JP5643488B2 - 低応力膜を備えたｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)工程で有用な低応力膜を備えたＳＯＩウェーハとその製造方法に関するものである。

加速度センサーに代表されるＭＥＭＳ基板として、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板が広く用いられている。この基板は、支持基板（ハンドル基板）としてシリコン基板が用いられており、熱酸化膜(Box層：Buried oxide layer)を介して単結晶シリコン薄膜が積層されたものである。

ＳＯＩ基板がＭＥＭＳ基板用として広く用いられる理由は、裏面のハンドル基板を化学的にエッチング等で除去する際、酸化膜がエッチングストップ層として働き、単結晶シリコン薄膜層であるＳＯＩ基板のみが残存する性質を活かすためである。このとき、シリコンと酸化膜との間に、ある程度のエッチング選択比があるとは言え、やはり酸化膜にはある程度の厚さは要求される。このＢｏｘ層を形成する時は、ハンドル基板側もしくはドナー基板側のいずれか、又は両方に形成することが可能であるが、通常、ＳＯＩウェーハを作製する場合に際して、この熱酸化膜が厚い場合（０．５μｍ以上）、ハンドル基板に形成、又はハンドル基板とドナー基板の両方に形成される場合は、ハンドル基板側の酸化膜が厚い方が合理的である。これは、ドナー基板側に厚い熱酸化膜を形成すると、続くイオン注入工程において、高い注入加速電圧が必要となり、そのための装置コストの上昇や、高い加速電圧で打ち込まれるイオンにより表面荒れ等の問題が発生するためである。

特開２００５−１０９２０３号公報

しかし、ハンドル基板側に厚い熱酸化工程を施すことで、強い応力（圧縮応力）を有する熱酸化膜がハンドル基板の両側に形成される。基板の両側に応力膜が形成されることで、基板の反りなどは殆ど発生しないが、この基板をハンドル基板としてＳＯＩウェーハ基板を作製し、ＭＥＭＳ基板として使用する際には問題が発生する。ＭＥＭＳ工程で裏面の酸化膜を除去する際には、強い応力膜が片側のみに残存することとなり、平坦性が要求されるリソグラフィー、レジスト塗布、ドライエッチングなどの工程で問題を引き起こすこととなる。また、応力がＳＯＩ薄膜に集中することで膜にクラック等の欠陥が導入されることもある。

このように、ＭＥＭＳ基板として使用する際に、リソグラフィー、レジスト塗布、ドライエッチングなどの工程で問題を引き起こさないような低応力膜を備えたＳＯＩウェーハが望まれていた。

本発明は上記事情に鑑み、ＭＥＭＳ基板として使用する際に、リソグラフィー、レジスト塗布、ドライエッチングなどの工程で問題を引き起こさないような低応力膜を備えたＳＯＩウェーハを提供することを目的としている。
また、低応力膜の有する応力を簡単に調整することが可能であるＳＯＩウェーハの製造方法を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明においては、シリコン基板と、該シリコン基板の上に、絶対値が７５ＭＰａ以下の応力を有する低応力膜と、シリコン薄膜と、をこの順に備えるＳＯＩウェーハを提供する。
また、本発明においては、絶対値が７５ＭＰａ以下の応力を有する低応力膜を備えるシリコン基板であるハンドル基板を準備する工程と、シリコン基板であるドナー基板の表面から水素イオンを注入して水素イオン注入層を形成する工程と、前記ハンドル基板の前記低応力膜が形成された表面と、前記ドナー基板の水素イオンが注入された表面とを貼り合わせる工程と、前記水素イオン注入層に機械的衝撃を加えて前記水素イオン注入層を剥離し、前記貼り合わせたハンドル基板にシリコン薄膜が転写される剥離転写工程と、を含むＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。

本発明においては、ＭＥＭＳ基板として使用する際に、リソグラフィー、レジスト塗布、ドライエッチングなどの工程で問題を引き起こさないような低応力膜を備えたＳＯＩ基板を提供することが出来る。
また、低応力膜の有する応力を簡単に調整することが可能であるＳＯＩウェーハの製造方法を提供することが出来る。

ＰＥＣＶＤ法による低応力膜として酸窒化シリコン膜を用いるＳＯＩウェーハの作製プロセスを示す説明図。 ＬＰＣＶＤ法による低応力膜としてＳｉリッチなシリコン窒化膜を用いるＳＯＩウェーハの作製プロセスを示す説明図。 各種酸化膜のアニール前後での応力の変化を示すグラフ。 ＰＥＣＶＤ法におけるＬＦの調整による酸窒化シリコン膜のアニール前後での応力の変化を示すグラフ。 ＬＰＣＶＤ法におけるＮＨ_３ガス流量の調整によるＳｉリッチなシリコン窒化膜の応力の変化を示すグラフ。

シリコン基板であるハンドル基板の好ましい厚さは、特に限定されないが、ＳＥＭＩ等で規定されているシリコン基板の厚さに近いものが望ましい。これは半導体装置がこの厚さの基板を扱うように設定されていることが多いためである。この観点から好ましくは３００〜９００μｍである。

低応力膜は、特に限定されるものではなく、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）又は化学量論組成のＳｉ_３Ｎ_４よりもシリコン含有量の多いシリコン窒化膜（ＳｉリッチなＳｉＮ）が好ましい。両者は半導体工程に有害な金属を含んでおらず、完全なＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)互換性を有する。
ＳｉＯＮ（Ｓｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）の組成は、特に限定されるものではなく、ｘ＝０．３〜０．６、ｙ＝０．３〜０．５、ｚ＝０．０５〜０．２が好ましい。また、ＳｉリッチなＳｉＮ（Ｓｉ_uＮ_v）の組成についても、特に限定されるものではなく、Ｎ／Ｓｉ組成比で、０．８〜１．３のものが好ましい。これらの組成範囲において、低応力膜の有する応力が絶対値で７５ＭＰａ以下となり、ＳＯＩウェーハの反りが観察されないからである。
なお、低応力膜の有する応力の測定方法は、ウェーハの反りから膜の応力を算出する曲率半径測定法を用いる。
低応力膜の膜厚は、厚くなると応力が高くなるため、好ましくは０．１〜２．０μｍ、より好ましくは、０．２〜１．０μｍである。

シリコン薄膜としては、特に限定されるものではなく、単結晶シリコン薄膜等が挙げられ、例えば、チョクラルスキ法により育成された一般に市販されているものであり、その導電型や比抵抗率等の電気特性値や結晶方位や結晶径は、本発明の方法で製造されるＳＯＩウェーハが供されるデバイスの設計値やプロセス又は製造されるデバイスの表示面積等に依存して適宜選択されてよい。
シリコン薄膜の膜厚は、例えば、水素イオン注入された単結晶シリコンウェーハの表面から水素イオン注入層までの深さによって変化させることができ、特に限定されないが、好ましくは３００〜５００ｎｍ、さらに好ましくは４００ｎｍ程度である。

低応力膜とシリコン薄膜の間に、さらに、例えばシリコン薄膜を生じるドナー基板となる単結晶シリコン基板の表面を熱により酸化させた熱酸化膜を形成してもよい。これは、例えば水素イオン注入等を行う際、熱酸化膜を通して注入を行えば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られるからである。また、デバイスを形成するシリコン層と直下の絶縁膜との間には安定した界面が必要であることに起因する。
熱酸化膜の膜厚は、好ましくは５０〜５００ｎｍ、さらに好ましくは、５０〜３００ｎｍ程度である。これはあまり薄いと、膜厚の制御が難しく、またあまり厚いと成長に時間が掛かりすぎるためとドナー基板側の酸化膜の応力が増大するためである。

以下、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法を低応力膜として酸窒化シリコン膜とＳｉリッチなシリコン窒化膜を用いる図１及び図２に示す例に基づき説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
図１（Ａ）に示すように、絶対値が７５ＭＰａ以下の応力を有する低応力膜１１を備えるシリコン基板であるハンドル基板１０を準備する。ハンドル基板１０の片面に低応力膜１１として、好ましくはＰＥＣＶＤ(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法により、例えば酸窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）を形成する。ＰＥＣＶＤ法では、原料ガスとして、ＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ及びＮＨ_３を使用し、３００〜５００℃下で、高周波（High Frequency：ＨＦ 通常１３．５６ＭＨｚ）プラズマにより、原料ガスからイオン種、ラジカルを生成し、低周波（Low Frequency：ＬＦ 通常数百Ｈｚ）でそのプラズマを基板に当てることで、目的の膜を形成する方法である。この手法では、プラズマ発生させる電極間のバイアスを変化させることで酸窒化シリコン膜の密度、組成を変化させることが可能である。また、原料ガス等の組成を変えることで酸窒化シリコン膜の組成や応力を調整することが可能である。
酸窒化シリコン膜の内部応力は、ＳｉＨ_４ガスの流量を固定し、ＮＨ_３ガスに対するＮ_２Ｏガスの比を増やすと、酸窒化シリコン膜中の窒素比が増加し、内部応力が引っ張り応力から圧縮応力側に変化するので、Ｎ_２Ｏガス流量を調整することで低応力の酸窒化シリコン膜が得られる。好ましい原料ガスの組成は、一例であるが、ＳｉＨ_４：Ｎ_２Ｏ：ＮＨ_３＝１：２０：５程度である。なお、雰囲気ガスとして、窒素を加えることも可能である。ガスの組成に関しては、装置の構造、構成等に大きく依存するので、あくまで参考値である。

酸窒化シリコン膜等の低応力膜１１の形成後、アニールを行うことが好ましい。アニールの条件は、例えば１１０〜１７５℃で６時間アニール処理することが好ましい。通常の酸化膜は熱酸化膜であれ、ＰＥＣＶＤ法等で形成された酸化膜であれ、高い圧縮応力を有する。熱酸化膜の形成は、通常高温（好ましくは８００℃以上）で形成されるが、この温度で応力が緩和された酸化膜が室温に戻る際に、酸化膜よりも高い熱膨張率を有するシリコン基板等の絶縁性基板（ドナー基板）が酸化膜より多く縮むことにより、圧縮応力が導入されるためである。特に、ＰＥＣＶＤ法で作製した酸化膜は、密度が熱酸化膜よりも低いため、一般的にＣＶＤ工程後に焼き締めと呼ばれる高温（ＣＶＤ温度以上）アニール工程が加わり、膜の圧縮応力が更に高くなる（図３）。

また、ＰＥＣＶＤ法では、ＬＦ（ＬＦ：Ｌｏｗ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電極の周波数を変えることによっても、膜の応力を調整することができる（図４）。図４より、アニール後の低応力膜の応力の絶対値は、アニール前よりも低くなることが確認できる。電極の周波数は、好ましくは１００〜５００Ｈｚ、より好ましくは３００Ｈｚである。

低応力膜１１を備えるハンドル基板１０を準備する工程において、低応力膜１１が、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いてＪＩＳ Ｂ０６０１のＲＭＳで０．５ｎｍの平滑度となるように研磨を行うことが好ましい。この平滑度では、後の貼り合わせの際密着性が増し接合性が高められるからである。また、好ましい下限は、０．１〜０．２ｎｍ程度であり、これ以下の平滑度の達成が困難だからである。

図１（Ｂ）に示すように、単結晶シリコン基板であるドナー基板１２を準備する。ドナー基板１２の表面から水素イオンを注入して水素イオン注入層１３を形成する。この際、例えば、ドナー基板の温度を２５０〜４５０℃とし、その表面から所望の深さに水素イオン注入層を注入できるような注入エネルギーで、所定の線量の水素イオンを注入する。このときの条件として、例えば注入エネルギーは５０〜１００ｋｅＶ、注入線量は２×１０^１６〜１×１０^１７／ｃｍ^２とできる。
注入される水素イオンとしては、２×１０^１６〜１×１０^１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）のドーズ量の水素イオン（Ｈ^＋）、又は１×１０^１６〜５×１０^１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）のドーズ量の水素分子イオン（Ｈ_２ ^＋）が好ましい。特に好ましくは、８．０×１０^１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）のドーズ量の水素イオン（Ｈ^＋）、又は４．０×１０^１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）のドーズ量の水素分子イオン（Ｈ_２ ^＋）である。このドーズ量で作製したものが、後の剥離転写工程での好適な脆弱性を有するからである。
水素イオン注入されたドナー基板の表面から水素イオン注入層までの深さは、ハンドル基板（シリコン基板）上に設けるシリコン薄膜の所望の厚さに依存するが、好ましくは３００〜５００ｎｍ、さらに好ましくは４００ｎｍ程度である。また、水素イオン注入層の厚さは、機械衝撃によって容易に剥離できる厚さがよく、好ましくは２００〜４００ｎｍ、さらに好ましくは３００ｎｍ程度である。

前記水素イオン注入層１３を形成する工程が、前記ドナー基板１２の表面を予め熱により酸化させ熱酸化膜１４を形成し、該表面から水素イオンを注入して水素イオン注入層１３を形成してもよい。熱酸化膜は、一般的な熱酸化法により形成することができる。一般的には、酸素雰囲気又は水蒸気雰囲気で常圧下で、８００〜１１００℃で熱処理することで得られるものである。これは、水素イオン注入を行う際、熱酸化膜を通して注入を行えば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られるからである。

次に、図１（Ｃ）に示すように、前記ハンドル基板１０の前記低応力膜１１が形成された表面と、前記ドナー基板１２の水素イオンが注入された表面とを貼り合わせる。この貼り合わせる工程では、前記ハンドル基板１０と前記ドナー基板１２の貼り合わせる表面の両方又は一方に予めプラズマ活性化処理又はオゾン処理を施した後、貼り合わせてもよい。この表面活性化処理を施すことにより、後の機械的剥離等に十分耐え得るレベルの接合強度を得ることができる。
プラズマ活性化処理を行う場合、例えば、真空チャンバ中にハンドル基板及び／又はドナー基板を載置し、プラズマ用ガスを導入した後、１００Ｗ程度の高周波プラズマに５〜１０秒程度さらし、表面をプラズマ処理する。プラズマ用ガスとしては、ドナー基板を処理する場合、表面を酸化する場合には酸素ガスのプラズマ、酸化しない場合には水素ガス、アルゴンガス、又はこれらの混合ガスあるいは水素ガスとヘリウムガスの混合ガス等を挙げることができる。ハンドル基板を処理する場合は、いずれのガスでもよい。
オゾンで処理をする場合は、大気を導入したチャンバ中にハンドル基板及び／又はドナー基板を載置し、窒素ガス、アルゴンガス等のプラズマ用ガスを導入した後、高周波プラズマを発生させ、大気中の酸素をオゾンに変換することで、表面をオゾン処理する。プラズマ処理とオゾン処理とはどちらか一方又は両方行うことができる。

次に、図１（Ｄ）に示すように、前記水素イオン注入層１３に機械的衝撃を加えて前記水素イオン注入層１３を剥離し、前記貼り合わせたハンドル基板１０にシリコン薄膜１５を転写する。
水素イオン注入層に衝撃を与えて機械的剥離を行うので、加熱に伴う熱歪、ひび割れ、貼り合わせた面の剥離等が発生するおそれがない。剥離は、一端部から他端部に向かうへき開によるものが好ましい。
水素イオン注入層に衝撃を与えるためには、例えば、ガスや液体等の流体のジェットを貼り合わせたウェーハの側面から連続的又は断続的に吹き付ければよいが、衝撃により機械的剥離が生じる方法であれば特に限定はされない。

前記剥離転写工程が、前記貼り合わせたハンドル基板１０を予め４００℃以下、好ましくは２００〜４００℃で熱処理して前記水素イオン注入層１３に機械的衝撃を加えてもよい。この熱処理を行うことにより、ドナー基板とハンドル基板との接合強度を高めることができる。

次に、図１（Ｅ）に示すように、前記シリコン薄膜１５が転写された前記貼り合わせたハンドル基板１０の裏面を化学的にエッチング等で除去することにより、ＭＥＭＳ基板１６を得ることができる。

続いて、Ｓｉリッチなシリコン窒化膜を用いる図２に示す例について説明する。
図２（Ａ）に示すように、絶対値が７５ＭＰａ以下の応力を有する低応力膜２１を備えるシリコン基板であるハンドル基板２０を準備する。ハンドル基板２０の両面に低応力膜２１として、好ましくはＬＰＣＶＤ(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法によりＳｉリッチなシリコン窒化膜を形成する。ＬＰＣＶＤ法では、原料ガスとして、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＮＨ_３を使用し、７７０〜８００℃で加熱する。この手法では、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２やＮＨ_３の組成を増減することでシリコン窒化膜の密度を変化させることが可能である。また、ＮＨ_３の流量を変化させることでシリコン窒化膜の応力を調整することが可能である。ここではＮＨ_３の流量が好ましくは１５〜３５ｓｃｃｍ、より好ましくは２０〜３０ｓｃｃｍ、特に好ましくは２５ｓｃｃｍ付近のとき、応力が０に近くなる（図５）。原料ガスであるＳｉＨ_２Ｃｌ_２及びＮＨ_３の好ましい流量は、それぞれ３００、３０ｓｃｃｍ程度である。

低応力膜２１を備えるハンドル基板２０を準備する工程において、低応力膜２１が、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いてＪＩＳ Ｂ０６０１のＲＭＳで０．５ｎｍの平滑度となるように研磨を行うことが好ましい。この平滑度では、後の貼り合わせの際密着性が増し接合性が高められるからである。また、好ましい下限は、０．１〜０．２ｎｍ程度であり、これ以下の平滑度の達成が困難だからである。

図２（Ｂ）に示すように、単結晶シリコン基板であるドナー基板２２を準備する。ドナー基板２２の表面から水素イオンを注入して水素イオン注入層２３を形成する。詳細については上述した通りである。

前記水素イオン注入層２３を形成する工程が、前記ドナー基板２２の表面を予め熱により酸化させ熱酸化膜２４を形成し、該表面から水素イオンを注入して水素イオン注入層２３を形成してもよい。詳細については上述した通りである。

次に、図２（Ｃ）に示すように、前記ハンドル基板２０の前記低応力膜２１が形成された表面と、前記ドナー基板２２の水素イオンが注入された表面とを貼り合わせる。この貼り合わせる工程では、前記ハンドル基板２０と前記ドナー基板２２の貼り合わせる表面の両方又は一方に予めプラズマ活性化処理を施した後、貼り合わせてもよい。詳細については上述した通りである。

次に、図２（Ｄ）に示すように、前記水素イオン注入層２３に機械的衝撃を加えて前記水素イオン注入層２３を剥離し、前記貼り合わせたハンドル基板２０にシリコン薄膜２５を転写する。この剥離転写工程では、前記貼り合わせたハンドル基板２０を予め４００℃以下、好ましくは２００〜４００℃で熱処理して前記水素イオン注入層２３に機械的衝撃を加えてもよい。詳細については上述した通りである。

次に、図２（Ｅ）に示すように、前記シリコン薄膜２５が転写された前記貼り合わせたハンドル基板２０の裏面を化学的にエッチング等で除去することにより、ＭＥＭＳ基板２６を得ることができる。

以上の工程により得られるＭＥＭＳ基板は、リソグラフィー、レジスト塗布、ドライエッチングなどの工程においても、ステージへの吸着不良が起きないために、ＭＥＭＳ工程等に使用することができる。

以下、実施例等を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
＜ＰＥＣＶＤ法における電極の周波数の調整による酸窒化シリコン膜のアニール前後での応力の変化＞
厚さが６２５μｍであるシリコン基板にＳｉＯＮをＰＥＣＶＤ法により３５０℃、２．６Ｔｏｒｒ下で堆積した。原料ガスはＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３を使用し、それぞれの流量は、５００、８５００、２５００ｓｃｃｍであった。原料ガスの組成は、マスフローコントローラーを用いて行った。組成分析はＷＤＳ（Wavelength Dispersive Spectrometry）法により測定した。Ｓｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚの組成は、ｘ＝０．５１、ｙ＝０．４３、ｚ＝０．０６であった。ＬＦ電極の周波数を０〜５００Ｈｚで変化させ、膜厚が０．８μｍのＳｉＯＮ膜をシリコン基板の片側に形成し、１０５０℃の焼き締めアニールを３０分間窒素雰囲気下で行った。各周波数におけるＳｉＯＮ膜の膜応力は、曲率半径測定法（ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ社製ＦＬＸ使用）を用いて測定した。各周波数におけるＳｉＯＮ膜の膜応力との関係を図４に示す。図４より、周波数が３００Ｈｚ付近で堆積したＳｉＯＮ膜は、アニール後に膜応力がほぼ０になった。

＜ＬＰＣＶＤ法におけるＮＨ_３ガス流量の調整によるＳｉリッチなシリコン窒化膜の応力の変化＞
厚さが６２５μｍであるシリコン基板にＳｉリッチなＳｉＮをＬＰＣＶＤ法により７７５℃、２００Ｔｏｒｒ下で堆積した。原料ガスはＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＮＨ_３を使用した。ＳｉＨ_２Ｃｌ_２の流量を３００ｓｃｃｍとし、ＮＨ_３の流量を１５〜３５ｓｃｃｍで変化させ、膜厚が０．５μｍのＳｉリッチなＳｉＮ膜をシリコン基板の両側に堆積した。組成分析はＷＤＳ（Wavelength Dispersive Spectrometry）法により測定した。各ＮＨ_３の流量におけるＳｉ_ｕＮ_ｖの組成は、ｕ＝０．５３〜０．５６、ｖ＝０．４４〜０．４７であった。各ＮＨ_３の流量におけるＳｉリッチなＳｉＮ膜の膜応力は、曲率半径測定法（ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ社製ＦＬＸ使用）を用いて測定した（図５）。図５より、ＮＨ_３の流量が２５ｓｃｃｍ付近のとき、膜応力がほぼ０になった。

参考例１
厚さが６２５μｍであるシリコン基板（ハンドル基板）にＳｉＯＮをＰＥＣＶＤ法により３５０℃、２．６Ｔｏｒｒ下で堆積した。原料ガスはＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３を使用し、それぞれの流量は、５００、８５００、２５００ｓｃｃｍであった。原料ガスの組成は、マスフローコントローラーを用いて行った。組成分析はＷＤＳ（Wavelength Dispersive Spectrometry）法により測定した。Ｓｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚの組成は、ｘ＝０．５１、ｙ＝０．４３、ｚ＝０．０６であった。ＬＦ＝３００Ｈｚに設定し、約３μｍの膜をハンドル基板の片側に形成し、１０５０℃の焼き締めアニールを３０分間窒素雰囲気下で行った。このときの膜応力を、曲率半径測定法（ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ社製ＦＬＸ使用）を用いて測定したところ、ほぼ０であった。このハンドル基板に原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いてＪＩＳ Ｂ０６０１のＲＭＳで０．５ｎｍの平滑度となるように、ＣＭＰ研磨を施した。予め、２００ｎｍの熱酸化膜を酸素雰囲気下、１０００℃で形成した後に、注入エネルギーが５５ｋｅＶ、注入される水素イオンドーズ量が８ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２という条件で水素イオン注入を施した厚さが６２５μｍであるドナー基板（単結晶シリコン基板）を、窒素をプラズマ用ガスとして１００Ｗ程度の高周波プラズマに３０秒さらすことによる表面をプラズマ活性化処理後に貼り合わせ、２５０℃の熱処理を２４時間行い、シリコン薄膜を機械剥離法により剥離して転写した。このようにして作製したＳＯＩウェーハの反りを測定したところ、反りが観察されなかった。

実施例２
厚さが６２５μｍであるシリコン基板（ハンドル基板）にＳｉリッチなＳｉＮをＬＰＣＶＤ法により７７５℃、２００Ｔｏｒｒ下で堆積した。原料ガスはＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＮＨ_３を使用した。ＳｉＨ_２Ｃｌ_２の流量を３００ｓｃｃｍとし、ＮＨ_３の流量を２５ｓｃｃｍとし、約１μｍの膜をハンドル基板の両側に堆積した。組成分析はＷＤＳ（Wavelength Dispersive Spectrometry）法により測定した。Ｓｉ_ｕＮ_ｖの組成は、ｕ＝０．５６、ｖ＝０．４４であった。このハンドル基板に原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いてＪＩＳ Ｂ０６０１のＲＭＳで０．５ｎｍの平滑度となるように、ＣＭＰ研磨を施した。予め、２００ｎｍの熱酸化膜を酸素雰囲気下、１０００℃で形成した後に、注入エネルギーが５５ｋｅＶ、注入される水素イオンドーズ量が８ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２という条件で水素イオン注入を施した厚さが６２５μｍであるドナー基板（単結晶シリコン基板）を、窒素をプラズマ用ガスとして１００Ｗ程度の高周波プラズマに３０秒さらすことによる表面をプラズマ活性化処理後に貼り合わせ、２５０℃の熱処理を２４時間行い、シリコン薄膜を機械剥離法により転写した。このようにして作製したＳＯＩウェーハの反りを測定したところ、反りが観察されなかった。ハンドル基板の裏面のＳｉリッチなＳｉＮを除去しても反り量の変化は観察されず、ＭＥＭＳ工程に適したＳＯＩウェーハであることが判明した。

参考例１及び実施例２より、応力を０付近とする方法は、装置や方法により調整するパラメーターが異なるが、低応力膜として酸窒化シリコンやＳｉリッチなシリコン窒化膜を用いる場合は、簡単に膜応力を調整することが可能であることが確認された。

また、低応力膜の応力の絶対値が７５ＭＰａ以下であれば、リソグラフィー、レジスト塗布、ドライエッチングなどの工程で問題を引き起こさないことが確認された。

１０ ハンドル基板
１１ 低応力膜
１２ ドナー基板
１３ 水素イオン注入層
１４ 熱酸化膜
１５ シリコン薄膜
１６ ＭＥＭＳ基板
２０ ハンドル基板
２１ 低応力膜
２２ ドナー基板
２３ 水素イオン注入層
２４ 熱酸化膜
２５ シリコン薄膜
２６ ＭＥＭＳ基板

Claims (6)

1. 絶対値が７５ＭＰａ以下の応力を有する、化学量論組成のＳｉ_３Ｎ_４よりもシリコン含有量が多く、Ｓｉ_ｕＮ_ｖと表すときのＮ／Ｓｉ組成比（ｖ／ｕ）が０．８〜１．３である膜厚０．１〜２．０μｍのシリコン窒化膜である低応力膜を備えるシリコン基板であるハンドル基板を準備する工程と、
   シリコン基板であるドナー基板の表面から水素イオンを注入して水素イオン注入層を形成する工程と、
   前記ハンドル基板の前記低応力膜が形成された表面と、前記ドナー基板の水素イオンが注入された表面とを貼り合わせる工程と、
   前記水素イオン注入層に機械的衝撃を加えて前記水素イオン注入層を剥離し、前記貼り合わせたハンドル基板にシリコン薄膜が転写される剥離転写工程と、
   を含むＳＯＩウェーハの製造方法であって、
   前記ハンドル基板を準備する工程が、ＬＰＣＶＤ(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により、原料ガスとしてＳｉＨ_２Ｃｌ_２とＮＨ_３を使用し、７７０〜８００℃で加熱し、前記ＮＨ_３の流量を１５〜３５ｓｃｃｍの範囲で変化させて前記シリコン窒化膜の応力を調整し、前記シリコン基板に前記シリコン窒化膜を形成するものであるＳＯＩウェーハの製造方法。
2. 前記ハンドル基板を準備する工程が、前記ＬＰＣＶＤ法により前記シリコン窒化膜を形成後、１１０〜１７５℃でアニール処理するものである請求項１に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
3. 前記水素イオン注入層を形成する工程が、前記ドナー基板の表面を予め熱により酸化させ熱酸化膜を形成し、該表面から水素イオンを注入して水素イオン注入層を形成することを含む請求項１又は請求項２に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
4. 前記低応力膜を備えるハンドル基板を準備する工程における、前記低応力膜が、ＲＭＳで０．５ｎｍの平滑度となるように研磨されたものである請求項１〜３のいずれかに記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
5. 前記貼り合わせる工程が、前記ハンドル基板と前記ドナー基板の貼り合わせる表面の両方又は一方に予めプラズマ活性化処理を施した後、貼り合わせることを含む請求項１〜４のいずれかに記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
6. 前記剥離転写工程が、前記貼り合わせたハンドル基板を予め４００℃以下で熱処理して前記水素イオン注入層に機械的衝撃を加えることを含む請求項１〜５のいずれかに記載のＳＯＩウェーハの製造方法。

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