェーハの代表的な製造方法として、スマートカット法（SmartCut；登録商標）および貼合せ法が知られている。スマートカット法では、活性層用のシリコン基板に水素イオンを高濃度注入して脆化処理層を形成する。次いで、該脆化処理層の部分でシリコン基板を剥離することによって活性層を形成し、剥離した活性層を酸化膜を介して支持基板に貼り合わせることでＳＯＩウェーハを作製する（例えば、特許文献１）。スマートカット法は、水素イオンをウェーハ表面から内部の深い位置にまでイオン注入することができず、厚い活性層を得ることができないため、薄膜ＳＯＩ製造にのみ適用可能な技術である。一方、貼合せ法は、支持基板および活性層用基板の少なくとも一方に酸化膜（「BOX（Buried Oxide）層」とも呼ばれる）を形成し、次いで、これらの基板を、酸化膜を介して重ね合わせた後、１２００℃程度の高温にて接合熱処理を施すことにより、ＳＯＩウェーハを作製する（例えば、特許文献２）。貼合せ法は、２枚のシリコンウェーハを酸化膜を介して貼り合わせるため、作製する活性層の厚みは任意に調整可能であることから、一般的に厚膜ＳＯＩ製造に適用されている。

特開平５－２１１１２８号 特開平８－２５０６８８

ところで、ＳＯＩウェーハの周縁部における非ＳＯＩ領域、すなわち、活性層の外縁よりも外方に支持基板または酸化膜が露出した部分は、「テラス部」と呼ばれる。そして、テラス部の幅を「テラス幅」という（JEITA EM-3604A）。

ここで、図１（Ａ）は一般的なスマートカット法により作製した薄膜ＳＯＩウェーハの仕上げ研磨前の光学顕微鏡写真であり、活性層およびテラス部の境界を含む周縁部の拡大写真である。薄膜ＳＯＩウェーハのテラス幅は、仕上げ研磨前でも２ｍｍ超３ｍｍ未満であることが一般的である。また、図１（Ａ）に示すように活性層と酸化膜との境界線は歪んだ線状となり、テラス部には複数の点状の凸部（ＳＯＩ島と呼ばれる）が形成される。このような境界線やＳＯＩ島は、デバイス形成時の汚染原因となる。そのため、テラス部に仕上げ研磨が行われるが、図１（Ｂ）に示す仕上げ研磨後の写真のように、境界線は円形とはならず、うねりが残存し、また、最終的なテラス幅も増大して３ｍｍ以上となってしまう（図１（Ｂ）において、仕上げ研磨後のテラス幅は４～５ｍｍ程度である）。

デバイス形成領域とできる有効面積を増大させるため、半導体ウェーハのエッジ除外領域(Edge Exclusion)は、従来、ウェーハエッジから３ｍｍであったものが、現状では２ｍｍへと進みつつあり、さらには１ｍｍまでの縮小化も要求されつつある。薄膜ＳＯＩにおいてもエッジ除外領域の縮小化が期待されるが、そのためにはテラス幅を縮小する必要がある。しかしながら、前述したように、スマートカット法により作製した薄膜ＳＯＩウェーハのテラス幅は広く、活性層外周部における貼り合わせ強度が低いという特性もあることから、テラス幅を２ｍｍ以下とすることは困難な状況にある。実際に、SOI島を除去するために外周のテラス研磨を追加で実施しても、テラス幅が２ｍｍから３～４ｍｍに拡大し、かつ、うねりが形成されてしまう。

本発明者は、薄膜ＳＯＩウェーハのテラス幅縮小化の実現に向けて、薄膜ＳＯＩの作製時に従来用いられているスマートカット法に代えて、厚膜ＳＯＩウェーハに適用されている貼合せ法の適用を試みた。具体的には、本発明者は、貼合せ法により、活性層の厚み１μｍ未満の薄膜ＳＯＩウェーハの作製が可能かどうか検討した。

本発明者は、スマートカット法におけるテラス幅の下限よりも狭いテラス幅として、テラス幅を２ｍｍとした場合での、貼合せ法による活性層の薄膜化を試みた。しかしながらこの場合、活性層の一部が厚み方向に完全に除去されて酸化膜の露出が生じることが本発明者により新たに確認された。

そこで本発明は、スマートカット法により作製される薄膜ＳＯＩウェーハよりもテラス幅を縮小でき、かつ、厚み１μｍ未満の活性層を有するＳＯＩウェーハを貼合せ法によって実現することが可能な、ＳＯＩウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく本発明者が鋭意検討したところ、以下の知見を得た。
（Ａ）まず、酸化膜の露出が生じないように貼合せ法によるＳＯＩウェーハの活性層の厚みを１μｍ未満とするには、活性層用基板を高精度に研削する必要があるため、少なくとも薄膜化の最終段階においては局所プラズマエッチングを用いたドライケミカル平坦化（Dry chemical Planarization；ＤＣＰ）加工法の適用が好適と考えられる。ＤＣＰ加工法は、局所プラズマエッチングを用いるために通常の研磨面に比べて表面粗さが劣る。そこで、ＤＣＰ加工後には、活性層用基板表面に仕上げ研磨を行う。

（Ｂ）しかし、テラス幅２ｍｍの状態で上記ＤＣＰ加工および仕上げ研磨を施すと、活性層端部で、仕上げ研磨前には活性層のあった部位において酸化膜が露出してしまうことが実験的に確認された。エッジ除外領域の拡張を偽性として、テラス幅を３ｍｍとした場合でも、同様に酸化膜が露出してしまった。この原因を本発明者が詳細に検討したところ、仕上げ研磨前のＳＯＩウェーハの形状に起因して、仕上げ研磨時に活性層端部においてパッドからの加圧が活性層中央部に比べて大きくなるため、活性層端部の過剰な除去が生じたからではないかと本発明者は考えた。

（Ｃ）そこで、仕上げ研磨前に、ＳＯＩウェーハの形状を適正化することで、活性層端部におけるパッドからの加圧を抑制でき、その結果、酸化膜の露出を防ぐことができる。ＳＯＩウェーハの形状としては、仕上げ研磨前のテラス幅が特に重要な指標となる。
本発明は、上記の知見および検討に基づくものであり、その要旨構成は以下のとおりである。

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活性層用基板およびシリコン単結晶からなる支持基板の少なくとも一方の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記酸化膜を介して前記活性層用基板と前記支持基板とを貼合せる貼合せ工程と、
前記貼り合わせ工程後、前記活性層用基板を、前記支持基板と反対側の面から薄膜化する薄膜化工程と、を含むＳＯＩウェーハの製造方法であって、
前記薄膜化工程は、前記活性層用基板の表面をドライケミカルエッチング処理して表面を平坦化加工する第１工程と、前記活性層用基板の表面を研磨し、厚み１μｍ未満の活性層を形成する第２工程とを含み、
前記第２工程に先立ち、上面視で活性層基板外縁より外方に露出する前記酸化膜または前記支持基板が露出する領域の幅を、前記ＳＯＩウェーハの端面から径方向に１．５ｍｍ以下とすることを特徴とする。

ここで、前記活性層の厚みを０．３μｍ以上とすることが好ましい。

また、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法は、前記貼合せ工程と、前記薄膜化工程との間に、前記支持基板側の周縁部が残存するように前記活性層用基板の端面の面取りを行う面取り工程と、該面取り工程に続いて、前記残存した部分をウェットエッチングして前記酸化膜の一部を露出させるウェットエッチング工程と、該ウェットエッチング工程に続いて前記酸化膜の周縁部を除去する除去工程と、をさらに含み、前記除去工程において前記幅を１．５ｍｍ以下とし、前記幅をＷ（ｍｍ）、前記厚みをＴ（μｍ）としたときに、ＷおよびＴが下記式（１）を満足することが好ましい。
記
Ｔ≧０．３６Ｗ＋０．３２ ・・・（１）

一方、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法は、前記貼合せ工程と、前記薄膜化工程との間に、前記活性層用基板の表面研削を行う表面研削工程と、該表面研削工程に続いて、前記活性層用基板の主表面に対して斜め方向から前記活性層用基板の周縁部を研磨する周縁部研磨工程と、をさらに含み、前記周縁部研磨工程において前記幅を１．５ｍｍ以下とし、前記幅をＷ（ｍｍ）、前記厚みをＴ（μｍ）としたときに、ＷおよびＴが下記式（２）を満足することが好ましい。
記
Ｔ≧０．５４Ｗ＋０．２４ ・・・（２）

他にも、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法は、前記貼合せ工程と、前記薄膜化工程との間に、貼合せた前記活性層用基板および前記支持基板の端部の研削を行い、該端部を、前記酸化膜を介して連続的なラウンド面またはテーパ面とする端部研削工程をさらに含むことが好ましい。

また、本発明のＳＯＩウェーハは、シリコン単結晶からなる支持基板と、該支持基板上に位置する酸化膜と、該酸化膜上に位置し、シリコン単結晶からなる活性層と、を有し、前記活性層の厚みが１μｍ未満であり、上面視で活性層外縁より外方に露出する前記酸化膜または前記支持基板が露出する領域の幅が、前記ＳＯＩウェーハの端面から径方向に１．５ｍｍ以下であることを特徴とする。

ここで、前記活性層の厚みが０．３μｍ以上であることが好ましい。

また、本発明のＳＯＩウェーハは、前記支持基板および前記酸化膜が、前記ＳＯＩウェーハの周縁部において段差状に配置され、前記幅をＷ（ｍｍ）、前記厚みをＴ（μｍ）としたときに、ＷおよびＴが下記式（１）を満足することが好ましい。
記
Ｔ≧０．３６Ｗ＋０．３２ ・・・（１）

一方、本発明のＳＯＩウェーハは、前記支持基板が、前記ＳＯＩウェーハの周縁部において露出し、前記酸化膜および前記活性層の端部が連続的なラウンド面またはテーパ面であり、前記幅をＷ（ｍｍ）、前記厚みをＴ（μｍ）としたときに、ＷおよびＴが下記式（２）を満足することが好ましい。
記
Ｔ≧０．５４Ｗ＋０．２４ ・・・（２）

他にも、本発明のＳＯＩウェーハは、前記活性層および前記支持基板の端部が、前記酸化膜を介して連続的なラウンド面またはテーパ面であることが好ましい。

本発明のＳＯＩウェーハの製造方法によれば、スマートカット法により作製される薄膜ＳＯＩウェーハよりもテラス幅を縮小でき、かつ、厚み１μｍ未満の活性層を有するＳＯＩウェーハを貼合せ法によって実現することが可能な、ＳＯＩウェーハの製造方法を提供することができる。

従来技術に係る、スマートカット法により作製されるＳＯＩウェーハのテラス部近傍を示す写真であり、（Ａ）は仕上げ研磨前のテラス部近傍の光学顕微鏡写真であり、（Ｂ）は、仕上げ研磨後のテラス部近傍の写真である。 本発明の一実施形態によるＳＯＩウェーハの製造方法を説明する摸式断面図である。 本発明の第１の好適実施形態によるＳＯＩウェーハの製造方法を説明する摸式断面図である。 本発明の第１の好適実施形態によるＳＯＩウェーハの製造方法において、仕上げ研磨する第２工程を説明する摸式断面図である。 本発明の第２の好適実施形態によるＳＯＩウェーハの製造方法を説明する摸式断面図である。 本発明の第２の好適実施形態によるＳＯＩウェーハの製造方法において、仕上げ研磨する第２工程を説明する摸式断面図である。 本発明の第３の好適実施形態によるＳＯＩウェーハの製造方法を説明する摸式断面図である。 本発明の第３の好適実施形態によるＳＯＩウェーハの製造方法において、仕上げ研磨する第２工程を説明する摸式断面図である。 実験例１～３における、テラス幅と活性層の厚みとの関係を示すグラフである。 （Ａ），（Ｂ）は、実験例３における仕上げ研磨後のテラス部近傍の写真であり、（Ｃ），（Ｄ）は、実験例２における仕上げ研磨後のテラス部近傍の写真である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、図２～図８では説明の便宜上、実際の厚さの割合とは異なり、各構成の厚みおよび幅を誇張して示す。

（ＳＯＩウェーハの製造方法）
図２を参照して、本発明の一実施形態に従うＳＯＩウェーハの製造方法を説明する。本発明の一実施形態に従うＳＯＩウェーハ１００の製造方法は、シリコン単結晶からなる活性層用基板１０Ａおよびシリコン単結晶からなる支持基板２０の少なくとも一方の表面に酸化膜１１Ａを形成する酸化膜形成工程（図２（Ａ），（Ｂ））と、酸化膜１１Ａを介して活性層用基板１０Ａと支持基板２０とを貼合せる貼合せ工程（図２（Ｃ））と、この貼合せ工程後、活性層用基板１０Ａを、支持基板２０と反対側の面から薄膜化する薄膜化工程（図２（Ｄ），（Ｅ））と、を含む。なお、図示の都合上、図２では活性層用基板１０Ａに酸化膜１１Ａを形成したが、支持基板２０に酸化膜を形成してもよいし、活性層用基板１０Ａおよび支持基板２０の両方に酸化膜を形成してもよい。

ここで、本実施形態において、薄膜化工程は、活性層用基板１０Ｃの表面をドライケミカルエッチング処理して表面を平坦化加工する第１工程と、活性層用基板１０Ｃの表面を研磨し、厚み１μｍ未満の活性層１０を形成する第２工程とを含む（図２（Ｄ），（Ｅ））。そして、この第２工程に先立ち、上面視で活性層基板外縁より外方に露出する酸化膜１１または支持基板２０が露出する領域の幅Ｗを、ＳＯＩウェーハ１００の端面から径方向に１．５ｍｍ以下とする。図２（Ｅ）は、この製造方法の結果得られたＳＯＩウェーハ１００の模式断面図である。以下、上面視で活性層基板外縁より外方に露出する酸化膜１１または支持基板２０が露出する領域の幅を、「テラス幅」と称する。また、本明細書における「ＳＯＩウェーハの端面」とは、ＳＯＩウェーハを上面視したときの最外周を意味する。以下、各工程の詳細を順に説明する。

まず、図２（Ａ）に示すように、活性層用基板１０Ａを用意する。活性層用基板１０Ａとしては、シリコン単結晶からなる単結晶シリコンウェーハを用いる。単結晶シリコンウェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）により育成された単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスしたものを使用することができる。また、任意の不純物ドーパント元素を添加して、ｎ型またはｐ型としてもよい。

また、活性層用基板１０Ａとは別途、図２（Ａ）に示すように、支持基板２０を用意する。支持基板２０は、ＳＯＩウェーハ１００の支持基板として利用されるウェーハであり、活性層用基板１０Ａと同様の単結晶シリコンウェーハを用いることができる。活性層用基板１０Ａと、支持基板２０とで、酸化物濃度や導電型等の条件は異なっていてもよいし、同一でもよい。

次に、図２（Ｂ）に示すように、例えば酸化雰囲気での熱処理などにより、酸化膜１１Ａを活性層用基板１０Ａに形成する。なお、図では活性層用基板１０Ａの表面全てに酸化膜１１Ａを形成しているが、活性層用基板１０Ａの片面のみに酸化膜を形成してもよい。また、前述のとおり、支持基板２０に酸化膜を形成してもよいし、活性層用基板１０Ａおよび支持基板２０の両方に酸化膜を形成してもよい。酸化膜１１Ａは、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）からなり、一般的に用いられている熱酸化膜作製装置を用いて作製することができる。酸化膜１１Ａの厚みは、ＳＯＩとして用いることが可能な範囲で適宜設定することができる。限定を意図するものではないが、活性層用基板１０Ａと、支持基板２０との間に位置する酸化膜１１Ａの厚みを、例えば０．１～１０μｍとすることができ、また、１０～３０μｍとすることもできる。

続いて、図２（Ｃ）に示すように、活性層用基板１０Ａおよび支持基板２０の間に酸化膜１１Ａが位置するように、酸化膜１１Ａを介して活性層用基板１０Ａと支持基板２０とを貼合せる。この貼り合わせは、一般的なウェーハ貼り合わせ装置を用いて行うことができる。この貼合せの後に、貼合せの接合部の接合強度を強化するために、熱処理を施すことも好ましい。貼合せ強化熱処理は、例えば、酸化性ガスまたは不活性ガス雰囲気中において、８００℃以上１２００℃以下、１０分以上６時間以下の条件下を行うことができる。

次に、最終的に得るべき活性層１０（図２（Ｅ）参照）を形成するため、支持基板２０と反対側の面から活性層用基板１０Ａを薄膜化する薄膜化工程を行う（図２（Ｄ），（Ｅ））。この薄膜化工程は、活性層用基板１０Ｃをドライケミカルエッチング処理して表面を平坦化加工する第１工程と、活性層用基板１０Ｃの表面を研磨し、厚みＴが１μｍ未満の活性層１０を形成する第２工程とを含む。なお、この第１工程に先立ち、活性用基板１０Ａに対して周知の平面研削法または鏡面研磨法を行ってもよい。

ここで、上記第１工程では、ＤＣＰ加工（Dry chemical Planarization）を行う。ＤＣＰ加工では、エッチングガスをマイクロ波によりプラズマ化して、イオンおよび反応性ラジカルを生成し、これらのうちのラジカルをメインエッチャントとして局所的なプラズマエッチングを行なう。そして、プラズマエッチングの際に噴射ノズルを走査する際に、厚みを測定してステージの速度を変えながらエッチングガスを噴射して、高精度に局所加工を行なう。このようなＤＣＰ加工は、一般的なＤＣＰ加工機を用いて行うことができる。このＤＣＰ加工により、活性層厚みの公差を小さくすることができる。

第１工程によるＤＣＰ加工は、局所プラズマエッチングを用いているため、機械研磨や化学機械研磨（ＣＭＰ）等による研磨に比べて表面粗さが劣る。したがって、第２工程として、活性層用基板１０Ｃを仕上げ研磨し、活性層１０を形成する。そして、仕上げ研磨後の活性層１０の厚みＴを１μｍ未満とする。なお、ＤＣＰ加工後の段階で活性層用基板の厚みを１μｍ未満にしておいてもよい。仕上げ研磨による研磨取り代は通常０．０５μｍ～０．３０μｍ程度であり、仕上げ研磨後によって、表面粗さの改善を行うことができる。仕上げ研磨としては、両面研磨法および片面研磨法のいずれも適用可能であるが、片面研磨法がより好ましい。

ここで、少なくとも上記第２工程に先立ち、テラス幅Ｗを１．５ｍｍ以下とすることが肝要である。なお、上記第１工程に先立ちテラス幅Ｗを上記範囲としておいてもよい。第１工程によるＤＣＰ加工では、活性層基板１０Ｃの厚みを予め測定しておき、測定結果に基づきＤＣＰ加工を行うため、加工後のテラス幅にほとんど影響しないためである。テラス幅Ｔを１．５ｍｍ以下とするには、公知の面取りエッチング法、テラス研磨法およびテラスフリーウェーハの作製方法を適用可能である。

本発明者の検討によると、第２工程を行う際に、テラス幅Ｔが１．５ｍｍ以下であれば、第２工程の仕上げ研磨を行い、その後の活性層１０の厚みＴが１μｍ未満であっても、酸化膜１１の露出が生じないことが実験的に確認された。なお、ここでいう「酸化膜の露出が生じない」とは、仕上げ研磨前に露出していた酸化膜を指すのではなく、仕上げ研磨前には露出していなかったが、仕上げ研磨後には当該露出していなかった部分での露出が発生したことを意味する。

本発明者の予想に反し、第２工程を行う際には、テラス幅を広くするよりもむしろテラス幅Ｔを１．５ｍｍ以下と狭くすることによって、貼合せ法による薄膜ＳＯＩの薄膜化が実現できたのである。これは、活性層が１μｍ未満と非常に薄い場合、仕上げ研磨の直前にテラス幅が１．５ｍｍを超えると、研磨パッドがＳＯＩウェーハ周縁部に沈み込むため、周縁部ほど加圧力が大きくなるために、研削される活性層が多くなるからだと本発明者は考えている。一方、仕上げ研磨の直前段階において、テラス幅が１．５ｍｍ以下である場合、ＳＯＩウェーハの周縁部を巨視的に見れば、活性層、酸化膜および支持基板が比較的滑らかな形状となって、活性層の端部への加圧が小さくなるからだと、本発明者は考えている。

以上、本実施形態により、スマートカット法により作製される薄膜ＳＯＩウェーハよりもテラス幅を縮小でき、かつ、厚み１μｍ未満の活性層を有するＳＯＩウェーハを貼合せ法によって実現することが可能な、ＳＯＩウェーハの製造方法を提供することができる。以下、本実施形態の好適な実施形態を順に説明する。

（第１の好適実施形態）
第１の好適実施形態では、テラス幅Ｔを１．５ｍｍ以下とするため、薄膜化工程に先立ち、所謂「面取りエッチング法」を行う。すなわち、図３に示すように、貼合せ工程と、薄膜化工程との間に、まず、支持基板側２０の周縁部が残存するように活性層用基板１０Ａの端面の面取りを行う面取り工程を行うことが好ましい。活性層用基板１０Ａを面取りした後には、図３（Ｂ）に示すように活性層用基板１０Ｂ_１となる。この面取りに伴い、酸化膜１１Ａは除去されて、活性層用基板１０Ｂ_１との上面側の酸化膜１１Ｃと、下面側の１１Ｂとに分離する。

この面取り工程に続いて、図３（Ｃ）に示すように、活性層用基板１０Ｂ_１の、支持基板側で残存した部分をウェットエッチングして、酸化膜１１Ｂの一部を露出させるウェットエッチング工程を行うことが好ましい。エッチング工程後には、活性層用基板１０Ｂ_２が形成される。そして、該ウェットエッチング工程に続いて、酸化膜１１Ｂの周縁部を除去する除去工程を行う（図３（Ｄ））。この除去工程には、一般的な研磨または研削方法が適用可能であり、この除去工程においてテラス幅を１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。そして、最後に、既述の薄膜化工程を行うことで、活性層の厚みが１μｍ未満の薄膜ＳＯＩウェーハを作製することができる（図３（Ｅ））。

そして、本好適実施形態では、テラス幅をＷ（ｍｍ）、活性層の厚みをＴ（μｍ）としたときに、ＷおよびＴが下記式（１）を満足するよう、除去工程を行うことが好ましい。
Ｔ≧０．３６Ｗ＋０．３２ ・・・（１）
テラス幅および活性層の厚みが式（１）を満足することで、より確実に酸化膜露出の生じない薄膜ＳＯＩウェーハを実現することができる。

本好適実施形態では、図４（Ａ）～（Ｃ）に示すように、仕上げ研磨の際にテラス幅が１．５ｍｍ以下となっているので、仕上げ研磨の際の研磨パッドＰのＳＯＩウェーハ２００周縁部における沈み込みを抑制することができ、厚み１μｍ未満の活性層１０を形成した後でも、酸化膜１１の新たな露出を防止することができる。ただし、研磨条件にも依存するが、テラス幅が１．５ｍｍを超える場合、あるいは、ＴおよびＷが上記式（１）を満足しない場合、図４（Ｄ）に示すように、作製されるＳＯＩウェーハ２００’のテラス幅がＷ’（Ｗ’＞Ｗ）となって、活性層１０の周縁部が過剰に除去されて、酸化膜１１の露出が生じてしまう場合がある。

（第２の好適実施形態）
第２の好適実施形態では、テラス幅を１．５ｍｍ以下とするため、薄膜化工程に先立ち、所謂「テラス研磨法」を行う。すなわち、図５に示すように、貼合せ工程と、薄膜化工程との間に、まず、活性層用基板１０Ａの表面研削を行う表面研削工程を行うことが好ましい。表面研削後には、活性層用基板１０Ｂが形成され、これに伴い酸化膜１１Ｂが形成される（図５（Ｂ））。表面研削は、公知の研削方法を用いることができる。

この表面研削工程に続いて、活性層用基板１０Ｂの主表面に対して斜め方向から活性層用基板１０Ｂの周縁部を研磨する周縁部研磨工程を行うことが好ましい。周縁部研磨後には、活性層１０Ｃが形成されると共に、酸化膜１１Ｂの端部および支持基板２０の端部も研削される（図５（Ｃ））。この周縁部研磨も、凹凸形状の保持板等によって支持基板２０を保持しながら外周部のみを研磨する、公知の研磨方法を適用することができる。そして、この周縁部研磨工程により、テラス幅を１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。最後に、既述の薄膜化工程を行うことで、活性層の厚みが１μｍ未満の薄膜ＳＯＩウェーハを作製することができる（図５（Ｄ））。

そして、本好適実施形態では、テラス幅をＷ（ｍｍ）、活性層の厚みをＴ（μｍ）としたときに、ＷおよびＴが下記式（２）を満足するよう、周縁部研磨工程を行うことが好ましい。
Ｔ≧０．５４Ｗ＋０．２４ ・・・（２）
テラス幅および活性層の厚みが式（２）を満足することで、より確実に酸化膜露出の生じない薄膜ＳＯＩウェーハを実現することができる。

本好適実施形態では、図６（Ａ）～（Ｃ）に示すように、仕上げ研磨の際にテラス幅が１．５ｍｍ以下となっているので、仕上げ研磨の際の研磨パッドＰのＳＯＩウェーハ３００周縁部における沈み込みを抑制することができ、１μｍ未満の活性層１０を形成した後でも、酸化膜１１の新たな露出を防止することができる。ただし、研磨条件にも依存するが、テラス幅が１．５ｍｍを超える場合、あるいは、ＴおよびＷが上記式（２）を満足しない場合、図６（Ｄ）に示すように、作製されるＳＯＩウェーハ３００’のテラス幅がＷ’（Ｗ’＞Ｗ）となって、活性層１０の周縁部が過剰に除去されて、酸化膜１１の露出が生じてしまう場合がある。

なお、上述の面取りエッチング法によるテラス幅の制御と、テラス研磨法によるテラス幅の制御とを比較すると、テラス研磨法では、活性層用基板１０Ｃが研磨パッドＰにより接触しやすくなり、当該部分が研削されることで酸化膜１１の露出がしやすい傾向にある。そこで、テラス幅の制御にあたっては、第１実施形態を用いる方がより好ましい。

（第３の好適実施形態）
第３の好適実施形態では、テラス幅を１．５ｍｍ以下とするため、薄膜化工程に先立ち、所謂「テラスフリー」のＳＯＩウェーハを形成する（「ラウンド加工」と呼ばれることもある）。すなわち、図７に示すように、貼合せ工程と、薄膜化工程との間に、貼合せた活性層用基板１０Ｂおよび支持基板２０の端部の研削を行い、該端部を、酸化膜１１Ｂを介して連続的なラウンド面またはテーパ面とする端部研削工程を行うことが好ましい（図７（Ａ）～（Ｃ））。より具体的には、貼合せた活性層用基板１０Ｂおよび支持基板２０の外周研削を、所定形状の砥石を用いて行い（図７（Ｂ））、次いで表面研削を行う（図７（Ｃ））ことが好ましい。表面研削後には、連続的なラウンド面またはテーパ面が形成される。上記外周研削と、表面研削との間に、同種のＳＯＩウェーハの中間体を形成して、それらを重ね合わせ、積層圧締した状態でエッチングを行って、外周研削による表面粗さの悪化を改善することも好ましい。最後に、既述の薄膜化工程を行うことで、活性層の厚みが１μｍ未満の薄膜ＳＯＩウェーハを作製することができる。

なお、「テラスフリー」と呼ばれるＳＯＩウェーハであっても、図７（Ｃ）に示すように、数ｎｍ～数１０ｎｍ程度の酸化膜１１の露出領域が存在し得る。ただし、この露出は平坦面としての露出ではなく、また、目視では確認できない程度の露出であるため、ＳＯＩウェーハの端部が酸化膜を介して連続的なラウンド面またはテーパ面である場合には、テラス幅は実質的に０ｍｍであるとして本明細書では取り扱うこととする。

本好適実施形態では、図８（Ａ）～（Ｃ）に示すように、仕上げ研磨の際にテラス幅が実質的に０ｍｍであり、仕上げ研磨の際の研磨パッドＰのＳＯＩウェーハ４００周縁部に加わる加圧が平均化される。そのため、１μｍ未満の活性層１０を形成した後でも、酸化膜１１の新たな露出をほぼ確実に防止することができ、特に好ましい。また、前述の第１および第２の好適実施形態と比べても、本好適実施形態が最も酸化膜１１の露出を防止することができるため、好ましい。

なお、本製造方法により製造可能な所謂「薄膜ＳＯＩ」の活性層の厚みは特に限定されないが、加工精度および生産性を考慮すると、厚みの下限を０．３μｍとすることが好ましい。

また、薄膜化工程の前後において、支持基板２０を用途に応じて別途薄膜化してもよく、この薄膜化の際に、貼り合わせ面以外の面の絶縁膜を研削または研磨してもよい。

（ＳＯＩウェーハ）
次に、上記製造方法によって得られる本実施形態のＳＯＩウェーハについて説明する。重複する構成には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態のＳＯＩウェーハ１００は、図２（Ｅ）に代表されるように、シリコン単結晶からなる支持基板２０と、支持基板２０上に位置する酸化膜１１と、酸化膜１１上に位置し、シリコン単結晶からなる活性層１０と、を有し、活性層１０の厚みＴが１μｍ未満であり、上面視で活性層１０の外縁より外方に露出する酸化膜１１または支持基板２０が露出する領域の幅（即ちテラス幅）が、ＳＯＩウェーハ１００の端面から径方向に１．５ｍｍ以下である。

ここで、活性層１０の厚みＴを０．３μｍ以上とすることができる。

また、図４（Ｃ）に示すように、本発明の好適実施形態によるＳＯＩウェーハ２００では、支持基板２０および酸化膜１１が、ＳＯＩウェーハ２００の周縁部において段差状に配置され、テラス幅をＷ（ｍｍ）、活性層１０の厚みをＴ（μｍ）としたときに、ＷおよびＴが既述の式（１）を満足することが好ましい。
Ｔ≧０．３６Ｗ＋０．３２ ・・・（１）
このＳＯＩウェーハ２００は、前述の第１の好適実施形態（面取りエッチング法）により得られる。

他にも、図６（Ｃ）に示すように、本発明の好適実施形態によるＳＯＩウェーハ３００では、支持基板２０が、ＳＯＩウェーハ３００の周縁部において露出し、かつ、酸化膜１１および活性層１０の端部が連続的なラウンド面またはテーパ面であり、テラス幅をＷ（ｍｍ）、活性層１０の厚みをＴ（μｍ）としたときに、ＷおよびＴが既述の式（２）を満足することが好ましい。
Ｔ≧０．５４Ｗ＋０．２４ ・・・（２）
このＳＯＩウェーハ３００は、前述の第２の好適実施形態（テラス研磨法）により得られる。

さらに、図８（Ｃ）に示すように、本発明の好適実施形態によるＳＯＩウェーハ４００では、活性層１０および支持基板２０の端部が、酸化膜１１を介して連続的なラウンド面またはテーパ面であることが好ましい。この場合、既述のとおりデラス幅は実質的に０ｍｍであるとして扱うことができる。このＳＯＩウェーハ４００は、前述の第３の好適実施形態（テラスフリー）により得られる。

活性層用基板として、ＣＺ法により得られた単結晶シリコンインゴットから採取されたｎ型のシリコンウェーハ（直径：２００ｍｍ、厚さ：７２５μｍ、酸素濃度：３．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、ドーパント種類：リン）を用意した。また、支持基板として、ＣＺ法により得られた単結晶シリコンインゴットから採取されたｐ型のシリコンウェーハ（直径：２００ｍｍ、厚さ：７２５μｍ、酸素濃度：１．２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、ドーパント種類：ボロン）を用意した。
次いで、熱酸化膜作製装置に活性層用のシリコンウェーハを導入して、水素及び酸素混合ガス雰囲気下で１０５０℃にて酸化膜形成処理を行い、厚さ２．５μｍのシリコン酸化膜を形成し、活性層用基板と支持基板とを張合せた。次いで、貼合せたウェーハを、酸素ガス雰囲気下とした縦型熱処理装置内に搬送し、装置内を８００℃まで昇温して２時間保持した後、１０００℃まで昇温して１時間保持して、貼り合わせを強化する熱処理を施した。
その後、以下の実験例１～３のとおりにテラス幅を調整し、次いでＤＣＰ加工および仕上げ研磨による薄膜化を行った。

（実験例１）
面取りエッチング法により活性層用基板を３μｍまで減肉化した。この際、テラス幅を０．７ｍｍとした。次いでＤＣＰ加工機を用いてＤＣＰ加工し、最後に片面研磨装置による研磨取り代を０．２０μｍとして、酸化膜の露出が生じるまで薄膜化を繰り返した。ＤＣＰ加工後において、活性層の厚みが０．５０μｍとなるまでは酸化膜の露出が生じないことが確認されたが、活性層の厚みが０．５０μｍ未満となると、酸化膜の露出が生じることが確認された。

また、面取りエッチング後のテラス幅を以下の表１に示す値に調整し、テラス幅以外は上記条件と同一として、酸化膜の露出が生じない仕上げ研磨後の活性層の厚みの下限値を測定した。テラス幅および活性層の厚みの下限値を以下に示す。また、この結果から最小自乗法を用いて求めた近似直線（前述の式（１）に相当）を、図９に示す。

（実験例２）
テラス研磨法により活性層用基板を３μｍまで減肉化した。この際、テラス幅を１．０ｍｍとした。次いでＤＣＰ加工機を用いてＤＣＰ加工し、最後に片面研磨装置による研磨取り代を０．２０μｍとして、酸化膜の露出が生じるまで薄膜化を繰り返した。ＤＣＰ加工後において、活性層の厚みが０．８μｍとなるまでは酸化膜の露出が生じないことが確認されたが、活性層の厚みが０．８μｍ未満となると、酸化膜の露出が生じることが確認された。

また、テラス研磨後のテラス幅を以下の表２に示す値に調整し、テラス幅以外は上記条件と同一として、酸化膜の露出が生じない仕上げ研磨後の活性層の厚みの下限値を測定した。テラス幅および活性層の厚みの下限値を以下に示す。また、この結果から最小自乗法を用いて求めた近似直線（前述の式（２）に相当）を、図９に示す。

（実験例３）
テラスフリーのＳＯＩウェーハを作製し、活性層用基板を３μｍまで減肉化した。次いでＤＣＰ加工機を用いてＤＣＰ加工し、最後に片面研磨装置による研磨取り代を０．２０μｍとして、酸化膜の露出が生じるまで薄膜化を繰り返した。活性層の厚みが０．３μｍとなるまでは、酸化膜の露出が少なくとも生じないことが確認された。活性層の厚み０．３μｍ未満については、実験を行っていない。前述の実験例１，２と併せて、結果を図９に示す。ただし、テラス幅を０ｍｍとして表記する。

なお、酸化膜の露出に関して、実験例３において、活性層の厚みを０．３０μｍとしたときの写真を代表例として図１０（Ａ），（Ｂ）に示す。（Ａ）はノッチ部以外の周縁部の写真であり、（Ｂ）はノッチ部の写真である。図１０（Ａ），（Ｂ）ともに、酸化膜の露出は確認されなかった。一方、実験例２において、テラス幅を２．０ｍｍとしたときに、活性層の厚みを０．９０μｍとしたものを図１０（Ｃ），（Ｄ）に示す。（Ｃ）はノッチ部以外の周縁部の写真であり、（Ｄ）はノッチ部の写真である。図１０（Ａ），（Ｂ）ともに、酸化膜の露出が確認された。

以上の結果から、仕上げ研磨前にテラス幅を１．５ｍｍ以下とすることで、貼合せ法により、活性層の厚み１μｍ未満の薄膜ＳＯＩウェーハの作製可能なことが確認された。また、面取りエッチング法によりテラス幅を１．５ｍｍ以下とする場合には、前述の式（１）を満足させることが好ましいこと、テラス研磨法によりテラス幅を１．５ｍｍ以下とする場合には、前述の式（２）を満足させることが好ましいことが確認された。

本発明によれば、スマートカット法により作製される薄膜ＳＯＩウェーハよりもテラス幅を縮小でき、かつ、厚み１μｍ未満の活性層を有するＳＯＩウェーハを貼合せ法によって実現することが可能な、ＳＯＩウェーハの製造方法を提供することができる。

１０ 活性層
１０Ａ 活性層用基板
１１ 酸化膜
２０ 支持基板
Ｔ 活性層の厚み
Ｗ テラス幅

Claims (5)

1. シリコン単結晶からなる活性層用基板およびシリコン単結晶からなる支持基板の少なくとも一方の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
   前記酸化膜を介して前記活性層用基板と前記支持基板とを貼合せる貼合せ工程と、
   前記貼り合わせ工程後、前記活性層用基板を、前記支持基板と反対側の面から薄膜化する薄膜化工程と、を含むＳＯＩウェーハの製造方法であって、
   前記薄膜化工程は、前記活性層用基板の表面をドライケミカルエッチング処理して表面を平坦化加工する第１工程と、前記活性層用基板の表面を研磨し、厚み１μｍ未満の活性層を形成する第２工程とを含み、
   前記第２工程に先立ち、上面視で活性層基板外縁より外方に露出する前記酸化膜または前記支持基板が露出する領域の幅を、前記ＳＯＩウェーハの端面から径方向に１．５ｍｍ以下とすることを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。
2. 前記活性層の厚みを０．３μｍ以上とする、請求項１に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
3. 前記貼合せ工程と、前記薄膜化工程との間に、前記支持基板側の周縁部が残存するように前記活性層用基板の端面の面取りを行う面取り工程と、該面取り工程に続いて、前記残存した部分をウェットエッチングして前記酸化膜の一部を露出させるウェットエッチング工程と、該ウェットエッチング工程に続いて前記酸化膜の周縁部を除去する除去工程と、をさらに含み、
   前記除去工程において前記幅を１．５ｍｍ以下とし、
   前記幅をＷ（ｍｍ）、前記厚みをＴ（μｍ）としたときに、ＷおよびＴが下記式（１）を満足する、請求項１または２に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
   記
   Ｔ≧０．３６Ｗ＋０．３２ ・・・（１）
4. 前記貼合せ工程と、前記薄膜化工程との間に、前記活性層用基板の表面研削を行う表面研削工程と、該表面研削工程に続いて、前記活性層用基板の主表面に対して斜め方向から前記活性層用基板の周縁部を研磨する周縁部研磨工程と、をさらに含み、
   前記周縁部研磨工程において前記幅を１．５ｍｍ以下とし、
   前記幅をＷ（ｍｍ）、前記厚みをＴ（μｍ）としたときに、ＷおよびＴが下記式（２）を満足する、請求項１または２に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
   記
   Ｔ≧０．５４Ｗ＋０．２４ ・・・（２）
5. 前記貼合せ工程と、前記薄膜化工程との間に、貼合せた前記活性層用基板および前記支持基板の端部の研削を行い、該端部を、前記酸化膜を介して連続的なラウンド面またはテーパ面とする端部研削工程をさらに含む、請求項１または２に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。

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