JP4649918B2 - 貼り合せウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＳｉＧｅ層上にＳｉエピタキシャル層を有する貼り合せウェーハの製造方法および貼り合わせウェーハに関するものである。

近年、高速の半導体デバイスの需要に応えるため、Ｓｉ（シリコン）基板上にＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）層を介してエピタキシャル成長させたＳｉ層をチャネル領域に用いた高速のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：酸化物金属半導体電解効果トランジスター）などの半導体デバイスが提案されている。

この場合、ＳｉＧｅ結晶はＳｉ結晶に比べて格子定数が大きいため、ＳｉＧｅ層上にエピタキシャル成長させたＳｉ層には引っ張り歪みが生じている（以下、このように歪みが生じているＳｉ層を歪みＳｉ層と呼ぶ）。その歪み応力によりＳｉ結晶のエネルギーバンド構造が変化し、その結果エネルギーバンドの縮退が解けキャリア移動度の高いエネルギーバンドが形成される。従って、この歪みＳｉ層をチャネル領域として用いたＭＯＳＦＥＴは通常の１．３〜８倍程度という高速の動作特性を示す。

歪みＳｉ層に生じる引っ張り歪みの大きさは、ＳｉＧｅ層のＧｅ濃度が高くなるに従って大きくなるので、ＳｉＧｅ層のＧｅ濃度は重要なパラメータである。以下、Ｇｅ組成比がＸ（０＜Ｘ＜１）のＳｉＧｅ層をＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層と記述する場合がある。

このような歪みＳｉ層を形成する方法としては、上記のようなエピタキシャル法を主体とする方法のほか、例えば特許文献１および２に開示されているように、ボンドウェーハとなるシリコン基板上にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層を形成し、形成したボンドウェーハのＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面をベースウェーハとなるシリコン基板と酸化膜を介して貼り合わせてＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造とした貼り合わせＳＯＩ基板を作製し、その後ボンドウェーハのシリコン基板を薄膜化して歪みＳｉ層とする方法などが知られている。この場合、特許文献２に開示されているように、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層を必要に応じて表面を熱酸化し、Ｇｅ濃度を高めた濃縮ＳｉＧｅ層とすることもできる。

この場合、ボンドウェーハのシリコン基板の薄膜化は、研削研磨法やＰＡＣＥ（Ｐｌａｓｍａ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などの気相エッチング、また、イオン注入剥離法（スマートカット（登録商標）法とも呼ばれる）などにより行われる。

イオン注入剥離法とは、ボンドウェーハの表面、すなわちＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入し、ボンドウェーハ内部、例えば表面近傍に微小気泡層を形成させ、ボンドウェーハをイオン注入面側で酸化膜を介してベースウェーハと密着させた後に熱処理（剥離熱処理）を加えて微小気泡層を劈開面（剥離面）としてボンドウェーハを薄膜状に剥離し、さらに熱処理（結合熱処理）を加えて二枚のウェーハを強固に結合して貼り合わせウェーハとする技術である。

特許文献３の開示では、シリコン基板上にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層、シリコン層、絶縁層が形成されたボンドウェーハのシリコン基板中にイオン注入により分離層を形成し、このボンドウェーハの絶縁層の表面をベースウェーハと貼り合わせる。その後分離層で剥離してベースウェーハ側に移設された剥離層のシリコン層を歪みＳｉ層とすることが開示されている。
特開２００１−２１７４３０号公報 特開２００２−１６４５２０号公報 特開２００２−３０５２９３号公報

しかし、イオン注入剥離法を用いて貼り合わせウェーハを作製する場合、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層をその上のＳｉ層および絶縁層を介してベースウェーハと貼り合わせた場合には、Ｓｉ層および絶縁層の存在によりＳｉＧｅ層が拘束されるので、Ｇｅ濃度を高めても濃縮ＳｉＧｅ層内の格子緩和が十分に行なわれない。この場合、その直上の歪みＳｉ層も十分な歪みが得られないものとなる。
また、イオン注入時に注入面であるＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層、Ｓｉ層、絶縁層等の表面に有機物や金属不純物などの汚染や面荒れが発生し、イオン注入後にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層等の表面とベースウェーハとを酸化膜を介して密着させた場合に、剥離熱処理後の貼り合わせ面にボイドやブリスターなどの結合不良が発生するという問題があった。このようなボイドやブリスターは貼り合わせウェーハの製造歩留まりを低下させるものである。

本発明は上記課題を解決し、格子緩和が十分に行なわれ、ミスフィット転位等の結晶欠陥が抑制されたＳｉＧｅ層を形成することにより、その上に十分な歪みを有する良質な歪みＳｉ層を成長させ、またイオン注入剥離法を用いた際のイオン注入に伴うＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層等の表面に有機物や金属不純物が付着して汚染されることによる貼り合わせ面でのボイドやブリスターなどの結合不良の発生を防止する貼り合せウェーハの製造方法および貼り合わせウェーハを提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明は、貼り合わせウェーハの製造方法であって、少なくとも、ボンドウェーハとなるシリコン単結晶ウェーハの表面にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層（０＜Ｘ＜１）を形成し、該Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することによりイオン注入層を形成し、前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面とベースウェーハの表面とを絶縁膜を介してまたは直接密着させ、その後前記イオン注入層で剥離を行い、前記剥離によりベースウェーハ側に移設した剥離層の表面を熱酸化して熱酸化膜を形成し、該形成した熱酸化膜を除去することによりＳｉＧｅ層を露出させ、該露出したＳｉＧｅ層の表面にシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させる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。

このように、ボンドウェーハとなるシリコン単結晶ウェーハの表面にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層（０＜Ｘ＜１）を形成した後イオン注入層を形成する。そして該Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面とベースウェーハの表面とをシリコン酸化膜などの絶縁膜を介してまたは直接密着させれば、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層とベースウェーハとの界面にすべりが発生しやすくなり、その後剥離層の表面を熱酸化して熱酸化膜を形成し、これを除去して露出したＳｉＧｅ層は、転位の発生が抑制されつつ格子緩和が十分に行われたものとなる。従って、その表面に良質な歪みＳｉ層をエピタキシャル成長させることができる。以下では、このように熱酸化膜を形成する熱処理を熱酸化膜形成熱処理と言う場合がある。

また、本発明は、貼り合わせウェーハの製造方法であって、少なくとも、ボンドウェーハとなるシリコン単結晶ウェーハの表面にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層（０＜Ｘ＜１）を形成し、該Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することによりイオン注入層を形成し、前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面とベースウェーハの表面とを絶縁膜を介してまたは直接密着させ、その後前記イオン注入層で剥離を行い、前記剥離によりベースウェーハ側に移設した剥離層の表面に酸化膜を形成した後、非酸化性ガス雰囲気下で前記剥離層を格子緩和させる熱処理を行い、該熱処理後、前記形成した酸化膜を除去することにより露出した前記剥離層のＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面にシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させる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。

前述のように、該Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面とベースウェーハの表面とをシリコン酸化膜などの絶縁膜を介してまたは直接密着させれば、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層とベースウェーハとの界面にすべりが発生しやすくなる。この場合、熱酸化膜形成熱処理を行なわずに、Ｇｅの外方拡散を防止するための酸化膜を剥離層の表面に形成した後、非酸化性ガス雰囲気下で剥離層を格子緩和させる熱処理を行っても、剥離層のＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層は転位の発生が抑制されつつ格子緩和が十分に行われたものとなる。従って、酸化膜除去後に露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層表面に良質な歪みＳｉ層をエピタキシャル成長させることができる。
以下では、このように非酸化性ガス雰囲気下で剥離層を格子緩和させる熱処理を、格子緩和熱処理と言う場合がある。なお、非酸化性ガスとしてはアルゴン、窒素、水素、あるいはこれらの混合ガス等を用いることができる。

この場合、前記酸化膜形成の際に、前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の熱酸化を行い、該Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層のＧｅを濃縮させることができる。
このように、所望のＧｅ濃度と十分な格子緩和を実現するために、酸化濃縮熱処理、あるいは酸化濃縮熱処理と格子緩和熱処理の両方を行なうこともできる。このように熱酸化膜の形成によりＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層のＧｅを濃縮する熱処理を、酸化濃縮熱処理と言う場合がある。この熱処理では、Ｇｅの濃縮と共に格子緩和も行なわれる。

また、前記イオン注入層を前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の内部又は前記ボンドウェーハとの界面に形成し、前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面とベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して密着させることが好ましい。
このようにすれば、酸化濃縮熱処理又は格子緩和熱処理の際にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層は酸化膜等の絶縁層に挟まれた状態となり、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層とシリコン単結晶との界面が存在しないことになる。すなわち、格子定数の異なるものの結晶界面が存在しないことになる。従って、この状態で酸化濃縮熱処理や格子緩和熱処理を行なっても、結晶界面に起因するミスフィット転位が発生しなくなる。よって、面粗さが抑制され、貫通転位密度が低減し、理想的なＳｉＧｅ結晶が形成できる。

また、少なくとも前記水素イオンの注入前に前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面に保護膜を形成し、該保護膜を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより前記イオン注入層の形成を行い、その後前記保護膜を除去して露出した前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面と前記ベースウェーハの表面とを絶縁膜を介してまたは直接密着させることが好ましい。
このように、少なくとも水素イオンの注入前にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面に保護膜を形成し、該保護膜を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することによりイオン注入層の形成を行い、その後保護膜を除去してＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層を露出させれば、イオン注入時に注入表面に付着する有機物や金属不純物を除去することができるので、剥離熱処理後の貼り合わせ面でのボイドやブリスターの発生を防止することができる。

また、前記Ｘを０．２０以下とすることが好ましい。
このように、Ｇｅの濃度が２０％以下であれば、転位が十分に少ないＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層とすることができる。

また、前記保護膜を少なくともシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン単結晶膜、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜のいずれか一種とすることが好ましい。
保護膜がこれらの膜であれば、保護膜として充分に機能するし、気相成長法等により容易に形成することができる。また、シリコン酸化膜であれば、熱酸化により形成することも可能であり、また後工程で容易に除去することができる。

そして、前記イオン注入を前記保護膜の表面に垂直な方向から行ってもよい。
イオン注入の際に発生するチャネリング防止のためにはイオン注入を斜め方向から行ったほうがよいが、注入深さ分布の面内均一性が悪化する。本発明のように保護膜を形成し、イオン注入を保護膜の表面に垂直な方向から行えば、チャネリングの発生を防止でき、かつイオンの注入深さの面内均一性を高めることが可能であり、良質なイオン注入層を形成することができる。特に保護膜がシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜等であれば、チャネリングの発生を効果的に防止することができる。

この場合、前記ベースウェーハの表面とボンドウェーハの露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面との密着に介する絶縁膜を前記ベースウェーハの表面のみに形成させることが好ましい。
このように、ベースウェーハの表面のみに形成された絶縁膜を介してベースウェーハとボンドウェーハの露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面とを密着させれば、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層とベースウェーハとの貼り合わせ面にすべりが十分に発生しやすくなり、その後熱酸化膜の形成により形成された濃縮ＳｉＧｅ層や格子緩和熱処理がされたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層は、転位の発生が抑制されつつ格子緩和が十分に行われたものとなる。

また、前記ベースウェーハの表面とボンドウェーハの露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面との密着に介する絶縁膜を少なくとも前記露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面に５０ｎｍ以下の厚さで形成させてもよい。
このように、ベースウェーハの表面とボンドウェーハの露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面との密着に介する絶縁膜が露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面に５０ｎｍ以下の厚さで形成されたものであれば、貼り合わせ面に発生するすべりは十分なものとなり、その後熱酸化膜の形成により形成された濃縮ＳｉＧｅ層や格子緩和熱処理がされたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層は、転位の発生が抑制されつつ格子緩和が十分に行われたものとなる。

前記ベースウェーハとしてシリコン単結晶ウェーハまたは絶縁性ウェーハを用いることができる。
このようにベースウェーハがシリコン単結晶ウェーハであれば、熱酸化や気相成長法等により容易に絶縁膜を形成でき、その絶縁膜を介してボンドウェーハの露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面と密着することができる。また、用途に応じて、露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層を直接、石英、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド等の絶縁性のベースウェーハに貼り合わせてもよい。

この場合、前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層を熱酸化してＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層のＧｅの濃縮する際の温度を９００℃以上とすることが好ましい。
このように、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の熱酸化温度を９００℃以上とすれば、酸化膜とＳｉＧｅ層との界面にＧｅの析出の発生を防止することができる。

また、前記剥離層の表面を熱酸化して表面のＳｉ層を熱酸化膜にする際の温度を１０００℃以下とすることが好ましい。
このように、剥離層の表面を熱酸化して表面のＳｉ層を熱酸化膜にする際の温度を１０００℃以下とすれば、剥離層の表面のＳｉ層に残留するイオン注入によるダメージが形成される熱酸化膜に取り込まれる際に、ＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ：酸素誘起積層欠陥）などの欠陥の発生を防止することができる。

また、本発明は、ベースウェーハ上に埋め込み酸化膜、ＳｉＧｅ層、Ｓｉ層が順次積層された構造を有する貼り合わせウェーハであって、前記埋め込み酸化膜とＳｉＧｅ層との境界面が貼り合わせ界面であり、前記Ｓｉ層はエピタキシャル層であることを特徴とする貼り合わせウェーハを提供する。

このように、シリコン単結晶ウェーハなどのベースウェーハ上に埋め込み酸化膜、ＳｉＧｅ層、Ｓｉ層が順次積層された構造を有する貼り合わせウェーハであって、前記埋め込み酸化膜とＳｉＧｅ層との境界面が貼り合わせ界面であれば、ＳｉＧｅ層は転位の発生が抑制され格子緩和が十分にされた結晶性のよいものであり、その表面にエピタキシャル成長させたＳｉ層は良質な歪みＳｉ層となる。

さらに、本発明は、絶縁性ベースウェーハ上にＳｉＧｅ層、Ｓｉ層が順次積層された構造を有する貼り合わせウェーハであって、前記絶縁性ベースウェーハとＳｉＧｅ層との境界面が貼り合わせ界面であり、前記Ｓｉ層はエピタキシャル層であることを特徴とする貼り合わせウェーハを提供する。

このように、石英、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド等の絶縁性ベースウェーハ上にＳｉＧｅ層、Ｓｉ層が順次積層された構造を有する貼り合わせウェーハであって、前記絶縁性ベースウェーハとＳｉＧｅ層との境界面が貼り合わせ界面であれば、ＳｉＧｅ層は転位の発生が抑制され格子緩和が十分にされた結晶性のよいものであり、その表面にエピタキシャル成長させたＳｉ層は良質な歪みＳｉ層となる。

本発明に従い、ボンドウェーハとなるシリコン単結晶ウェーハの表面にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層（０＜Ｘ＜１）、を形成した後イオン注入層を形成し、該Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面とベースウェーハの表面とをシリコン酸化膜などの絶縁膜を介してまたは直接密着させれば、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層とベースウェーハとの界面にすべりが発生しやすくなり、その後熱酸化膜形成熱処理を行なったＳｉＧｅ層や酸化濃縮熱処理により形成された濃縮ＳｉＧｅ層、格子緩和熱処理が行なわれたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層は、転位の発生が抑制されつつ格子緩和が十分に行われたものとなる。従って、その表面に良質で十分な歪みを有する歪みＳｉ層をエピタキシャル成長させることができる。

また、イオン注入層をＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の内部又はボンドウェーハとの界面に形成し、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面とベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して密着させれば、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層とシリコン単結晶との界面が存在しないので、この状態で熱酸化膜形成熱処理や酸化濃縮熱処理、格子緩和熱処理を行なえば、結晶界面に起因するミスフィット転位をより確実に発生しなくなるようにすることができる。

また、少なくとも水素イオンの注入前にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面に保護膜を形成し、該保護膜を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することによりイオン注入層の形成を行い、その後保護膜を除去してＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層を露出させれば、イオン注入時に注入表面に付着する有機物や金属不純物などの汚染物や面荒れを除去することができる。また、貼り合わせを行う前には、通常、貼り合わせ面を十分に清浄化するための洗浄が必要であるが、ＳｉＧｅが露出した表面に通常のＳｉと同等の洗浄を行うと、ＳｉＧｅ表面はＳｉ表面に比べて面荒れが発生しやすいため、結合不良が多発してしまう。しかしながら本発明の場合、保護膜を除去することによりイオン注入時の表面汚染が排除されるため、貼り合わせ前の洗浄を通常の場合よりもエッチング作用の少ないマイルドな条件にすることができるので、ＳｉＧｅ面の面荒れを抑制することができ、貼り合わせウェーハの製造の際の貼り合わせ面でのボイドやブリスターの発生を防止し、製造歩留まりの向上に寄与する。

また、埋め込み酸化膜を表層に備えたベースウェーハまたは絶縁性ベースウェーハの上に、ＳｉＧｅ層、Ｓｉ層が順次積層された構造を有する貼り合わせウェーハであって、前記埋め込み酸化膜または絶縁性ベースウェーハとＳｉＧｅ層との境界面が貼り合わせ界面であれば、ＳｉＧｅ層は転位の発生が抑制され格子緩和が十分にされた結晶性のよいものであり、その表面にエピタキシャル成長させたＳｉ層は良質な歪みＳｉ層となる。

以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述したように、イオン注入剥離法を用いて貼り合わせウェーハを作製する場合、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層をその上のＳｉ層および絶縁層を介してベースウェーハと貼り合わせた場合には、Ｓｉ層および絶縁層の存在によりＳｉＧｅ層が拘束されるので、Ｇｅ濃度を高めても濃縮ＳｉＧｅ層内の格子緩和が十分に行なわれない。この場合、その直上の歪みＳｉ層も十分な歪みが得られないものとなった。
また、イオン注入時にはＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面に有機物や金属不純物が付着して汚染される。さらに、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面に面荒れも発生し、イオン注入後にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面とベースウェーハとを酸化膜を介して密着させた場合に、剥離熱処理後の貼り合わせ面にボイドやブリスターなどの結合不良が発生するという問題があった。

本発明者らは、上記貼り合わせウェーハ作製の際に、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層（０＜Ｘ＜１）の表面とベースウェーハの表面とを絶縁酸化膜を介してまたは直接密着させれば、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層とベースウェーハとの界面にすべりが発生しやすくなり、その後熱酸化膜形成熱処理を行なったＳｉＧｅ層や酸化濃縮熱処理により形成された濃縮ＳｉＧｅ層、格子緩和熱処理を行なったＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層は、転位の発生が抑制されるとともに格子緩和が十分に行われたものとなることを見いだし、さらに、イオン注入層をＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の内部又はボンドウェーハとの界面に形成し、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面とベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して密着させれば、この状態で熱酸化膜形成熱処理や酸化濃縮熱処理、格子緩和熱処理をおこなってもミスフィット転位が発生しにくくなることを見いだした。また、少なくとも水素イオンの注入前にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面に保護膜を形成し、該保護膜を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することによりイオン注入層の形成を行い、その後保護膜を除去してＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層を露出させれば、イオン注入時に注入表面に付着する有機物や金属不純物などの汚染物や面荒れを除去することができることを見いだし、本発明を完成させた。

以下では、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第一の実施形態に従った貼り合わせウェーハの製造工程の一例を示す図である。
まず、図１（ａ）のように、気相成長法により、ボンドウェーハとなるシリコン単結晶ウェーハ１の表面にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２を１０〜５００ｎｍ程度の厚さで成長させる。この場合、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２のＸ、すなわちＧｅ組成を一定とすることもできるが、例えば、成長初期にＸ＝０とし、表面に向けてＸを漸次増加させた傾斜組成層として形成すれば、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層に発生する転位を効果的に抑制することができる。なお、Ｘ≦０．２、好ましくはＸ≦０．１５であれば転位が十分に抑制されたものとできる。

気相成長は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学蒸着）法やＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシー）法などにより行うことができる。ＣＶＤ法の場合は、例えば、原料ガスとしてＳｉＨ_４又はＳｉＨ_２Ｃｌ_２とＧｅＨ_４との混合ガスを用いることができる。キャリアガスとしてはＨ_２が用いられる。成長条件としては、例えば温度６００〜１，０００℃、圧力１００Ｔｏｒｒ以下とすればよい。

次に、図１（ｂ）に示すように、前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２を通して、水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を所定のドーズ量で注入してイオン注入層４を形成する。この場合、イオン注入深さは注入エネルギーの大きさに依存するので、所望の注入深さになるように注入エネルギーを設定すればよい。尚、本発明におけるイオン注入深さは、ボンドウェーハであるシリコン単結晶ウェーハ１の内部までとしてもよいが、後の熱酸化工程でのミスフィット転位の発生を確実に防止するためには、図１のようにＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２の内部又はボンドウェーハとＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２の界面とすることが好ましい。

次に、図１（ｃ）に示すように、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２の表面とベースウェーハ５の表面とを絶縁膜であるシリコン酸化膜６を介して室温にて密着させる。この際、室温での貼り合わせを行う前には、通常、貼り合わせ面を十分に清浄化するために、例えば、ＮＨ_４ＯＨとＨ_２Ｏ_２の混合水溶液（ＳＣ−１：Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｌｅａｎｉｎｇ１）による洗浄を行なうが、この際、Ｓｉに比べて洗浄時のエッチング作用により面荒れを起こしやすいＳｉＧｅ表面の面荒れを最小限に抑えるように洗浄条件を選ぶ。この場合、シリコン酸化膜６はＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２の表面とベースウェーハ５の表面のいずれか一方、あるいは両方に形成することができるが、ベースウェーハ５の表面のみに形成した場合、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２とシリコン酸化膜６との界面が貼り合わせ面となるため、その貼り合わせ面においてすべりが発生しやすく、後工程で熱酸化膜８の形成によりＧｅ濃度が高められた濃縮ＳｉＧｅ層９の格子緩和が行なわれやすく、濃縮ＳｉＧｅ層９の中の転位の発生を抑制することができる。また、シリコン酸化膜６をＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２の表面に形成する場合は、その厚さが５０ｎｍ以下であれば、貼り合わせ面に発生するすべりは十分なものとなり、その後熱酸化膜８の形成により形成された濃縮ＳｉＧｅ層９は、転位の発生が抑制されつつ格子緩和が十分に行われたものとなる。なお、ベースウェーハ５が石英、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド等の絶縁性ウェーハであれば、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２とベースウェーハ５を直接密着させてもよい。

次に、図１（ｄ）に示すように、例えば５００℃以上の熱処理（剥離熱処理）を加えることによりイオン注入層４を劈開面として剥離する。これにより、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の一部又は全部７が剥離層としてベースウェーハ側に移設される。

なお、図１（ｃ）に示すＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２の表面とベースウェーハ５の表面とを密着させる工程の前処理として、両ウェーハの密着に供される面をプラズマ処理することにより密着強度を高めれば、密着後の剥離熱処理を行なうことなくイオン注入層４で機械的に剥離することも可能である。

次に、図１（ｅ）に示すように、ベースウェーハ側に移設された剥離層、すなわち移設されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層７の表面を例えばドライ酸素雰囲気下で熱酸化し熱酸化膜８を形成する。この場合、移設されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層７の一部が熱酸化されると、Ｇｅは酸化膜中にはほとんど取り込まれないため、熱酸化された部分に存在したＧｅは熱酸化されていない部分に移動し、Ｇｅが濃縮された濃縮ＳｉＧｅ層９が形成される。以上のように移設されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層７を酸化することにより濃縮ＳｉＧｅ層９の中のＧｅ濃度が高められるので濃縮ＳｉＧｅ層９の中にはより強い歪み（圧縮歪み）が発生するが、濃縮ＳｉＧｅ層９の近傍には化学的結合が完全ではない貼り合わせ界面が存在するので、その界面において濃縮ＳｉＧｅ層９の歪みを緩和するようなすべりが発生し、濃縮ＳｉＧｅ層９の中の転位の発生を抑制しつつ格子緩和が達成される。さらに、イオン注入層４をＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２の内部又はボンドウェーハ５との界面にすれば、移設されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層７はシリコン単結晶との界面が存在しないので、より確実にミスフィット転位が発生しなくなる。よって、面粗さが抑制され、貫通転位密度が低減し、理想的なＳｉＧｅ結晶が形成できる。なお、このような貫通転位は、貼り合わせウェーハをセコ（Ｓｅｃｃｏ）エッチングすることによりセコ欠陥として確認できる。

このとき、熱酸化温度が９００℃未満では熱酸化膜８と濃縮ＳｉＧｅ層９の界面にＧｅの析出が発生しやすくなるため、熱酸化温度を９００℃以上、好ましくは１０００℃以上とすることが望ましい。また、酸化後にＡｒ、Ｈ_２、Ｎ_２などの非酸化性雰囲気での熱処理を追加することによりＧｅを拡散させ、深さ方向でＧｅ濃度が均一となる様にすることもできる。また、酸化濃縮熱処理は、移設されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層７の表面のダメージ層をわずかに研磨（タッチポリッシュ）した後に行なうことが好ましい。
なお、図１（ｂ）でイオン注入深さをシリコン単結晶ウェーハ１の内部とし、剥離層表面がＳｉ層となっている場合は、表面のＳｉ層だけを熱酸化してもよく、その場合はＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の一部まで酸化して酸化濃縮をしなくてもよい。

次に、図１（ｆ）に示すように、形成された熱酸化膜８を除去して格子緩和された濃縮ＳｉＧｅ層９を露出する。熱酸化膜除去にはＨＦ水溶液を用いることができる。
また、この熱酸化膜除去の後に、濃縮ＳｉＧｅ層９の面粗さを改善するために化学機械研磨（ＣＭＰ）を行なってもよい。

最後に、図１（ｇ）に示すように、露出した濃縮ＳｉＧｅ層９の表面に気相成長法によりシリコン単結晶層１０をエピタキシャル成長する。エピタキシャル成長はＣＶＤ法やＭＢＥ法などにより行うことができる。ＣＶＤ法の場合は、例えば、原料ガスとしてＳｉＨ_４又はＳｉＨ_２Ｃｌ_２を用いることができる。成長条件としては、温度６００〜１，０００℃、圧力１００Ｔｏｒｒ以下とすればよい。形成されたシリコン単結晶層１０は、その下層である濃縮ＳｉＧｅ層９との格子定数の差異により、引っ張り歪みを内在する歪みＳｉ層となる。転位の少ない良質な濃縮ＳｉＧｅ層９の上に形成されているので、良質な歪みＳｉ層となる。エピタキシャル成長するシリコン単結晶層１０の厚さは、効果的な歪みとデバイス作製時の加工性及び品質とを確保するため、１０〜５０ｎｍ程度とするのが好ましい。

図２（ａ）〜（ｈ）は、本発明の第二の実施形態に従った貼り合わせウェーハの製造工程の一例を示す図である。図２（ａ）〜（ｄ）の工程は図１（ａ）〜（ｄ）と同様の工程で行うことができる。

次に、図２（ｅ）に示すように、移設されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層１７の表面に酸化膜１８を形成する。このように酸化膜１８を形成する理由は、その後の格子緩和熱処理の際に移設されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層１７のＧｅ原子が表面から外方拡散しないようにするためである。このような酸化膜の形成は、例えば４００℃程度の温度でＣＶＤ法により表面に堆積することで行なってもよいし、８００℃程度かそれ以下のウェット酸化雰囲気中で表面の熱酸化により行なってもよい。また、酸化膜１８を形成する前にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層１７の表面をタッチポリッシュすることもできる。

次に、図２（ｆ）に示すように、例えばアルゴンガスのような非酸化性ガス雰囲気下で移設されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層１７を格子緩和させる熱処理を行なう。この熱処理の温度は１０００℃以上であり、好ましくは１２００℃以上である。このような格子緩和熱処理によっても、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層１７は転位の発生が抑制されつつ格子緩和が十分に行われたものとなる。しかも、表面に酸化膜１８を形成しているので、格子緩和熱処理によりＧｅ原子が表面から外方拡散するのを防止できる。なお、このように酸化濃縮熱処理を行なわずに格子緩和熱処理を行なえば格子緩和ができるが、所望のＧｅ濃度とするため、あるいは格子緩和をさらに行なうために、酸化濃縮熱処理と格子緩和熱処理を両方行なってもよい。その場合、例えば、上記酸化膜１７の形成の際に表面の熱酸化により酸化濃縮を行い、さらにその後格子緩和熱処理を行なえばよい。

次に、図２（ｇ）に示すように、形成された熱酸化膜１８を除去して格子緩和されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層１７を露出する。熱酸化膜除去にはＨＦ水溶液を用いることができる。
また、この熱酸化膜除去の後に、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層１７の面粗さを改善するために化学機械研磨（ＣＭＰ）を行なってもよい。

最後に、図２（ｈ）に示すように、露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層１７の表面に気相成長法によりシリコン単結晶層２０をエピタキシャル成長する。この工程は、図１（ｇ）と同様の工程で行なうことができる。こうして形成されたシリコン単結晶層２０は良質な歪みＳｉ層となる。

図３（ａ）〜（ｉ）は、本発明の第三の実施形態に従った貼り合わせウェーハの製造工程の一例を示す図である。図３（ａ）の工程は、図１（ａ）と同様の工程で行なうことができる。

次に、図３（ｂ）に示すように、成長させたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２の表面に保護膜２３を形成する。保護膜２３としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン結晶膜（単結晶、多結晶、ポリシリコン）などを用いることができる。これらの保護膜は、いずれも気相成長法で形成することができる。保護膜がシリコン酸化膜の場合は、熱酸化により膜形成することも可能であり、また後工程での除去が容易である。

そして、図３（ｃ）に示すように、前記保護膜２３を通して、水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を所定のドーズ量で注入してシリコン単結晶ウェーハ２１の内部にイオン注入層２４を形成する。この場合、イオン注入深さは注入エネルギーの大きさに依存するので、所望の注入深さになるように注入エネルギーを設定すればよい。尚、本発明におけるイオン注入深さは、ボンドウェーハであるシリコン単結晶ウェーハ２１の内部までとしてもよいし、ボンドウェーハとＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２の界面、あるいは後述のようにＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２の内部としてもよい。要するに、貼り合わせ後の剥離層としてＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２の少なくとも一部がベースウェーハに移設されればよい。

また、イオン注入を保護膜２３の表面に垂直な方向から行えば、チャネリングの発生を防止しかつイオンの注入深さの面内均一性を高めることができ、良質なイオン注入層２４を形成することができる。特に保護膜２３がシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜等であれば、チャネリングの発生を有効に防止することができる。

次に、図３（ｄ）に示すように、保護膜２３をその表面に付着した有機物や金属不純物と共に除去してＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２を露出させる。保護膜２３の除去は、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２に対して選択比の高いエッチング液を用いて行うことができる。例えば、保護膜がシリコン酸化膜の場合はＨＦ水溶液、シリコン窒化膜の場合は熱リン酸等を用いればよい。また、ドライエッチングを利用することもできる。保護膜３を除去することにより、イオン注入時に表面に付着した有機物や金属不純物を同時に除去することができるので、後工程におけるボイド、ブリスター等の結合不良の発生を防止することができる。

次に、図３（ｅ）に示すように、露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２の表面とベースウェーハ２５の表面とを絶縁膜であるシリコン酸化膜２６を介して室温にて密着させる。この際、室温での貼り合わせを行う前には、前述のように、貼り合わせ面を十分に清浄化するために、例えばＳＣ−１洗浄液による洗浄を行なうが、本発明の場合、保護膜２３を除去することによりイオン注入時の表面汚染が排除されているため、それほど洗浄効果の高い洗浄は必要とされない。従って、通常のＳＣ−１よりも低い液温（例えば５０℃程度）のエッチング作用の小さい条件で洗浄することが可能となる。これにより、Ｓｉに比べて洗浄時のエッチング作用により面荒れを起こしやすいＳｉＧｅ表面の面荒れを最小限に抑えることができる。この場合も、前述した場合と同様に、シリコン酸化膜２６はＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２の表面とベースウェーハ２５の表面のいずれか一方、あるいは両方に形成することができる。ベースウェーハ２５の表面のみに形成した場合、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２とシリコン酸化膜２６との界面が貼り合わせ面となるため、その貼り合わせ面においてすべりが発生しやすく、後工程で熱酸化膜２８の形成によりＧｅ濃度が高められた濃縮ＳｉＧｅ層２９の格子緩和が行なわれやすく、濃縮ＳｉＧｅ層２９の中の転位の発生を抑制することができる。また、シリコン酸化膜２６をＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２の表面に形成する場合は、その厚さが５０ｎｍ以下であれば、貼り合わせ面に発生するすべりは十分なものとなり、その後熱酸化膜２８の形成により形成された濃縮ＳｉＧｅ層２９は、転位の発生が抑制されつつ格子緩和が十分に行われたものとなる。なお、ベースウェーハ２５が石英、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド等の絶縁性ウェーハであれば、露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２とベースウェーハ２５を直接密着させてもよい。

次に、図３（ｆ）に示すように、例えば５００℃以上の熱処理（剥離熱処理）を加えることによりイオン注入層４を劈開面として剥離する。これにより、シリコン単結晶ウェーハの一部２７とＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２が剥離層としてベースウェーハ側に移設される。

なお、この場合も、図３（ｅ）に示す露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２の表面とベースウェーハ２５の表面とを密着させる工程の前処理として、両ウェーハの密着に供される面をプラズマ処理することにより密着強度を高めれば、密着後の剥離熱処理を行なうことなくイオン注入層２４で機械的に剥離することも可能である。

次に、図３（ｇ）に示すように、ベースウェーハ側に移設された剥離層の表面を熱酸化し熱酸化膜２８を形成する。このときの熱酸化は剥離層のシリコン層２７とＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２の一部まで行う。この場合、剥離層のＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２の一部が熱酸化されると、前述したような原理で、Ｇｅが濃縮された濃縮ＳｉＧｅ層２９が形成される。以上のようにＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２を酸化することにより濃縮ＳｉＧｅ層２９の中のＧｅ濃度が高められるので濃縮ＳｉＧｅ層２９の中にはより強い歪み（圧縮歪み）が発生するが、濃縮ＳｉＧｅ層２９の近傍には化学的結合が完全ではない貼り合わせ界面が存在するので、その界面において濃縮ＳｉＧｅ層２９の歪みを緩和するようなすべりが発生し、濃縮ＳｉＧｅ層２９の中に転位を発生させることなく格子緩和が達成される。

この場合、シリコン層２７の表面にはイオン注入によるダメージが残留しているため、剥離層表面を直接１０００℃より高温で熱酸化するとＯＳＦが発生しやすいので、シリコン層２７の熱酸化の際はダメージ層が熱酸化膜に取り込まれるまでは１０００℃以下、好ましくは９５０℃以下の温度で熱酸化するか、あるいは、剥離面をわずかに研磨（タッチポリッシュ）した後に熱酸化することが好ましい。

一方、上記に引き続いてＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２を熱酸化する場合には、前述のように熱酸化温度が９００℃未満では熱酸化膜２８と濃縮ＳｉＧｅ層２９の界面にＧｅの析出が発生しやすくなるため、酸化温度を９００℃以上、好ましくは１０００℃以上とすることが望ましい。また、酸化後にＡｒ、Ｈ_２、Ｎ_２などの非酸化性雰囲気での熱処理を追加することによりＧｅを拡散させ、深さ方向でＧｅ濃度が均一となる様にすることもできる。

すなわち、シリコン単結晶ウェーハ２１の内部にイオン注入層を形成して剥離を行い、剥離層表面がシリコン層２７である場合は、シリコン層２７の全体が熱酸化膜に変化するまで１０００℃以下、好ましくは９５０℃以下の温度で熱酸化を行い、その後にシリコン層２７の下部にあるＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層２２の熱酸化を行う際には９００℃以上、好ましくは１０００℃以上の温度で酸化するという工程が好適である。

次に、図３（ｈ）に示すように、形成された熱酸化膜２８を除去して格子緩和された濃縮ＳｉＧｅ層２９を露出する。熱酸化膜除去にはＨＦ水溶液を用いることができる。

最後に、図３（ｉ）に示すように、露出した濃縮ＳｉＧｅ層２９の表面に気相成長法によりシリコン単結晶層３０をエピタキシャル成長する。この工程は、図１（ｇ）と同様の工程で行なうことができる。こうして形成されたシリコン単結晶層３０は良質な歪みＳｉ層となる。

図４（ａ）〜（ｉ）は、本発明の第四の実施形態に従った貼り合わせウェーハの製造工程の一例を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）のシリコン単結晶ウェーハ３１の表面へのＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層３２の形成及び保護膜３３の形成は図３（ａ）、（ｂ）と同様の工程で行うことができる。

次に、図４（ｃ）に示すように、前記保護膜３３を通して所定のドーズ量で水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入して、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層３２の内部にイオン注入層３４を形成する。この場合、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層３２とシリコン単結晶ウェーハ３１との界面にイオン注入層３４を形成してもよい。イオン注入深さは注入エネルギーの大きさに依存するので、所望の注入深さになるように注入エネルギーを設定すればよい。

次に、図４（ｄ）、（ｅ）に示すように、保護膜３３をその表面に付着した有機物や金属不純物と共に除去してＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層３２を露出させ、露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層３２の表面とベースウェーハ３５の表面とを絶縁酸化膜３６を介してまたは直接密着させる。これらの工程は図３（ｄ）、（ｅ）と同様の工程で行うことができる。

次に、図４（ｆ）に示すように、例えば５００℃以上の熱処理（剥離熱処理）を加えることによりイオン注入層３４を劈開面として剥離する。これにより、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の一部又は全部３７がベースウェーハ側に移設される。なお、この場合も、露出したＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層３２の表面とベースウェーハ３５の表面とを密着させる工程の前処理として、両ウェーハの密着に供される面をプラズマ処理することにより密着強度を高めて、剥離熱処理を行なうことなくイオン注入層３４で機械的に剥離してもよい。

次に、図４（ｇ）に示すように、ベースウェーハ側に移設された剥離層、すなわち移設されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層３７の表面を熱酸化し熱酸化膜３８を形成する。この場合、熱酸化膜３８の形成により、Ｇｅが濃縮された濃縮ＳｉＧｅ層３９が形成される。濃縮ＳｉＧｅ層３９の中にはより強い歪み（圧縮歪み）が発生するが、濃縮ＳｉＧｅ層３９の近傍には貼り合わせ界面が存在するので、その界面において濃縮ＳｉＧｅ層３９の歪みを緩和するようなすべりが発生し、濃縮ＳｉＧｅ層３９の中に転位を発生させることなく格子緩和が達成される。

この場合も、前述のようにＧｅは酸化膜中にほとんど取り込まれないため熱酸化により濃縮ＳｉＧｅ層３９の中に濃縮されるが、熱酸化温度が９００℃未満では熱酸化膜３８と濃縮ＳｉＧｅ層３９の界面にＧｅの析出が発生しやすくなるため、酸化温度を９００℃以上、好ましくは１０００℃以上とすることが望ましい。

また、移設されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層３７の表面のダメージ層をタッチポリッシュした後、酸化温度を９００℃以上、好ましくは１０００℃以上で移設されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層３７を熱酸化してＧｅの濃縮を行なうことが望ましい。この場合、剥離層の表面にはＳｉ層がなく、ＯＳＦが発生するといった問題は生じないので、すぐに１０００℃以上の温度で熱処理して差し支えない。

次に、図４（ｈ）に示すように、形成された熱酸化膜３８を除去して格子緩和された濃縮ＳｉＧｅ層３９を露出する。熱酸化膜３８の除去にはＨＦ水溶液を用いることができる。

そして最後に、図４（ｉ）に示すように、露出した濃縮ＳｉＧｅ層３９の表面に気相成長法によりシリコン単結晶層４０をエピタキシャル成長する。この工程は、図１（ｇ）と同様の工程で行なうことができる。こうして形成されたシリコン単結晶層４０は良質な歪みＳｉ層となる。

以下、本発明の実施例及び比較例により本発明を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１）
直径２００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハの表面にＣＶＤ法によりＳｉ_０．９０Ｇｅ_０．１０層（Ｘ＝０．１０）を約１２０ｎｍ成長させ、このＳｉ_０．９０Ｇｅ_０．１０層を通して水素イオン（Ｈ^＋）を注入エネルギー１１ｋｅＶ、ドーズ量５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の条件でイオン注入し、Ｓｉ_０．９０Ｇｅ_０．１０層とシリコン単結晶ウェーハの界面にイオン注入層を形成した。水素イオン注入後、Ｓｉ_０．９０Ｇｅ_０．１０層表面をＳＣ−１洗浄液で洗浄し、この表面と、１００ｎｍの熱酸化膜付きのシリコン単結晶ベースウェーハとを室温で密着させ、アルゴン雰囲気下で５００℃、３０分の剥離熱処理を行ってイオン注入層で剥離し、Ｓｉ_０．９０Ｇｅ_０．１０層をベースウェーハ側に移設させた。次に温度１２００℃でＳｉ_０．９０Ｇｅ_０．１０層の一部を熱酸化することにより、Ｇｅ濃度が２０％で厚さ約５０ｎｍの濃縮ＳｉＧｅ層を形成した。その後１５％ＨＦ水溶液により酸化膜を除去し、濃縮ＳｉＧｅ層を露出させ、その表面にＣＶＤ法によりシリコン層を１５ｎｍの厚さだけエピタキシャル成長させた。
このように作製した貼り合わせウェーハを２０枚用意し、表面を目視してボイド及びブリスターの発生数をカウントしたところ、一ウェーハあたりのボイド及びブリスターの発生数は約１個であった。また、表面をセコエッチングして結晶欠陥を観察したところ、セコ欠陥は少なく、ミスフィット転位の発生が抑制されていることが確認された。尚、シリコン層をエピタキシャル成長させる前の濃縮ＳｉＧｅ層の格子緩和率はＸ線回折法により約７０％であり、理論値に近い十分な値が得られていることがわかった。

（実施例２）
直径２００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハの表面にＣＶＤ法によりＳｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層（Ｘ＝０．０３）を約１５０ｎｍ成長させ、その表面に保護膜として熱酸化によりシリコン酸化膜を５０ｎｍ形成した。このシリコン酸化膜を通して水素イオン（Ｈ^＋）を注入エネルギー４０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の条件でイオン注入し、シリコン単結晶ウェーハの表層部にイオン注入層を形成した。水素イオン注入後、シリコン酸化膜を５％ＨＦ水溶液により除去し、Ｓｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層を露出させた。この表面と、４００ｎｍの熱酸化膜付きのシリコン単結晶ベースウェーハとを室温で密着させ、アルゴン雰囲気下で５００℃、３０分の剥離熱処理を行ってイオン注入層で剥離し、Ｓｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層とシリコン層の一部をベースウェーハ側に移設させた。次に９５０℃で熱酸化を行い、シリコン層を熱酸化した後、引き続き温度を１１００℃に上げてＳｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層の一部を熱酸化することにより、Ｇｅ濃度が２０％以上で厚さ約２０ｎｍの濃縮ＳｉＧｅ層を形成した。その後５％ＨＦ水溶液により酸化膜を除去し、濃縮ＳｉＧｅ層を露出させ、その表面にＣＶＤ法によりシリコン層を５０ｎｍの厚さだけエピタキシャル成長させた。
このように作製した貼り合わせウェーハを２０枚用意し、表面を目視してボイド及びブリスターの発生数をカウントしたところ、一ウェーハあたりのボイド及びブリスターの発生数は約０．５個であった。

（実施例３）
実施例２とほぼ同様の条件で貼り合わせウェーハを２０枚作製した。ただし、イオン注入後にＳｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層を露出させた後、Ｓｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層の表面を熱酸化して５０ｎｍの厚さの熱酸化膜を形成してから、４００ｎｍの熱酸化膜付きのシリコン単結晶ベースウェーハと酸化膜同士を室温で密着させた。同じように表面を目視してボイド及びブリスターの発生数をカウントしたところ、一ウェーハあたりのボイド及びブリスターの発生数は約０．５個であった。

（実施例４）
直径２００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハの表面にＣＶＤ法によりＳｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層（Ｘ＝０．０３）を約１５０ｎｍ成長させ、その表面に保護膜として熱酸化によりシリコン酸化膜を５０ｎｍ形成した。このシリコン酸化膜を通して水素イオン（Ｈ^＋）を注入エネルギー１５ｋｅＶ、ドーズ量５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の条件でイオン注入し、Ｓｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層の内部にイオン注入層を形成した。水素イオン注入後、シリコン酸化膜を５％ＨＦ水溶液により除去し、Ｓｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層を露出させた。この表面と、４００ｎｍの熱酸化膜付きのシリコン単結晶ベースウェーハとを室温で密着させ、アルゴン雰囲気下で５００℃、３０分の剥離熱処理を行ってイオン注入層で剥離し、Ｓｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層の一部をベースウェーハ側に移設させた。次に１０００℃で熱酸化を行い、移設したＳｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層の一部を熱酸化した。その後５％ＨＦ水溶液により酸化膜を除去し、濃縮ＳｉＧｅ層を露出させ、その表面にＣＶＤ法によりシリコン層を５０ｎｍの厚さだけエピタキシャル成長させた。このように作製した貼り合わせウェーハを２０枚用意し、表面を目視してボイド及びブリスターの発生数をカウントしたところ、一ウェーハあたりのボイド及びブリスターの発生数は約０．５個であった。

（比較例１）
直径２００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハの表面にＣＶＤ法によりＳｉ_０．９０Ｇｅ_０．１０層（Ｘ＝０．１０）を約１２０ｎｍ成長させた後、その表面に厚さ１５０ｎｍのＳｉ層を形成した。さらにこのウェーハに７００℃でウェット酸化を行い、Ｓｉ層の表面に厚さ１００ｎｍの熱酸化膜を形成した。そして、これらの熱酸化膜、Ｓｉ層、Ｓｉ_０．９０Ｇｅ_０．１０層を通して水素イオン（Ｈ^＋）を注入エネルギー３３ｋｅＶ、ドーズ量５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の条件でイオン注入し、Ｓｉ_０．９０Ｇｅ_０．１０層とシリコン単結晶ウェーハの界面近傍にイオン注入層を形成した。水素イオン注入後、熱酸化膜表面をＳＣ−１洗浄液で洗浄し、この熱酸化膜表面と、シリコン単結晶からなるベースウェーハとを室温で密着させ、アルゴン雰囲気下で５００℃、３０分の剥離熱処理を行ってイオン注入層で剥離し、熱酸化膜、Ｓｉ層、Ｓｉ_０．９０Ｇｅ_０．１０層をベースウェーハ側に移設させた。次に温度１２００℃でＳｉ_０．９０Ｇｅ_０．１０層の一部を熱酸化することにより、Ｇｅ濃度が２０％で厚さ約５０ｎｍの濃縮ＳｉＧｅ層を形成した。その後１５％ＨＦ水溶液により酸化膜を除去し、濃縮ＳｉＧｅ層を露出させ、その表面にＣＶＤ法によりシリコン層を１５ｎｍの厚さだけエピタキシャル成長させた。
このように作製した貼り合わせウェーハの表面をセコエッチングして結晶欠陥を観察したところ、セコ欠陥は実施例１に比べてかなり多く、ミスフィット転位の発生が確認された。また、濃縮ＳｉＧｅ層の格子緩和率は約５０％であり、実施例１に比べて格子緩和率が低いことがわかった。

（比較例２）
直径２００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハの表面にＣＶＤ法によりＳｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層を約１５０ｎｍ成長させ、次いでＣＶＤ法によりシリコン膜を５０ｎｍ成長させた。このシリコン膜を通して水素イオン（Ｈ^＋）を注入エネルギー４０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の条件でイオン注入し、シリコン単結晶ウェーハの表層にイオン注入層を形成した。水素イオン注入後、シリコン膜表面と４００ｎｍの熱酸化膜付きのシリコン単結晶ベースウェーハとを室温で密着させ、アルゴン雰囲気下で５００℃、３０分の剥離熱処理を行ってイオン注入層で剥離し、Ｓｉ_０．９７Ｇｅ_０．０３層とシリコン層の一部をベースウェーハ側に移設させた。
このように作製した貼り合わせウェーハを２０枚用意し、表面を目視してボイド及びブリスターの発生数をカウントしたところ、一ウェーハあたりのボイド及びブリスターの発生数は約５個であった。

すなわち、本発明に従って作製した貼り合わせウェーハは、ボイド及びブリスターの発生数が著しく少なく、本発明の効果が確認された。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。

本発明の第一の実施形態に従った貼り合わせウェーハの製造工程の一例を示す図である。 本発明の第二の実施形態に従った貼り合わせウェーハの製造工程の一例を示す図である。 本発明の第三の実施形態に従った貼り合わせウェーハの製造工程の一例を示す図である。 本発明の第四の実施形態に従った貼り合わせウェーハの製造工程の一例を示す図である。

符号の説明

１、１１、２１、３１…シリコン単結晶ウェーハ、
２、１２、２２、３２…Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層、
４、１４、２４、３４…イオン注入層、
５、１５、２５、３５…ベースウェーハ、
６、１６、２６、３６…シリコン酸化膜、
７、１７、３７…移設されたＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層、 ２７…移設されたシリコン層、
８、２８、３８…熱酸化膜、
９、２９、３９…濃縮ＳｉＧｅ層、
１０、２０、３０、４０…シリコン単結晶層、
１８…酸化膜、
２３、３３…保護膜。

Claims (8)

1. 貼り合わせウェーハの製造方法であって、少なくとも、ボンドウェーハとなるシリコン単結晶ウェーハの表面にＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層（０＜Ｘ＜１）を形成し、該Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することによりイオン注入層を前記Ｓｉ _１−Ｘ Ｇｅ _Ｘ 層の内部又は前記ボンドウェーハとの界面に形成し、前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面とベースウェーハの表面とを該ベースウェーハの表面のみに形成させた絶縁膜を介して密着させ、その後前記イオン注入層で剥離を行い、前記剥離によりベースウェーハ側に移設した剥離層の表面を熱酸化して熱酸化膜を形成し、該酸化膜形成の際に、前記Ｓｉ _１−Ｘ Ｇｅ _Ｘ 層の熱酸化を行い、該Ｓｉ _１−Ｘ Ｇｅ _Ｘ 層のＧｅを濃縮させ、前記形成した熱酸化膜を除去することによりＳｉＧｅ層を露出させ、該露出したＳｉＧｅ層の表面にシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させることを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。
2. 少なくとも前記水素イオンの注入前に前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面に保護膜を形成し、該保護膜を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより前記イオン注入層の形成を行い、その後前記保護膜を除去して露出した前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の表面と前記ベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して密着させ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。
3. 前記Ｘを０．２０以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
4. 前記保護膜を少なくともシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン単結晶膜、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜のいずれか一種とすることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
5. 前記イオン注入を前記保護膜の表面に垂直な方向から行うことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
6. 前記ベースウェーハとしてシリコン単結晶ウェーハまたは絶縁性ウェーハを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
7. 前記Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層を熱酸化してＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層のＧｅを濃縮する際の温度を９００℃以上とすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
8. 前記剥離層の表面を熱酸化して表面のＳｉ層を熱酸化膜にする際の温度を１０００℃以下とすることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。

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