JP2017216411A - 接合ウェーハの製造方法および接合ウェーハ - Google Patents

Abstract

【課題】任意の深さ位置にゲッタリングサイトを形成することのできる接合ウェーハの製造方法および接合ウェーハを提供する。【解決手段】真空常温下にて、活性層用ウェーハの貼合せ面および支持基板用ウェーハの貼合せ面の活性化処理を施す活性化処理工程と、該活性化処理工程に引き続き、真空常温下にて、前記活性層用ウェーハの貼合せ面および前記支持基板用ウェーハの貼合せ面を互いに接触させることで前記活性層用ウェーハと、前記支持基板用ウェーハとを貼合せる貼合せ工程と、を含み、前記貼合せ工程において、前記活性層用ウェーハと前記支持基板用ウェーハとの界面にミスフィット転位が形成されるように前記貼合せを行うことを特徴とする接合ウェーハの製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、接合ウェーハの製造方法および接合ウェーハに関する。

半導体ウェーハ製造プロセスやデバイス形成プロセスにおいて、デバイスの基板となる半導体ウェーハ中に重金属が混入すると、ポーズタイム不良、リテンション不良、接合リーク不良、及び酸化膜の絶縁破壊といったデバイス特性に著しい悪影響をもたらす。そのため、従来、代表的な基板であるシリコンウェーハの表面において、デバイスを形成する領域であるデバイス形成領域に重金属が拡散するのを抑制するために、ゲッタリング法によりゲッタリング能力を付与してきた。

ゲッタリング法としては、シリコンウェーハ内部に酸素を析出させ、形成された酸素析出物をゲッタリングサイトとして利用するイントリンシック・ゲッタリング法（Intrinsic Gettering method、ＩＧ法）、およびシリコンウェーハの裏面に、サンドブラスト法等を用いて機械的歪みを与えたり、多結晶シリコン膜等を形成してゲッタリングサイトとしたりする、エクストリンシック・ゲッタリング法（Extrinsic Gettering method、ＥＧ法）がある。

しかし近年、デバイス形成プロセスの低温化およびシリコンウェーハの大口径化により、シリコンウェーハに対してゲッタリング能力を十分に付与できない問題が生じている。すなわち、ＩＧ法については、製造プロセス温度の低温化により、シリコンウェーハ内部に酸素析出物を形成させることが困難となっている。

また、ＥＧ法については、３００ｍｍ以上の口径を有するシリコンウェーハに対しては、その主面ばかりでなく裏面に対しても鏡面研磨処理を施すのが通例であり、シリコンウェーハの裏面に機械的歪みを与えたり、多結晶シリコン膜等を形成したりできない状況にある。

シリコンウェーハに十分なゲッタリング能力を付与できない場合、拡散速度の非常に遅い金属、例えばチタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）がウェーハ表面に付着すると、上記デバイス形成プロセスの低温化のためにデバイス形成領域から十分に離れることができなくなり、デバイス特性不良（例えば、固体撮像素子の場合では白傷不良）が発生する。そのため、こうした拡散速度が遅い金属を捕獲できるよう、デバイス形成領域の直下にゲッタリング層を形成することが必要となる。

例えば、エクストリンシック・ゲッタリング法として、単結晶シリコンウェーハの裏面を砥粒と研摩布で研摩することにより、該裏面に歪層を形成する単結晶シリコンウェーハの歪付け方法が特許文献１に開示されている。

また、本願出願人が提案する特許文献２では、クラスターイオンを半導体ウェーハの表面に照射することにより、１原子当たりの加速電圧を小さくした状態でクラスターイオンの構成元素を半導体ウェーハ内に導入して改質層を形成し、該改質層表面にエピタキシャル層を形成した半導体エピタキシャルウェーハが開示されている。特許文献２に記載の技術により、デバイス形成領域となるエピタキシャル層の直下近傍に、強力なゲッタリング能力を有するゲッタリング層を形成することができる。

特開平０７−３２１１１９ 国際公開第２０１２／１５７１６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるような歪付け方法では、歪層の位置がシリコンウェーハの裏面に制限されてしまう。デバイス形成領域から比較的遠い位置にゲッタリング層を形成すると、近年のデバイス形成プロセスの低温化により、拡散速度の遅い重金属がデバイス形成領域から離れることができず、重金属をゲッタリング層に捕獲できない懸念がある。

また、特許文献２に開示される方法により、強力なゲッタリング能力を有するゲッタリング層を形成することができるものの、エピタキシャル層の形成が前提となるため、エピタキシャル層のないバルクのシリコンウェーハには適用できない。

本発明者は、近年着目されつつある真空常温接合技術を用いて、活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハを貼合せた接合ウェーハの界面にゲッタリングサイトを導入することを新たな課題として検討した。この接合ウェーハの活性層用ウェーハを研削および研磨すれば、デバイス活性層領域からの任意の深さ位置にゲッタリングサイトを形成することができる。

そこで、本発明者は、真空常温接合技術を用いた接合ウェーハにおいて、特許文献１に開示されるような歪層を接合界面とすることを一旦想起し、当該接合界面をゲッタリングサイトとすることを検討した。しかしながら、このような歪層では接合することができない。

そこで、本発明は、任意の深さ位置にゲッタリングサイトを形成することのできる接合ウェーハの製造方法および接合ウェーハの提供を目的とする。

本発明者は、上記課題を解決する方途について鋭意検討した。そして、予めゲッタリングサイトを形成しておくのではなく、貼合せ工程において活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの界面にミスフィット転位が形成されるように貼合せを行うことを本発明者は想起し、当該界面が有効なゲッタリングサイトとなることを知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）シリコンからなる活性層用ウェーハの貼合せ面と、シリコンからなる支持基板用ウェーハの貼合せ面とを直接貼合せた接合ウェーハの製造方法であって、真空常温下にて、前記活性層用ウェーハの貼合せ面および前記支持基板用ウェーハの貼合せ面の活性化処理を施す活性化処理工程と、該活性化処理工程に引き続き、真空常温下にて、前記活性層用ウェーハの貼合せ面および前記支持基板用ウェーハの貼合せ面を互いに接触させることで前記活性層用ウェーハと、前記支持基板用ウェーハとを貼合せる貼合せ工程と、を含み、前記貼合せ工程において、前記活性層用ウェーハと前記支持基板用ウェーハとの界面にミスフィット転位が形成されるように前記貼合せを行うことを特徴とする接合ウェーハの製造方法。

なお、以下、本明細書において、上記活性化処理工程及びそれに引き続く貼合せ工程による貼合せ方法を「真空常温接合法」と称する。

（２）前記活性層用ウェーハおよび前記支持基板用ウェーハは、結晶軸方向を示す切り欠き部をそれぞれ有し、前記貼合せ工程において、前記活性層用ウェーハの前記切り欠き部が、前記支持基板用ウェーハの前記切り欠き部から周方向に回転させた位置にある状態で、前記貼合せを行う、前記（１）に記載の接合ウェーハの製造方法。

（３）前記切り欠き部はノッチまたはオリエンテーションフラットである、前記（２）に記載の接合ウェーハの製造方法。

（４）前記活性層用ウェーハの貼合せ面と、前記支持基板用ウェーハの貼合せ面の面方位が互いに異なる、前記（１）に記載の接合ウェーハの製造方法。

（５）前記活性層用ウェーハは、シリコンウェーハと、該シリコンウェーハの表面に設けられたエピタキシャルシリコン層とを有し、前記活性層用ウェーハの前記貼合せ面は、前記エピタキシャルシリコン層の表面である、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の接合ウェーハの製造方法。

（６）前記活性層用ウェーハの前記エピタキシャルシリコン層の反対側から、前記活性層用ウェーハを研削および研磨し、前記エピタキシャルシリコン層を露出させる工程をさらに有する、前記（５）に記載の接合ウェーハの製造方法。

（７）前記研削および研磨は、前記エピタキシャルシリコン層の研削および研磨を含む、前記（６）に記載の接合ウェーハの製造方法。

（８）前記活性化処理は、前記貼合せ面に、イオン化させた中性元素を衝突させてスパッタリングする処理である、前記（１）〜（７）のいずれかに記載の接合ウェーハの製造方法。

（９）前記中性元素は、アルゴン、ネオン、キセノン、水素、ヘリウムおよびシリコンからなる群から選ばれる少なくとも１種である、前記（８）に記載の接合ウェーハの製造方法。

（１０）前記活性化処理は、プラズマエッチング処理である、前記（１）〜（７）のいずれかに記載の接合ウェーハの製造方法。

（１１）前記両貼合せ面に形成されるアモルファス層の厚みが２ｎｍ以上となるように前記活性化処理を行う、前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の接合ウェーハの製造方法。

（１２）前記両貼合せ面に形成されるアモルファス層の厚みが１０ｎｍ以上となるように前記活性化処理を行う、前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の接合ウェーハの製造方法。

（１３）シリコンからなる支持基板用ウェーハと、該支持基板用ウェーハの表面に設けられた、シリコンからなる活性層用ウェーハと、を有し、前記活性層用ウェーハと前記支持基板用ウェーハとの界面にミスフィット転位が存在することを特徴とする接合ウェーハ。

（１４）前記活性層用ウェーハおよび前記支持基板用ウェーハは、結晶軸方向を示す切り欠き部をそれぞれ有し、前記活性層用ウェーハの前記切り欠き部が、前記支持基板用ウェーハの前記切り欠き部から周方向に回転させた位置にある、前記（１３）に記載の接合ウェーハ。

（１５）前記切り欠き部はノッチまたはオリエンテーションフラットである、前記（１４）に記載の接合ウェーハ。

（１６）前記支持基板用ウェーハの前記活性層用ウェーハ側の表面の面方位と、前記活性層用ウェーハの前記支持基板用ウェーハ側の表面の面方位とが互いに異なる、前記（１３）に記載の接合ウェーハ。

（１７）前記活性層用ウェーハは、エピタキシャルシリコン層からなる、前記（１３）〜（１６）のいずれかに記載の接合ウェーハ。

本発明によれば、任意の深さ位置にゲッタリングサイトを形成することのできる接合ウェーハの製造方法および接合ウェーハを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る接合ウェーハ１００の製造方法を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態において、真空常温接合を行う際に用いる装置の模式断面図である。 （Ａ）は、本発明の好適な実施形態におけるウェーハのノッチを説明する模式図であり、（Ａ）は、本発明の好適な実施形態におけるウェーハのオリエンテーションフラットを説明する模式図である。 本発明の第２実施形態に係る接合ウェーハ２００の製造方法を説明するフローチャートである。 実施例の評価１における酸素濃度プロファイルを示すグラフであり、（Ａ）は発明例１の、（Ｂ）は従来例１の、（Ｃ）は比較例１の酸素濃度プロファイルである。 実施例の評価２における酸素濃度プロファイルを示すグラフであり、（Ａ）は発明例１の、（Ｂ）は従来例１の、（Ｃ）は比較例１の酸素濃度プロファイルである。 実施例の評価３におけるエピタキシャル層表面の光学顕微鏡写真であり、（Ａ）は発明例１の、（Ｂ）は発明例２の、（Ｃ）は従来例１の、（Ｄ）は比較例１の顕微鏡写真である。 参考実験例における、真空常温接合法を用いて作製したエピタキシャルウェーハの、接合領域の断面ＴＥＭ写真であり、（Ａ）は参考例１の、（Ｂ）は参考例２の、（Ｃ）は参考例３の断面ＴＥＭ写真である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に従う接合ウェーハ１００の製造方法のフローチャートを示している。本実施形態に従う接合ウェーハ１００の製造方法は、シリコンからなる活性層用ウェーハ１０の貼合せ面１０Ａと、シリコンからなる支持基板用ウェーハ２０の貼合せ面２０Ａとを直接貼合せた接合ウェーハ１００の製造方法である。本実施形態において、真空常温下にて、活性層用ウェーハ１０の貼合せ面１０Ａおよび支持基板用ウェーハ２０の貼合せ面２０Ａの活性化処理を施す活性化処理工程をまず行う（図１（Ａ），（Ｂ））。該活性化処理工程に引き続き、真空常温下にて、活性層用ウェーハ１０の貼合せ面１０Ａおよび支持基板用ウェーハ２０の貼合せ面２０Ａを互いに接触させることで、活性層用ウェーハ１０と、支持基板用ウェーハ２０とを貼合せる貼合せ工程を行う（図１（Ｃ））。

まず、真空常温接合法による貼合せ方法を、以下、具体的に説明する。図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本実施形態においては、活性層用ウェーハ１０と支持基板用ウェーハ２０とを、真空かつ常温の環境下で貼合せる。そのための前処理として、真空かつ常温の環境下において、活性層用ウェーハ１０の貼合せ面１０Ａおよび支持基板用ウェーハ２０の貼合せ面２０Ａの表面の各々に対して、貼合せ面を活性化する活性化処理を施す（図１（Ａ））。

上記活性化処理により、図１（Ｂ）に示すように、各貼合せ面１０Ａ，２０Ａにはアモルファス層１２，２２がそれぞれ形成され、その表面にはアモルファス層１２，２２を構成する元素（すなわちシリコン）のダングリングボンドが形成される。このダングリングボンドはエネルギー的に不安定であるため、続く処理において両貼合せ面を接触させると、両表面のダングリングボンドを消滅させるようにウェーハ間で接合力が働き、熱処理等の処理を施すことなく、非結合領域（ボイド）なしに活性層用ウェーハ１０と支持基板用ウェーハ２０とを強固に貼合せることができる。

上記貼合せ面の活性化処理は、イオンビーム装置により加速したイオン化した中性元素を貼合せ面に衝突させて表面をスパッタリングしたり、プラズマ雰囲気でイオン化した中性元素をウェーハ表面へ加速させてエッチングするプラズマエッチング処理を施したりすることにより行うことができる。

図２は、プラズマエッチング法により貼合せ面を活性化した後、２枚のウェーハを貼合せる真空常温接合装置の一例を示している。この装置５０は、プラズマチャンバ５１と、ガス導入口５２と、真空ポンプ５３と、パルス電圧印加装置５４と、ウェーハ固定台５５Ａ、５５Ｂとを有する。

まず、プラズマチャンバ５１内のウェーハ固定台５５Ａ、５５Ｂにそれぞれ活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０をそれぞれ載置して固定する。次に、真空ポンプ５３によりプラズマチャンバ５１内を減圧した後、ガス導入口５２からプラズマチャンバ５１内に原料ガスを導入する。続いて、パルス電圧印加装置５４によりウェーハ固定台５５Ａ、５５Ｂ（活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０）に負電圧をパルス状に印加する。これにより、原料ガスのプラズマを生成するとともに、生成したプラズマに含まれる原料ガスのイオンを活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０のそれぞれの貼合せ面に向けて加速して照射し、ウェーハ表面にアモルファス層を形成して、照射表面に、アモルファス層を構成する元素のダングリングボンドを形成することができる。

照射する中性元素は、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）、水素（Ｈ）、ヘリウム（Ｈｅ）およびシリコン（Ｓｉ）からなる群から選ばれる少なくとも１種とすることが好ましい。

また、プラズマチャンバ５１内の圧力（真空度）は、１×１０^−５Ｐａ以下とすることが好ましい。これにより、ウェーハ表面へスパッタされた元素が再付着するのを抑制して、ダングリングボンドの形成率が低下させることなく、活性化処理を行うことができる。

活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０に印加するパルス電圧は、ウェーハ表面に対する照射元素の加速エネルギーが１００ｅＶ以上１０ｋｅＶ以下となるように設定する。当該加速エネルギーが１００ｅＶ未満の場合には、照射した中性元素がウェーハ表面へ堆積し、ウェーハ表面にダングリングボンドを形成することができない。一方、当該加速エネルギーが１０ｋｅＶを超えると、照射した元素がウェーハ内部へ注入していき、この場合にもウェーハ表面にダングリングボンドを形成することができない。

パルス電圧の周波数は、活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０にイオンが照射される回数を決定する。パルス電圧の周波数は、１０Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下とすることが好ましい。ここで、１０Ｈｚ以上とすることにより、イオン照射のばらつきを吸収でき、イオン照射量が安定する。また、１０ｋＨｚ以下とすることにより、グロー放電によるプラズマ形成が安定する。

パルス電圧のパルス幅は、活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０にイオンが照射される時間を決定する。パルス幅は、１μ秒以上１０ｍ秒以下とすることが好ましい。１μ秒以上とすることにより、安定してイオンを活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０に照射できる。また、１０ｍ秒以下とすることにより、グロー放電によるプラズマ形成が安定する。

上記処理において、活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０は加熱しないため、その温度は常温（通常、３０℃〜９０℃）となる。

さて、シリコンからなる活性層用ウェーハ１０およびシリコンからなる支持基板用ウェーハ２０を真空常温接合法により貼合せた接合ウェーハの界面には、通常、ミスフィット転位は形成されない。これは、一般的に、面方位が同一の同種のシリコンウェーハ同士を、結晶軸方向を示す切り欠き部が揃うように貼合せるためである。しかしながら、本実施形態においては、貼合せ工程において、活性層用ウェーハ１０と支持基板用ウェーハ２０との界面にミスフィット転位が形成されるように貼合せを行う。

このようなミスフィット転位を界面に形成するためには、例えば、活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０が、結晶軸方向を示す切り欠き部をそれぞれ有し、貼合せ工程において、活性層用ウェーハ１０の切り欠き部が、支持基板用ウェーハ２０の切り欠き部から周方向に回転させた位置にある状態で貼合せを行うことが好ましい。回転角度については、特に制限されないが、２°以上回転していれば十分にミスフィット転位を形成することができ、５°以上回転させておくことが好ましい。回転角度の上限は特に制限されないが、３５８°とすることができる。このような回転角度のずれは、活性化処理前に調整しておいてもよいが、活性プロセスの安定性を考慮すると、活性化処理後の接合直前に回転角を調整する方が好ましい。

上記の切り欠き部は、シリコンウェーハに一般的に設けられるノッチまたはオリエンテーションフラット（「オリフラ」と称されることがある。）とすることができる。図３（Ａ）に、活性層用ウェーハ１０のノッチ１６を、図３（Ｂ）に、活性層用ウェーハ１０のオリエンテーションフラット１８をそれぞれ模式的に示す。活性層用ウェーハ１０と、支持基板用ウェーハ２０の双方にノッチが形成されていてもよいし、活性層用ウェーハ１０と、支持基板用ウェーハ２０の双方にオリエンテーションフラットが形成されていてもよい。また、活性層用ウェーハ１０にはノッチが、支持基板用ウェーハ２０にはオリエンテーションフラットが形成されていてもよいし、その逆でもよい。

活性層用ウェーハ１０の切り欠き部と、支持基板用ウェーハ２０の切り欠き部とを周方向にずらして接合することにより、結晶方位のずれが生じるため、活性層用ウェーハ１０と、支持基板用ウェーハ２０との界面にはミスフィット転位が形成されることとなる。

他にも、活性層用ウェーハ１０の貼合せ面１０Ａと、支持基板用ウェーハ２０の貼合せ面２０Ａの面方位が互いに異なる場合、界面にミスフィット転位を形成することができる。例えば、貼合せ面１０Ａの面方位を（１１１）面とし、貼合せ面２０Ａの面方位を（１００）面とすれば、界面にミスフィット転位を形成することができる。もちろん、この逆の組み合わせでもよいし、面方位の組み合わせは上記例に何ら限定されるものでもなく、（１１０）面であってもよい。なお、面方位が互いに異なる場合、活性層用ウェーハ１０の切り欠き部と、支持基板用ウェーハ２０の切り欠き部とを一致させて貼合せてもよい。

本発明者は、上述の切り欠き部をずらして貼合せた接合ウェーハと、異なる面方位のウェーハを貼合せた接合ウェーハのいずれでも、形成されたミスフィット転位が有効なゲッタリングサイトとして機能することを実験的に確認した。ここで、真空常温接合法以外の手法で活性層用ウェーハ１０と、支持基板用ウェーハ２０とを貼合せた場合であっても、上述のように、切り欠き部をずらして貼合せたり、異なる面方位のウェーハ同士で貼合せたりすれば、界面近傍にミスフィット転位は形成され得る。しかしながら、真空常温接合法以外の手法で貼合せると、シリコン表面には数ｎｍ程度の自然酸化膜が不可避的に生成されてしまい、このような自然酸化膜は重金属を透過せず、ミスフィット転位を有効なゲッタリングサイトとして機能させることができない。これに対して、本実施形態の場合、真空常温接合法による貼合せであるので、形成されたミスフィット転位はゲッタリングサイトとして有効に機能するのだと本発明者は考えている。

（第２実施形態）
また、本発明は、エピタキシャルシリコンウェーハにも適用可能である。図４（Ａ）に示すように、活性層用ウェーハ１０は、シリコンウェーハ１０Ｂと、該シリコンウェーハ１０Ｂの表面に設けられたエピタキシャルシリコン層１０Ｅとを有し、活性層用ウェーハ１０の貼合せ面１０Ａが、エピタキシャルシリコン層１０Ｅの表面であることが好ましい。エピタキシャルシリコン層１０Ｅは、支持基板となるシリコンウェーハ１０Ｂをエピタキシャル成長させることによって形成することができる。例えば、水素（Ｈ）をキャリアガスとして、ジクロロシラン（Ｈ_２Ｃｌ_２Ｓｉ）、トリクロロシラン（ＨＣｌ_３Ｓｉ）等のソースガスをチャンバ内に導入し、使用するソースガスによっても成長温度は異なるが、概ね１０００〜１２００℃の温度範囲の温度でＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、シリコンウェーハ１０Ｂ上にエピタキシャルシリコン層１０Ｅをエピタキシャル成長させることができる。エピタキシャルシリコン層１０Ｅの厚みは、特に限定されず、デバイス形成領域の仕様に基づいて適切に設定すればよい。

そして、第１実施形態に従う製造方法が、活性層用ウェーハ１０と、支持基板用ウェーハ２０とを真空常温接合法により貼合せた後（図４（Ｂ））、活性層用ウェーハ１０のエピタキシャルシリコン層１０Ｅの反対側１０Ｒから、活性層用ウェーハ１０を研削および研磨し、エピタキシャルシリコン層１０Ｅを露出させる工程（図４（Ｃ））をさらに有することにより、接合ウェーハ２００を得ることができる。この接合ウェーハ２００は、エピタキシャルシリコン層１０Ｅが露出しているので、エピタキシャルシリコンウェーハとして用いることができる。そのため、従来の支持基板用ウェーハ上にエピタキシャル層を直接形成するものとは異なり、「接合エピタキシャルウェーハ」と称することができる。

第２実施形態により得られる接合ウェーハ２００は、第１実施形態の接合ウェーハ１００と同様に、活性層用ウェーハ１０と、支持基板用ウェーハ２０との界面にはミスフィット転位が形成されているため、エピタキシャルシリコン層１０Ｅの貼合せ面１０Ａ側がゲッタリングサイトとなり、近接ゲッタリングが可能となる。このように、本第２実施形態により、ゲッタリング能力を有するエピタキシャルシリコンウェーハを安価に作製することができる。

ここで、第２実施形態において、図４（Ｃ）の工程における研削および研磨は、エピタキシャルシリコン層１０Ｅの研削および研磨を含む（図４（Ｄ））ことが好ましい。ここで、エピタキシャルシリコン層１０Ｅのシリコンウェーハ１０Ｂ側の部分には、エピタキシャル成長時にシリコンウェーハ１０Ｂから不純物が拡散する場合がある。しかしながら、図４（Ｄ）に示すようにエピタキシャルシリコン層１０Ｅを一部研削および研磨することで、上記の拡散の影響を抑止することができるのである。

以下、本発明の製造方法に従う好適な態様について説明する。活性層用ウェーハ１０は、デバイス形成領域として利用され、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ことができる。また、活性層用ウェーハ１０は、シリコン単結晶からなるシリコンウェーハ１０Ｂと、該シリコンウェーハ１０Ｂの表面に設けられたエピタキシャルシリコン層１０Ｅとを有するエピタキシャルシリコンウェーハとすることもできる。

単結晶シリコンウェーハとしては、チョクラルスキー（Czochralski、ＣＺ）法や浮遊帯域溶融（Floating Zone、ＦＺ）法等の既知の方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、任意の不純物を添加して、ｎ型またはｐ型とすることができ、不純物の濃度を調整して抵抗率や酸素濃度等を調整することができる。

また、支持基板用ウェーハ２０は活性層用ウェーハ１０を支持するウェーハである。この支持基板用ウェーハ２０としては、活性層用ウェーハ１０と同様に、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ことが望ましい。また、任意の不純物を添加して、ｎ型またはｐ型とすることができ、不純物の濃度を調整して抵抗率や酸素濃度等を調整することができる。

なお、第１実施形態において、貼合せ面１０Ａ，１０Ｂとは反対側の面から、活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０のいずれか一方または両方を研削および研磨してもよい。同様に、第２実施形態においても、活性層用ウェーハ１０の研削および研磨に加え、支持基板用ウェーハの研削および研磨を行ってもよい。

また、活性化処理は、アモルファス層１２，２２の厚みが２ｎｍ以上となるように行うことが好ましい。このようなアモルファス層１２，２２は、活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０中の不純物が熱拡散するのを抑制するブロック層として機能することができる。アモルファス層の厚みの調整は、イオンの加速電圧を調整することにより行うことができる。

さらに、活性化処理は、アモルファス層１２，２２の厚みが１０ｎｍ以上となるように行うことが好ましい。これにより、アモルファス層１２，２２は、活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０中の格子間酸素が熱拡散するのを抑制するブロック層としての機能することができる。

また、活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０のドーパント濃度については、仕様に基づいて適切に設定することができる。また、活性層用ウェーハ１０がエピタキシャルシリコン層１０Ｅを有する場合、支持基板となるシリコンウェーハ１０Ｂおよびエピタキシャルシリコン層１０Ｅのドーパント濃度についても、仕様に基づいて適切に設定することができる。

（接合ウェーハ）
次に、本発明に従う接合ウェーハ１００，２００について説明する。接合ウェーハ１００は、シリコンからなる支持基板用ウェーハ２０と、該支持基板用ウェーハ２０の表面に設けられた、シリコンからなる活性層用ウェーハ１０と、を有し、活性層用ウェーハ１０と支持基板用ウェーハ２０との界面にミスフィット転位が存在することを特徴とする。界面に存在するミスフィット転位は、有効なゲッタリングサイトとして機能することができる。

活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０は、結晶軸方向を示す切り欠き部をそれぞれ有し、活性層用ウェーハ１０の切り欠き部が、支持基板用ウェーハ２０の切り欠き部から周方向に回転させた位置にあることが好ましい。そして、これらの切り欠き部はノッチまたはオリエンテーションフラットとすることができる。

また、支持基板用ウェーハ２０の活性層用ウェーハ側の表面２０Ａの面方位と、活性層用ウェーハ１０の支持基板用ウェーハ側の表面１０Ａの面方位とが互いに異なることも好ましい。

そして、図４（Ｃ），（Ｄ）に示すように、接合ウェーハ２００において、活性層用ウェーハは、エピタキシャルシリコン層１０Ｅ，１０Ｅ’からなることが好ましい。この場合、接合ウェーハ２００をエピタキシャルシリコンウェーハとすることができる。そして、エピタキシャルシリコン層の直下にゲッタリングサイトが形成されるのも、既述のとおりである。

上記接合ウェーハ１００，２００は、前述の製造方法の実施形態により作製できる。接合ウェーハ１００，２００は、真空常温接合法により接合されているので、作製直後には接合部となる界面はアモルファス領域となっており、断面ＴＥＭ写真を観察すると、アモルファス領域を確認することができる。また、接合ウェーハ１００，２００が熱処理を経ると、活性層用ウェーハ１０および支持基板用ウェーハ２０のアモルファス層は熱処理により再結晶化するため、断面ＴＥＭ写真ではミスフィット転位のみが観察される。例えば、窒素雰囲気下で８００℃以上、３０分以上の熱処理を経れば、アモルファス層の再結晶化が確認される。

以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

（発明例１）
図１，４に示したフローチャートに従って、発明例１に係る接合ウェーハ（以下、本実施例では特に「エピタキシャルウェーハ」と称する。）を製造した。まず、活性層用ウェーハとして、主面の面方位（１００）面、直径：２００ｍｍ、厚み：７２５μｍのシリコンウェーハ（酸素濃度：０．５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、ドーパント：リン、ドーパント濃度：４．４×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、目標抵抗率：１０Ω・ｃｍ）を用意した。また、支持基板用ウェーハとして、主面の面方位（１００）面、直径：２００ｍｍ、厚み：７２５μｍのシリコンウェーハ（酸素濃度：０．７×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、ドーパント：リン、ドーパント濃度：１．４×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、目標抵抗率：３０Ω・ｃｍ）を用意した。なお、両ウェーハにはノッチが設けられている。

次いで、水素をキャリアガス、ジクロロシランをソースガスとして１１５０℃でＣＶＤ法により、活性層用ウェーハ上にシリコンのエピタキシャル層（厚さ：８μｍ、ドーパント：リン、４．４×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、目標抵抗率：１０Ω・ｃｍ）を形成した。

続いて、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを真空かつ常温の環境下で貼合せた。具体的には、活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハを、図２に示した真空常温接合装置に導入し、チャンバ内の圧力を５．０×１０^−５Ｐａとした後、Ａｒイオンを加速電圧：１．０ｋｅＶ、周波数：１４０Ｈｚ、パルス幅：５５×１０^−６秒の条件で活性層用ウェーハのエピタキシャル層の表面と、支持基板用ウェーハの表面とに注入し、活性化処理を施して両表面にアモルファス層を形成した。その後、上記チャンバ内で、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを、両表面のアモルファス層を介して貼合せた。貼合せにあたり、活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハとのノッチ位置が周方向に５°ずれた状態で貼合せを行った。

最後に、活性層用ウェーハの、エピタキシャル層表面と反対側の面面に対して研削処理および研磨処理を施して、活性層用ウェーハを除去し、エピタキシャル層を４μｍ残すように薄膜化し、発明例１に係るエピタキシャルウェーハを得た。

（発明例２）
支持基板として、面方位の異なる（１１１）ウェーハを用い、ノッチ位置のずれを０°とした以外は、発明例１と同じ条件で、発明例２に係るエピタキシャルウェーハを得た。

（従来例１）
発明例１と同じ支持基板用ウェーハ表面に、水素をキャリアガス、ジクロロシランをソースガスとして１１５０℃でＣＶＤ法により、エピタキシャルシリコン層（厚さ：４μｍ、ドーパント：リン、４．４×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、目標抵抗率：１０Ω・ｃｍ）を形成し、従来例１に係るエピタキシャルウェーハを得た。

（比較例１）
ノッチ位置のずれを０°とした以外は、発明例１と同じ条件で、比較例１に係るエピタキシャルウェーハを得た。

＜評価１：作製直後の酸素濃度プロファイル＞
発明例１、従来例１および比較例１で作製したエピタキシャルウェーハについて、作製直後の状態（すなわち、作製後に熱処理を行っていない）でＳＩＭＳ測定を行い、酸素の濃度プロファイルを得た。図５（Ａ）は発明例１の、図５（Ｂ）は従来例１の、図５（Ｃ）は比較例１の酸素濃度プロファイルである。なお、図５中、エピタキシャル層表面の深さを０μｍとしており、後述の図６も同様である。

図５（Ａ），（Ｃ）から、発明例１および比較例１で作製したエピタキシャルウェーハでは、エピタキシャル層と、支持基板用ウェーハとの界面において、階段状の酸素濃度変動が生じていることが確認される。一方、図５（Ｂ）から、従来例１に係るエピタキシャルウェーハでは、エピタキシャル層形成時の熱拡散の影響により、支持基板用ウェーハからエピタキシャル層表面に向かって酸素濃度が低減することが確認される。

＜評価２：熱処理後の酸素濃度プロファイル＞
発明例１、従来例１および比較例１で作製したエピタキシャルウェーハについて、デバイス形成時の熱処理を模擬し、窒素雰囲気下で熱処理（熱処理温度：１１００℃、熱処理時間：２時間）を行った後、ＳＩＭＳ測定を行い、酸素の濃度プロファイルを得た。図６（Ａ）は発明例１の、図６（Ｂ）は従来例１の、図６（Ｃ）は比較例１の酸素濃度プロファイルである。

図６（Ａ）から、発明例１では、エピタキシャル層と、支持基板用ウェーハとの界面において、酸素が高濃度に捕獲されていることが確認される。したがって、発明例１では、当該界面がゲッタリングサイトとして有効に機能していることが確認される。一方、図６（Ｂ），（Ｃ）から、従来例１および比較例１では、熱処理を経たことで支持基板用ウェーハからエピタキシャル層表面に向かって酸素濃度が低減することが確認される。したがって、従来例１および比較例１には、酸素を捕獲するゲッタリング能力が認められなかった。

＜評価３：ゲッタリング能力評価＞
発明例１，２、従来例１および比較例１のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の表面を、Ｎｉ汚染液（１．０×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）を用いてスピンコート汚染法により故意に汚染し、次いで、窒素雰囲気中において９００℃で３０分間の熱処理を施した。次いで、ライト液へ３分間浸した後、故意汚染後のエピタキシャル層表面を光学顕微鏡で観察し、エピタキシャル層表面で観察されるピット（ニッケルシリサイド起因の表面ピット：Ｎｉピット）の発生の有無を調査した。図７（Ａ）は発明例１の、図７（Ｂ）は発明例２の、図７（Ｃ）は従来例１の、図７（Ｄ）は比較例１の顕微鏡写真である。

図７（Ａ），（Ｂ）より、本発明に従う発明例１，２では、Ｎｉシリサイドが観察されなかった。よって、Ｎｉに対するゲッタリング能力を付与できたことが確認された。一方、図７（Ｃ），（Ｄ）より、従来例１および比較例１では、Ｎｉシリサイドが観察されたため、Ｎｉに対するゲッタリング能力がないことが確認された。

以上の結果から、本発明に従う発明例１，２では、真空常温接合法による貼合せ時に界面に形成されたミスフィット転位が形成され、このミスフィット転位がゲッタリングサイトとして有効に機能することが確認された。

（参考実験例）
発明例１と同じ条件で、参考例１に係るエピタキシャルウェーハを作製した。また、発明例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを作製し、さらに、窒素雰囲気下で熱処理（熱処理温度：８００℃、熱処理時間：３０分）を施し、参考例２に係るエピタキシャルウェーハを作製した。また、熱処理温度を９００℃に変えた以外は、参考例２と同じ条件で参考例３に係るエピタキシャルウェーハを作製した。

参考例１〜３の、接合界面近傍（接合領域）の断面ＴＥＭ写真をそれぞれ取得した。図８（Ａ）に参考例１の、図８（Ｂ）に参考例２の、図８（Ｃ）に参考例３の断面ＴＥＭ写真をそれぞれ示す。図８（Ａ）ではアモルファス領域が観察され、図８（Ｂ），（Ｃ）ではミスフィット転位が観察された。

本発明によれば、任意の深さ位置にゲッタリングサイトを形成することのできる接合ウェーハの製造方法および接合ウェーハを提供することができるため、半導体産業において有用である。

１００，２００ 接合ウェーハ
１０ 活性層用ウェーハ
１０Ａ 活性層用ウェーハの貼合せ面
１０Ｂ シリコンウェーハ
１０Ｅ エピタキシャルシリコン層
２０ 支持基板用ウェーハ
２０Ａ 支持基板用ウェーハの貼合せ面
１２，２２ アモルファス層
５０ 真空常温接合装置
５１ プラズマチャンバ
５２ ガス導入口
５３ 真空ポンプ
５４ パルス電圧印加装置
５５Ａ，５５Ｂ ウェーハ固定台

Claims (17)

1. シリコンからなる活性層用ウェーハの貼合せ面と、シリコンからなる支持基板用ウェーハの貼合せ面とを直接貼合せた接合ウェーハの製造方法であって、
   真空常温下にて、前記活性層用ウェーハの貼合せ面および前記支持基板用ウェーハの貼合せ面の活性化処理を施す活性化処理工程と、
   該活性化処理工程に引き続き、真空常温下にて、前記活性層用ウェーハの貼合せ面および前記支持基板用ウェーハの貼合せ面を互いに接触させることで前記活性層用ウェーハと、前記支持基板用ウェーハとを貼合せる貼合せ工程と、を含み、
   前記貼合せ工程において、前記活性層用ウェーハと前記支持基板用ウェーハとの界面にミスフィット転位が形成されるように前記貼合せを行うことを特徴とする接合ウェーハの製造方法。
2. 前記活性層用ウェーハおよび前記支持基板用ウェーハは、結晶軸方向を示す切り欠き部をそれぞれ有し、
   前記貼合せ工程において、前記活性層用ウェーハの前記切り欠き部が、前記支持基板用ウェーハの前記切り欠き部から周方向に回転させた位置にある状態で、前記貼合せを行う、請求項１に記載の接合ウェーハの製造方法。
3. 前記切り欠き部はノッチまたはオリエンテーションフラットである、請求項２に記載の接合ウェーハの製造方法。
4. 前記活性層用ウェーハの貼合せ面と、前記支持基板用ウェーハの貼合せ面の面方位が互いに異なる、請求項１に記載の接合ウェーハの製造方法。
5. 前記活性層用ウェーハは、シリコンウェーハと、該シリコンウェーハの表面に設けられたエピタキシャルシリコン層とを有し、
   前記活性層用ウェーハの前記貼合せ面は、前記エピタキシャルシリコン層の表面である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合ウェーハの製造方法。
6. 前記活性層用ウェーハの前記エピタキシャルシリコン層の反対側から、前記活性層用ウェーハを研削および研磨し、前記エピタキシャルシリコン層を露出させる工程をさらに有する、請求項５に記載の接合ウェーハの製造方法。
7. 前記研削および研磨は、前記エピタキシャルシリコン層の研削および研磨を含む、請求項６に記載の接合ウェーハの製造方法。
8. 前記活性化処理は、前記貼合せ面に、イオン化させた中性元素を衝突させてスパッタリングする処理である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の接合ウェーハの製造方法。
9. 前記中性元素は、アルゴン、ネオン、キセノン、水素、ヘリウムおよびシリコンからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項８に記載の接合ウェーハの製造方法。
10. 前記活性化処理は、プラズマエッチング処理である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の接合ウェーハの製造方法。
11. 前記両貼合せ面に形成されるアモルファス層の厚みが２ｎｍ以上となるように前記活性化処理を行う、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の接合ウェーハの製造方法。
12. 前記両貼合せ面に形成されるアモルファス層の厚みが１０ｎｍ以上となるように前記活性化処理を行う、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の接合ウェーハの製造方法。
13. シリコンからなる支持基板用ウェーハと、
    該支持基板用ウェーハの表面に設けられた、シリコンからなる活性層用ウェーハと、を有し、
    前記活性層用ウェーハと前記支持基板用ウェーハとの界面にミスフィット転位が存在することを特徴とする接合ウェーハ。
14. 前記活性層用ウェーハおよび前記支持基板用ウェーハは、結晶軸方向を示す切り欠き部をそれぞれ有し、
    前記活性層用ウェーハの前記切り欠き部が、前記支持基板用ウェーハの前記切り欠き部から周方向に回転させた位置にある、請求項１３に記載の接合ウェーハ。
15. 前記切り欠き部はノッチまたはオリエンテーションフラットである、請求項１４に記載の接合ウェーハ。
16. 前記支持基板用ウェーハの前記活性層用ウェーハ側の表面の面方位と、前記活性層用ウェーハの前記支持基板用ウェーハ側の表面の面方位とが互いに異なる、請求項１３に記載の接合ウェーハ。
17. 前記活性層用ウェーハは、エピタキシャルシリコン層からなる、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の接合ウェーハ。