JP2018049997A - シリコン接合ウェーハの製造方法およびシリコン接合ウェーハ - Google Patents

Abstract

【課題】透過性レーザビーム照射により形成したゲッタリング層を支持基板用ウェーハが含み、かつ、活性層への透過性レーザビーム照射によるダメージを抑制したシリコン接合ウェーハの製造方法およびそれにより製造されたシリコン接合ウェーハを提供する。【解決手段】本発明のシリコン接合ウェーハの製造方法は、支持基板用ウェーハの片方の面の面側から透過性レーザビームを照射して内部にゲッタリング層を形成する工程と、前記支持基板用ウェーハの片方の面と性層用ウェーハの片方の面とを真空常温接合法にて貼り合わせる工程と、前記活性層用ウェーハを薄膜化して、薄膜化後の前記活性層用ウェーハを活性層とする工程と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン接合ウェーハの製造方法およびシリコン接合ウェーハに関する。

シリコンウェーハおよびシリコンウェーハを基板とし、該基板上にシリコンエピタキシャル層が設けられたエピタキシャルシリコンウェーハは、半導体デバイスの基板材料として用いられている。近年、高感度ＣＩＳ（CMOS Image Sensor）や、パワーデバイスなどの高性能半導体デバイスでは、基板材料のデバイス形成領域において、欠陥フリー化且つ不純物フリー化が求められている。

シリコンエピタキシャル層は、一般に、その基板となるバルクのシリコンウェーハに比べて欠陥が十分に少なく、かつ、酸素等の不純物も少ない。そこで、高性能半導体デバイスの作製において、エピタキシャルシリコンウェーハのシリコンエピタキシャル層が活性層として広く用いられている。

ここで、半導体ウェーハ製造プロセスやデバイス作製プロセスにおいて、半導体デバイスの基板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。しかしながら、半導体デバイス作製プロセスにおいては、イオン注入、拡散および酸化熱処理などの各処理中で、半導体基板への重金属汚染の発生が懸念される。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シリコンウェーハに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（ＢＭＤ）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）が知られている。

他にも、イオン注入法、すなわち、シリコンウェーハに炭素等をイオン注入してイオン注入領域からなる改質領域を形成し、該改質領域をゲッタリングサイトとすることも知られている。例えば、特許文献１には、シリコンウェーハの一面から炭素イオンを注入して、炭素イオン注入領域を形成した後、この表面にシリコンエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルシリコンウェーハとする製造方法が開示されている。この技術では、炭素イオン注入領域がゲッタリングサイトとして機能する。

また、例えば特許文献２には、イオン注入法に替わるゲッタリング法として、透過性レーザの照射によりゲッタリングサイトを形成する方法（以下、「レーザゲッタリング法」と称する。）が開示されている。すなわち、特許文献２では、半導体基板の内部に集光点を合わせて透過性レーザビームを照射し、この半導体基板の内部に多光子吸収過程を経た改質領域を形成することで、該改質領域をゲッタリングサイトとする。

特開平６−３３８５０７号公報 特開２００３−２６４１９４号公報

特許文献２に記載のレーザゲッタリング法であれば、特許文献１のようなイオン注入法でのイオン注入深さに伴う制約に比べて、比較的自由な深さ位置にゲッタリング層を形成することができる。しかしながら、特許文献２に記載のレーザゲッタリング法によるレーザビーム照射により形成された改質領域の近傍では、レーザビーム照射によるダメージを不可避的に受けるため、ゲッタリングサイトに近い領域を、高性能半導体デバイスに求められる欠陥フリーの活性層として用いることはできない。なお、レーザビーム照射を経ていない側の領域を高性能半導体デバイスの活性層として用いるには、ゲッタリングサイトがデバイス形成領域から遠すぎるため不適当である。

そこで、本発明者は、シリコンウェーハにレーザゲッタリング法を適用して改質領域を形成し、さらに、レーザビーム照射を経た側の面にシリコンエピタキシャル層をエピタキシャル成長させたエピタキシャルシリコンウェーハの作製を試みた。しかしながら、この場合、エピタキシャル層形成中の熱処理により、ウェーハそのものが割れてしまう場合があった。また、エピタキシャル層形成時の割れが回避できても、その後のデバイス作製プロセスにおける熱処理により割れてしまう虞もある。この原因は、改質領域から二次転位が伸展するためだと本発明者は考えた。さらに、レーザビーム照射により形成された改質領域近傍のダメージの影響は、エピタキシャル層にも及ぶことも確認された。

このように、現状、ゲッタリング方法としてレーザゲッタリング法を用いた場合には、近年の高性能半導体デバイス用の基板材料の活性層に求められる欠陥フリー化且つ不純物フリー化の要請に、十分に応えることができない。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、透過性レーザビーム照射により形成したゲッタリング層を支持基板用ウェーハが含み、かつ、活性層への透過性レーザビーム照射によるダメージを抑制した新たな基板材料、すなわちシリコン接合ウェーハの製造方法およびそれにより製造されたシリコン接合ウェーハ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。まず、本発明者は、エピタキシャル成長によってシリコンエピタキシャル層を形成し、該層を活性層とすることに替えて、支持基板用ウェーハを活性層用ウェーハと貼り合わせることで活性層を有するシリコンウェーハを製造することを着想した。そして、支持基板用ウェーハにレーザゲッタリング法を施した後でも、支持基板用ウェーハと活性層用ウェーハとを真空常温接合法により貼り合わせることができることができることを見出した。そして、こうして作製したシリコン接合ウェーハであれば、支持基板用ウェーハに十分なゲッタリング能力を付与できるとともに、活性層への透過性レーザビーム照射によるダメージを抑制できることを知見した。

上記知見に基づき完成した本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハと、単結晶シリコンからなる活性層とが接合されたシリコン接合ウェーハの製造方法であって、
単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハの片方の面側から透過性レーザビームを照射して多光子吸収過程を生じさせ、前記支持基板用ウェーハの内部にゲッタリング層を形成する第１工程と、
単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハの前記片方の面および前記活性層用ウェーハの片方の面に、真空常温下で、イオン化させた中性元素を照射する活性化処理をして、両方の前記片方の面を活性化面とした後に、引き続き真空常温下で両方の前記活性化面を接触させることで、前記支持基板用ウェーハと前記活性層用ウェーハとを貼り合わせる第２工程と、
前記活性層用ウェーハを薄膜化して、薄膜化後の前記活性層用ウェーハを活性層とする第３工程と、
を有することを特徴とするシリコン接合ウェーハの製造方法。

なお、以下、本発明における支持基板用ウェーハと活性層用ウェーハの貼合せ方法を「真空常温接合法」と称する。真空常温接合法において、上述した支持基板用ウェーハの上記片方の面と、活性層用ウェーハの上記片方の面とが、共に貼り合わせ面となる。また、一般に、活性層用ウェーハの他方の面が、シリコン接合ウェーハにおいてデバイス形成面となる主表面となる。

（２）前記第１工程において用いる前記透過性レーザビームの出力が４μＪ／パルス以下である、上記（１）に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。

（３）前記第２工程において、前記支持基板用ウェーハと前記活性層用ウェーハとの接合領域にミスフィット転位が形成されるよう貼り合わせる、上記（１）または（２）に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。

（４）前記支持基板用ウェーハおよび前記活性層用ウェーハは、結晶軸方向を示す切り欠き部をそれぞれ有し、
前記第２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貼り合わせる、上記（３）に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。

（５）前記支持基板用ウェーハの前記片方の面の面方位と、前記活性層用ウェーハの前記片方の面の面方位とが互いに異なる、上記（３）に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。

（６）前記活性層用ウェーハは、シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハであり、
該シリコンエピタキシャル層の表面を前記活性層用ウェーハの前記片方の面とする、上記（１）〜（５）のいずれかに記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。

（７）前記第３工程において、前記シリコンエピタキシャル層と反対の面側から前記活性層用ウェーハを薄膜化し、前記シリコンウェーハを研削除去する、上記（６）に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。

（８）前記支持基板用ウェーハは、酸素濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−１９７９）以下の低酸素領域を含む、上記（１）〜（７）のいずれかに記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。

（９）前記第１工程において、前記支持基板用ウェーハの前記低酸素領域の内部に前記ゲッタリング層を形成する、上記（８）に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。

（１０）前記中性元素が、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一種である、上記（１）〜（９）のいずれかに記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。

（１１）前記第２工程における前記活性化処理は、前記両方の片方の面に厚み２ｎｍ以上のアモルファス層が形成されるように行う、上記（１）〜（１０）のいずれかに記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。

（１２）前記第２工程における前記活性化処理は、前記両方の片方の面に厚み１０ｎｍ以上のアモルファス層が形成されるように行う、上記（１）〜（１０）のいずれか一項に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。

（１３）単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハと、単結晶シリコンからなる活性層とが接合されたシリコン接合ウェーハであって、
前記支持基板用ウェーハと、前記活性層とを接合する接合領域はアモルファスであり、
前記支持基板用ウェーハは、直径１μｍ以上１０μｍ以下の改質領域からなるゲッタリングサイトが径方向に周期的に配列したゲッタリング層を含むことを特徴とするシリコン接合ウェーハ。

（１４）前記支持基板用ウェーハと前記活性層との接合領域にミスフィット転位が存在する、上記（１３）に記載のシリコン接合ウェーハ。

（１５）前記支持基板用ウェーハと前記活性層は、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、上記（１４）に記載のシリコン接合ウェーハ。

（１６）前記支持基板用ウェーハの接合面の面方位と、前記活性層の接合面の面方位とが互いに異なる、上記（１４）に記載のシリコン接合ウェーハ。

（１７）前記活性層は、シリコンエピタキシャル層からなる、上記（１３）〜（１６）のいずれか１項に記載のシリコン接合ウェーハ。

（１８）前記支持基板用ウェーハは、酸素濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−１９７９）以下の低酸素領域を含む、上記（１３）〜（１７）のいずれか一項に記載のシリコン接合ウェーハ。

（１９）前記支持基板用ウェーハの前記低酸素領域内に前記ゲッタリング層が位置する、上記（１８）に記載のシリコン接合ウェーハ。

本発明によれば、透過性レーザビーム照射により形成したゲッタリング層を支持基板用ウェーハが含み、かつ、活性層への透過性レーザビーム照射によるダメージを抑制したシリコン接合ウェーハの製造方法およびそれにより製造されたシリコン接合ウェーハを提供することができる。

本発明の第１実施形態によるシリコン接合ウェーハの製造方法を説明する模式断面図である。 本発明の製造方法に従う第１工程を説明する模式断面拡大図である。 本発明の製造方法に従う第２工程において用いる真空常温接合装置の一例を示す模式図である。 本発明の第２実施形態によるシリコン接合ウェーハの製造方法を説明する模式断面図である。 本発明の実施形態で支持基板用ウェーハおよび活性層用ウェーハのそれぞれに適用可能なアニールウェーハの模式断面図である。 実験例１における発明例１−１の改質領域を示す顕微鏡写真である。 実験例２における発明例２−１および比較例２−１のＣＬ欠陥評価によるＴＯ線強度を示すグラフである。 参考実験例における参考例１の熱処理後の改質領域を示す顕微鏡写真である。

（シリコン接合ウェーハの製造方法）
以下、図１〜図５を参照して、本発明に従う、支持基板用ウェーハと、単結晶シリコンからなる活性層とが接合されたシリコン接合ウェーハの製造方法の実施形態について説明する。まず、第１実施形態として、単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハおよび単結晶シリコンからなる活性層用ウェーハのそれぞれが、表面にシリコンエピタキシャル層を有しないバルクのシリコンウェーハを用いた実施形態を説明する。次いで、第２実施形態として、シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハを活性層用ウェーハに用いる場合の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に従うシリコン接合ウェーハ１００の製造方法のフローチャートを示している。本実施形態に従うシリコン接合ウェーハ１００の製造方法は、、支持基板用ウェーハ１１０の片方の面１１０Ａの面側から透過性レーザビーム８０を照射して多光子吸収過程を生じさせ、支持基板用ウェーハ１１０の内部にゲッタリング層１１４を形成する第１工程を行う（図１（Ｂ）、図２）。その後、支持基板用ウェーハ１１０と、活性層用ウェーハとを真空常温接合法により貼り合わせる第２工程を行う（図１（Ｃ）〜（Ｅ））。すなわち、第２工程では、支持基板用ウェーハ１１０の片方の面１１０Ａおよび活性層用ウェーハ１２０の片方の面１２０Ａに、真空常温下で、イオン化させた中性元素９０を照射する活性化処理をして（図１（Ｃ））、両方の片方の面１１０Ａ，１２０Ａを活性化面１４１Ａ，１４２Ａとする（図１（Ｄ））。引き続き、真空常温下で両方の活性化面１４１Ａ，１４２Ａを接触させることで、支持基板用ウェーハ１１０と活性層用ウェーハ１２０とを貼り合わせる（図１（Ｅ））。第２工程の後、活性層用ウェーハ１２０を薄膜化して、薄膜化後の活性層用ウェーハ１２０を活性層１２５とする第３工程を行う（図１（Ｆ））。こうして、シリコン接合ウェーハ１００を製造することができる。以下、各工程の詳細を順次説明する。真空常温接合法において、上述した支持基板用ウェーハの上記片方の面１１０Ａと、活性層用ウェーハの上記片方の面１２０Ａとが、共に貼り合わせ面となるため、以下、貼り合わせ面と言う。

まず、単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハ１１０と、単結晶シリコンからなる活性層用ウェーハ１２０とをそれぞれ用意する（図１（Ａ））。第１実施形態において用いる単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハ１１０と、単結晶シリコンからなる活性層用ウェーハ１２０とのそれぞれは、表面にエピタキシャル層を有しないバルクの単結晶シリコンウェーハであれば、任意のものを用いることができる。バルクの単結晶シリコンウェーハは、ＦＺシリコンウェーハ、ＣＺシリコンウェーハおよびアニールウェーハなどが知られ、以下、本明細書において、これらバルクの単結晶シリコンウェーハを総称して「シリコンウェーハ」と言う。

＜第１工程＞
第１工程では、支持基板用ウェーハ１１０の貼り合わせ面１１０Ａの面側から透過性レーザビーム８０を照射して多光子吸収過程を生じさせ、支持基板用ウェーハ１１０の内部にゲッタリング層１１４を形成する。この透過性レーザビーム８０の照射によるゲッタリングサイトの形成手法について、図２を用いてより詳細に説明する。

図２（Ａ）は、支持基板用ウェーハ１１０に透過性レーザビーム８０の照射を開始した直後における透過性レーザビーム８０の焦点位置近傍を説明するための模式断面拡大図である。まず、集光用レンズ８１を用いて、支持基板用ウェーハ１１０の貼り合わせ面１１０Ａから所定の深さｄの位置に透過性レーザビーム８０の焦点位置を合わせて透過性レーザビーム８０を照射する。所定の深さｄの位置に透過性レーザビーム８０を集光することにより、当該位置において、多光子吸収過程を生じさせて改質領域１１５が形成される。この改質領域１１５は透過性レーザビーム８０の照射によりシリコンがアモルファス化した領域であると考えられ、この改質領域１１５がゲッタリングシンクとなる。

透過性レーザビーム８０の照射により、多光子吸収過程を経て形成される改質領域１１５は、通常のレーザ光の吸収過程を経て形成される格子欠陥または転位による微小欠陥の集合と異なり、強力なゲッタリング能を有する。なお、多光子吸収過程とは、ごく短時間に多量の光子を特定の部位、すなわち透過性レーザビーム８０の焦光点位置に照射することによって、当該焦光点位置だけに選択的に多量のエネルギーが吸収され、これにより、照射領域の結晶結合が変化するなどの反応を引き起こすものである。

上述の改質領域１１５の形成を、所定の間隔ｐでウェーハ全面に対して繰り返し行うことで、支持基板用ウェーハ１１０の内部にゲッタリング層１１４を形成することができる（図２（Ｂ））。なお、所定の深さｄの調整は、近赤外領域の透過性に優れる集光用レンズ８１を用いて透過性レーザビーム８０を集光し、支持基板用ウェーハ１１０の位置を上下させて焦点を結像させることによって制御することができる。また、所定の深さｄは、シリコン接合ウェーハ１００の用途に応じて適宜設計すればよい。限定を意図しないが、透過性レーザビーム８０の焦光点の深さｄを１μｍ〜５０μｍ程度とすることができ、１０μｍ〜３０μｍ程度とすることが好ましい。また、透過性レーザビーム８０の照射間隔ｐに応じて、形成される改質領域１１５の密度が定まり、改質領域１１５の密度が高いほど、ゲッタリング層１１４は強力なゲッタリング能を有することとなる。例えば、形成する改質領域１１５の密度を１．０×１０^５個／ｃｍ^２〜１．０×１０^６個／ｃｍ^２とすればよい。

なお、透過性レーザビーム８０のレーザ源としては低出力レーザを用いることが好ましく、例えばフェムト秒レーザのような超短パルスレーザを用いることがより好ましい。超短パルスレーザは、半導体レーザなどを用いてチタンサファイヤ結晶（固体レーザ結晶）を励起することによりレーザ波長を好適範囲にすることができる。超短パルスレーザは、励起レーザビームのパルス幅を１．０×１０^−１５(フェムト)秒以下にすることができるため、その他のレーザと比較して、励起により生じる熱エネルギーの拡散を抑制でき、焦点近傍のみに光エネルギーを集光することができる。

ここで、透過性レーザビーム８０を照射する際、透過性レーザビーム８０が焦点位置で結像する前の通過領域１１２において、この通過領域１１２を改質することなく、透過性レーザビーム８０が確実に透過する条件でレーザ照射するものとする。このレーザ照射条件は、シリコンのエネルギーバンドギャップである１．１ｅＶから決定され、透過性の点から、入射波長は１０００ｎｍ以上であることが好ましい。一方、波長が１２００ｎｍを超える場合には、長波長領域であるために光子エネルギー（レーザビームエネルギー）が低く、透過性レーザビーム８０を集光用レンズ８１にて集光しても、単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハ１１０内部の改質に十分な光子エネルギーを得ることができない虞があることから、１２００ｎｍ以下とすることが好ましい。

ここで、透過性レーザビーム８０の照射出力を、４．０μＪ/パルス以下とすることが好ましく、３．０μＪ/パルス以下とすることがより好ましい。照射出力が４．０μＪ/パルス以下であれば、形成される改質領域１１５の大きさが直径１μｍ〜１０μｍの範囲となる。改質領域１１５は、このような大きさであるため、光学顕微鏡により改質領域１１５を観察することができる。そして、改質領域１１５の大きさがこの範囲であれば、十分なゲッタリング能力を有するゲッタリング層１１４を形成することができる。さらに、当該ゲッタリング層１１４が熱処理を受けると、結晶回復と共に改質領域１１５から二次転位が伸展するものの、改質領域１１５の大きさがこの範囲であれば二次転位伸展量を抑制できるため、活性層１２５に及ぼす結晶性悪化の影響もほとんどない。なお、形成される改質領域１１５の形状は、楕円形など、厳密な意味での円形ではない、あるいは円形と見なせない形状であることがある。その場合、改質領域１１５を内包する最小直径の外接円を用いて円形に近似し、その外接円の直径により改質領域１１５の大きさを定めるものとする。

したがって、こうして透過性レーザビーム８０の照射により形成されたゲッタリング層１１４では、直径１μｍ以上１０以下の改質領域１１５からなるゲッタリングサイトが径方向に周期的に配列している。上述のとおり、改質領域１１５のそれぞれは、シリコンがアモルファス化した領域と考えられる。

なお、透過性レーザビーム８０の照射出力を１．０μＪ/パルス以上とすることが好ましい。こうすることで、十分なゲッタリング能力を有するゲッタリング層１１４を形成することができる。また、透過性レーザビーム８０の他の照射条件は、多光子吸収過程が生ずる限りは一般的なものとすることができ、例えばビーム径０．５〜２．０μｍ、繰返し周波数１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ程度とすることができる。

＜第２工程＞
レーザゲッタリング法を行う第１工程に続き、第２工程では、支持基板用ウェーハ１１０と、活性層用ウェーハ１２０とを真空常温接合法により貼り合わせる（図１（Ｃ）〜（Ｅ））。具体的には、真空下で支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０の貼り合わせ面１１０Ａ，１２０Ａにイオン化させた中性元素９０を照射して、両方の貼り合わせ面１１０Ａ，１２０Ａを活性化し、活性化面とする。これにより各貼り合わせ面１１０Ａ，１２０Ａにはアモルファス層１４１，１４２が形成され、その表面にはシリコンが本来持っているダングリングボンド（結合の手）が現れる。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、引き続き真空常温下で両方の活性化面１４１Ａ，１４２Ａを接触させると、両活性化面１４１Ａ，１４２Ａ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瞬時に接合力が働き、熱処理等を施すことなく、非結合領域（ボイド）なしに２つのウェーハが強固に接合される。

真空常温接合法における活性化処理の方法としては、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両貼り合わせ面に衝突させて両貼り合わせ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両貼り合わせ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３は、プラズマエッチング法により支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０の両貼り合わせ面を活性化した後、２枚のウェーハを貼り合わせる真空常温接合装置の一例を示している。この真空常温接合装置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にそれぞれ支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０を載置、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、ついで、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（ならびに支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０）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両ウェーハ１１０，１２０に向けて加速、照射することができる。

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）から選択される少なくとも一種とすることが好ましい。

プラズマチャンバ５１内のチャンバ圧力（真空度）は１×１０^−５Ｐａ以下とすることが好ましい。これにより、各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。

支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０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、支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０のそれぞれ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、パルス電圧の周波数を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、支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０のそれぞれ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、安定してイオンをウェーハ１１０，１２０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、支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０のそれぞれを加熱することはないため、その温度は常温（通常、３０℃〜９０℃）となる。

ここで、本実施形態において、第１工程においてレーザゲッタリング法により支持基板用ウェーハ１１０にゲッタリング層１１４を形成し、続く第２工程において、透過性レーザビーム照射を経た側の支持基板用ウェーハ１１０の貼り合わせ面１１０Ａ（すなわち、活性化面１４１Ａ）と、活性層用ウェーハ１２０の貼り合わせ面１２０Ａ（すなわち、活性化面１４２Ａ）とを貼り合わせることの技術的意義について、以下詳細に説明する。

上述のとおり、レーザゲッタリング法により形成される改質領域１１５は、シリコンがアモルファス化した領域と考えられる。改質領域１１５の周囲でも、レーザ照射の影響により、ある程度のダメージを不可避的に受けてしまう。さらに、この改質領域１１５は、デバイス作製プロセス等で行われる熱処理を受けると、結晶回復に伴って改質領域１１５から二次転位が伸展する。まず、本実施形態では、活性層用ウェーハ１２０と、支持基板用ウェーハ１１０とを真空常温接合法により貼り合わせているため、レーザ照射によるダメージが活性層用ウェーハ１２０に及ぶことはない。さらに、本発明者は、アモルファス層１４１，１４２を貼り合わせた後の接合領域１４０は、改質領域１１５からの二次転位が活性層１２５へ伸展することを抑制する機能を有することを見出した。そのため、シリコン接合ウェーハ１００が熱処理を受けた場合、二次転位が改質領域１１５から伸展するものの、二次転位の伸展を支持基板用ウェーハ１１０の内部に留めることができる。したがって、熱処理による二次転位伸展の、活性層１２５への影響はほとんどないものと考えられる。

さらに本発明者は、この接合領域１４０は、支持基板用ウェーハ１１０からの活性層用ウェーハ１２０への酸素拡散を抑制する機能を有することも見出した。そのため、シリコン接合ウェーハ１００は、レーザゲッタリング法により形成したゲッタリング層１１４によるゲッタリング能を有したまま、活性層１２５への結晶性に及ぼす悪影響を極めて有効に抑制できることが実験的に明らかとなった。近年、低酸素濃度の半導体基板材料が求められており、支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０を共に、低酸素濃度のシリコンウェーハとすれば、活性層１２５の酸素濃度を低濃度のままとすることもできる。

なお、このアモルファス層１４１，１４２を貼り合わせた後の接合領域１４０は、重金属を捕獲するゲッタリングサイトとしても機能する。この接合領域１４０は、活性層１２５の直下にあることにより、高いゲッタリング能力を発揮し、活性層１２５の重金属汚染を十分に抑制することもできる。その結果、活性層１２５に作製するデバイスの特性を劣化させることがない点も、好ましい。

ここで、活性化処理は、アモルファス層１４１，１４２の厚みがともに２ｎｍ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１４１，１４２を貼り合わせた後の接合領域１４０は、支持基板用ウェーハ１１０中の不純物が活性層１２５に熱拡散するのをブロックするブロック層として十分に機能することができ、また、アモルファスとゲッタリング能力をより高めることもできる。アモルファス層１４１，１４２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。

また、上述のアモルファス層１４１，１４２の厚みに伴う効果をより確実に得るため、活性化処理は、アモルファス層１４１，１４２の厚みがともに１０ｎｍ以上となるように行うことが好ましい。

＜第３工程＞
真空常温接合法により貼り合わせを行う第２工程に続き、第３工程では、活性層用ウェーハ１２０を薄膜化して、薄膜化後の活性層用ウェーハを活性層１２５とする（図１（Ｆ））。活性層用ウェーハ１２０の薄膜化は、周知の平面研削および鏡面研磨法を好適に用いることができる。また、この薄膜化にあたり、周知のスマートカット法等の他の技術を用いて行ってもよい。

こうして作製されたシリコン接合ウェーハ１００では、真空常温接合法により支持基板用ウェーハ１１０と活性層用ウェーハ１２０とが貼り合わせられているため、改質領域１１５からの二次転位が活性層１２５に伸展することも抑制される。そのため、活性層１２５は活性層用ウェーハ１２０の良好な欠陥状態を引き継ぐことができるため、活性層用ウェーハ１２０として欠陥フリーのシリコンウェーハを用いれば、活性層１２５は当該シリコンウェーハの欠陥フリーの品質を維持することができる。

以上のとおり、本実施形態に従う第１工程〜第３工程を行うことで、透過性レーザビーム８０の照射により形成したゲッタリング層１１４を支持基板用ウェーハ１１０が含み、かつ、欠陥フリーの活性層１２５を有するシリコン接合ウェーハ１００の製造方法を提供することができる。そして、こうして作製したシリコン接合ウェーハ１００は、支持基板用ウェーハ１１０に十分なゲッタリング能力を付与できるとともに、欠陥フリーの活性層１２５を実現することができる。

なお、第２工程において既述のとおり、真空常温接合法により形成される接合領域１４０は、支持基板用ウェーハ１１０からの活性層用ウェーハ１２０への酸素拡散を抑制する機能を有する。そこで、活性層１２５の酸素濃度を低酸素濃度のまま維持する観点では、支持基板用ウェーハ１１０は、酸素濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−１９７９による測定準拠、以下、酸素濃度に関して同様とする。）以下の低酸素領域を含む単結晶シリコンウェーハであることが好ましく、当該低酸素領域が支持基板用ウェーハ１１０の貼り合わせ面１１０Ａ側の表層部に位置することがより好ましい。そして、活性層用ウェーハ１２０も、酸素濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の低酸素領域を含む単結晶シリコンウェーハであることが好ましく、当該低酸素領域が活性層用ウェーハ１２０の貼り合わせ面１２０Ａ側の表層部に位置することがより好ましい。

活性層用ウェーハ１２０の貼り合わせ面１２０Ａ側の表層部は、シリコン接合ウェーハ１００の活性層１２５となる部分であるため、酸素濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の低酸素領域とすることによって、低酸素濃度の活性層１２５を得ることができる。しかも、真空常温接合法で貼り合わせることから、貼り合わせ時に、当該表層部に、活性層用ウェーハ１２０の表層部以外の部分や、支持基板用ウェーハ１１０から酸素が拡散してくることを十分に抑制できる。

さらに、支持基板用ウェーハ１１０の貼り合わせ面１１０Ａ側の表層部を、酸素濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の低酸素領域とすることによって、デバイス作製プロセス時に支持基板からの酸素の拡散を抑制して活性層１２５を低酸素濃度に維持することもできる。しかも、真空常温接合法で貼り合わせることから、この低酸素領域は、貼り合わせ後も低酸素濃度を維持することができる。それゆえ、支持基板用ウェーハ１１０の表層部が、デバイス作製プロセス時の酸素拡散抑制層として機能できる。

なお、この場合、第１工程において、支持基板用ウェーハ１１０の低酸素領域の内部にゲッタリング層１１４を形成することも好ましい。低酸素濃度のシリコンウェーハは、熱処理を受けてもＢＭＤを形成し難いため、ゲッタリング能力が不足することが見込まれる。そこで、低酸素領域にゲッタリングサイトを形成しておくことで、活性層１２５への重金属汚染をより確実に抑制することができる。

（第２実施形態）
図４を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。なお、前述の第１実施形態と同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。以降も、同様に、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。

第２実施形態では、図２（Ａ）に示すように、活性層用ウェーハ１２０として、シリコンウェーハ１２１上に、シリコンエピタキシャル層１２２が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハを用いる。これは、前述した低酸素領域を有する活性層用ウェーハ１２０として、エピタキシャルシリコンウェーハを用いることを意味する。そして、シリコンエピタキシャル層１２２の表面１２２Ａを活性層用ウェーハ１２０の貼り合わせ面１２０Ａとする。その他の工程は、第１実施形態と同様にして、活性層１２５がシリコンエピタキシャル層１２２からなるシリコン接合ウェーハ２００を製造することができる。シリコンエピタキシャル層１２２の酸素濃度は、一般的に、その基板となるバルクのシリコンウェーハ１２１の酸素濃度よりも２桁ほど低く、３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下という検出限界以下の酸素濃度を有するエピタキシャル層を形成することができる。本実施形態により、シリコンエピタキシャル層１２２をシリコン接合ウェーハ２００の活性層１２５として用いることができる。

また、第２実施形態では、第３工程において、シリコンエピタキシャル層１２２と反対の面側から活性層用ウェーハ１２０を薄膜化し、シリコンウェーハ１２１を研削除去することが好ましい。この場合、シリコンウェーハ１２１の研削除去に加えて、シリコンエピタキシャル層１２２を一部研削除去することも好ましい。シリコンエピタキシャル層１２２のシリコンウェーハ１２１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１２１から不純物が拡散する場合があるものの、こうすることで不純物拡散の影響を抑止することができる。

＜エピタキシャルシリコンウェーハ＞
なお、エピタキシャルシリコンウェーハを活性層用ウェーハ１２０として用いる場合、エピタキシャル層の厚さは、活性層１２５の目標厚みを考慮して適宜決定することができるが、活性層の目標厚みよりも厚くすることが好ましい。つまり、エピタキシャル層のシリコンウェーハ界面から所定厚み部分は、エピタキシャル層の形成プロセスにおいてシリコンウェーハからの酸素の拡散の影響が及んでいるが、当該部分を薄膜化工程で除去することで、活性層となるエピタキシャル層を低酸素濃度とすることができるためである。

また、エピタキシャル層は、一般的な条件により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、シリコンエピタキシャル層をエピタキシャル成長させることができる。

＜接合領域でのミスフィット転位形成＞
ところで、支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０を真空常温接合法により貼合せたシリコン接合ウェーハ１００の接合領域１４０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、真空常温接合を行う第２工程において、支持基板用ウェーハ１１０と活性層用ウェーハ１２０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が好ましい。

接合領域１４０はアモルファスであるため、熱処理を受けることにより、徐々に再結晶化が進む。そのため、前述の改質領域１１５からの二次転位伸展の抑制機能が徐々に失われていく虞がある。しかしながら、接合領域１４０にミスフィット転位を形成することで、再結晶化が進んだ後も、接合領域１４０は二次転位伸展の抑制機能を維持することができる。

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、支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０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、支持基板用ウェーハ１１０の切り欠き部が、活性層用ウェーハ１２０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。なお、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。

支持基板用ウェーハ１１０の切り欠き部と、活性層用ウェーハ１２０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、支持基板用ウェーハ１１０と、活性層用ウェーハ１２０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、支持基板用ウェーハ１１０の貼り合わせ１１０Ａの面方位と、活性層用ウェーハ１２０の貼り合わせ１２０Ａの面方位とが互いに異なる場合、両者の貼り合わせ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、支持基板用ウェーハ１１０の貼り合わせ１１０Ａの面方位を（１１１）面とし、活性層用ウェーハ１２０の貼り合わせ１２０Ａ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、両貼り合わせの面方位が互いに異なる場合、支持基板用ウェーハ１１０の切り欠き部と、活性層用ウェーハ１２０の切り欠き部とを一致させて貼合せてもよい。

以下、上述した第１実施形態および第２実施形態に用いることのできる種々のシリコンウェーハについて、より詳細に説明する。

支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０に用いるバルクの単結晶シリコンウェーハとしては、ＦＺシリコンウェーハ、ＣＺシリコンウェーハ、およびアニールウェーハ等を挙げることができる。ＣＺシリコンウェーハについては、表層部が低酸素濃度であることがより好ましい。

＜ＦＺシリコンウェーハ＞
ＦＺシリコンウェーハは、浮遊帯域溶融（Floating Zone：ＦＺ）法で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て得られるウェーハであり、その製造プロセスに酸素供給源がないことから、厚み方向全域にわたる酸素濃度が３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下という検出限界以下のウェーハとなる。そのため、本発明において支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０として用いて好適である。

＜ＣＺシリコンウェーハ＞
また、ＣＺシリコンウェーハは、チョクラルスキー（Czochralski：ＣＺ）法で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て得られるウェーハであり、酸素濃度は１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜１８×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のシリコンウェーハとなる。本発明では、例えば、ＭＣＺ（Magnetic field applied Czochralski）法を用いるなどして製造した、厚み方向全域にわたる酸素濃度が３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下のＣＺシリコンウェーハを、支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０として用いることがより好ましい。

＜アニールウェーハ＞
シリコンウェーハに対して非酸化性雰囲気または還元性雰囲気で熱処理を施して、該シリコンウェーハの表層部の酸素を外方拡散させて当該表層部の酸素濃度を低減させたアニールウェーハを、支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０として用いることも好ましい。図５に、アニールウェーハ６０の模式断面図を示す。本発明に用いる場合、表層部であるＤＺ層６０Ｂは、酸素濃度を３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることができる。これにより、アニールウェーハ６０を支持基板用ウェーハ１０として用いる場合には、デバイス作製プロセス時に活性層１２５への酸素の拡散を抑制する効果を十分に得ることができ、活性層用ウェーハ１２０として用いる場合には、低酸素濃度の活性層１２５を得ることができる。

一方で、アニールウェーハ６０においては、アニール前のシリコンウェーハの酸素濃度、すなわち、アニールウェーハ６０の表層部以外（中心部分６０Ａ）の酸素濃度は、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１６×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることが好ましい。１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の場合、アニール時にスリップが発生する可能性がなく、１６×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３超えの場合、アニール時に形成された酸素析出物の影響が活性層領域にまで達し、デバイス作製プロセス時にフォトリソグラフィ工程を行った場合でもパターン加工異常を発生することがないからである。

アニールウェーハ６０を支持基板用ウェーハ１１０として用いる場合、酸素濃度が３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となるＤＺ層６０Ｂの厚さは、特に限定されないが５〜３０μｍとすることが好ましい。５μｍ以上の場合、デバイス作製プロセス時に活性層１２５への酸素の拡散を抑制する効果を十分に得ることができ、３０μｍ超えの場合、アニール時にスリップが発生しにくく、またアニール時間が長くなって生産性を損なうこともないからである。

一方、アニールウェーハ６０を活性層用ウェーハ１２０として用いる場合、酸素濃度が３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となるＤＺ層の厚さは、活性層１２５の目標厚みを考慮して適宜決定すればよい。

上記のような厚みのＤＺ層を得るための熱処理条件は、アニール前のシリコンウェーハの酸素濃度にも依存するが、例えば、バッチ式熱処理炉を用いて、１２００℃〜１３５０℃の温度範囲で、２時間以上とすることができる。熱処理中のガス雰囲気としては、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気とすることができる。

支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０としては、上記した各種ウェーハの任意の組み合わせで用いることができる。活性層用ウェーハ１２０として、エピタキシャルシリコンウェーハを用いる場合、ベース基板となるバルクのシリコンウェーハ１２１を上記した各種ウェーハとすることも好ましい。

なお、各ウェーハは、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、抵抗率を調整することができる。

＜転位クラスターおよびＣＯＰを含まないシリコンウェーハ＞
また、シリコンウェーハの素材であるＣＺ法による単結晶シリコンインゴットの製造にあっては、育成中の単結晶インゴットが受ける熱履歴によって単結晶内に形成される欠陥分布が異なり、単結晶インゴット内には格子間シリコン起因の転位クラスター、空孔起因の空孔凝集欠陥（ＣＯＰ：Crystal Originated Particle）、転位クラスターやＣＯＰが存在しない無欠陥領域などの結晶領域が形成されることが知られている。本実施形態では、支持基板用ウェーハ１１０および活性層用ウェーハ１２０として、転位クラスターおよび空孔凝集欠陥（ＣＯＰ：Crystal Originated Particle）を含まないシリコンウェーハを用いることも好ましい。特に、薄膜化後に活性層１２５となる活性層用ウェーハ１２０に、転位クラスターおよびＣＯＰを含まないシリコンウェーハを用いることがより好ましい。これにより、転位クラスターおよびＣＯＰを含まない活性層１２５を得ることができ、フォトダイオード形成領域（空間電荷領域）内における暗電流の発生を抑制できる。

ここで、本発明における「ＣＯＰを含まないシリコンウェーハ」とは、以下に説明する観察評価により、ＣＯＰが検出されないシリコンウェーハを意味するものとする。すなわち、まず、ＣＺ法により育成された単結晶シリコンインゴットから切り出し加工されたシリコンウェーハに対して、ＳＣ−１洗浄（すなわち、アンモニア水と過酸化水素水と超純水とを１：１：１５で混合した混合液による洗浄）を行い、洗浄後のシリコンウェーハ表面を、表面欠陥検査装置としてKLA-Tenchor社製：Surfscan SP-2を用いて観察評価し、表面ピットと推定される輝点欠陥（ＬＰＤ：Light Point Defect）を特定する。その際、観察モードはＯｂｌｉｑｕｅモード（斜め入射モード）とし、表面ピットの推定は、Wide Narrowチャンネルの検出サイズ比に基づいて行うものとする。こうして特定されたＬＰＤに対して、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）を用いて、ＣＯＰか否かを評価する。この観察評価により、ＣＯＰが観察されないシリコンウェーハを「ＣＯＰを含まないシリコンウェーハ」とする。

一方、転位クラスターは、過剰な格子間シリコンの凝集体として形成されるサイズの大きな（１０μｍ程度）の欠陥（転位ループ）であり、セコエッチングなどのエッチング処理を施したり、Ｃｕデコレーションして顕在化させることにより、目視レベルで転位クラスターの有無を簡単に確認することができる。

（シリコン接合ウェーハ）
本発明の一実施形態に従うシリコン接合ウェーハ１００は、前述の第１実施形態により作製することができる。すなわち、このシリコン接合ウェーハ１００は、図１（Ｆ）に示すように、単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハ１１０と、単結晶シリコンからなる活性層１２５とが接合されてなる。そして、支持基板用ウェーハ１１０と、活性層１２５とを接合する接合領域１４０はアモルファスであり、支持基板用ウェーハ１１０は、直径１μｍ以上１０以下の改質領域１１５からなるゲッタリングサイトが径方向に周期的に配列したゲッタリング層１１４を含む。このシリコン接合ウェーハ１００は、透過性レーザビーム照射により形成した、十分なゲッタリング能力を有するゲッタリング層１１４を支持基板用ウェーハ１１０が含み、かつ、活性層１２５への透過性レーザビーム照射によるダメージが抑制されている。

このシリコン接合ウェーハ１００において、支持基板用ウェーハ１１０と活性層１２５との接合領域１４０にミスフィット転位が存在することが好ましい。ここで、支持基板用ウェーハ１１０と活性層１２５は、結晶軸方向を示す切り欠き部をそれぞれ有し、活性層１２５の切り欠き部が、支持基板用ウェーハ１１０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。一方、支持基板用ウェーハ１１０の接合面の面方位と、活性層１２５の接合面の面方位とが互いに異なることも好ましい。なお、接合面は、シリコン接合ウェーハ１００の製造方法の実施形態において既述の貼り合せ面に対応する。

また、図４（Ｆ）に示すように、シリコン接合ウェーハ２００において、活性層１２５は、シリコンエピタキシャル層からなることが好ましい。

そして、支持基板用ウェーハ１１０は、酸素濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−１９７９）以下の低酸素領域を含むことが好ましく、支持基板用ウェーハ１１０の低酸素領域内にゲッタリング層１１４が位置することも好ましい。

［実験例１］
（発明例１−１）
図４に示した手順に従って、発明例１−１に係るシリコン接合ウェーハを製造した。まず、支持基板用ウェーハとして、直径：２００ｍｍ、厚み：７２５μｍのｎ型ＣＺシリコンウェーハ（酸素濃度：０．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／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、活性層用ウェーハとして、直径：２００ｍｍ、厚み：７２５μｍのｎ型ＣＺシリコンウェーハ（酸素濃度：０．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／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）上に、厚み８μｍのシリコンエピタキシャル層（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）をエピタキシャル成長させたエピタキシャルシリコンウェーハを用意した。

次に、ビーム波長：１０６４ｎｍ、レーザスポット経：１μｍ、パルスエネルギー：１．５０μＪ／パルス、パルス幅３０ｎｍ、繰り返し周期：１００ｋＨｚの照射条件の下、透過性レーザビームを支持基板用ウェーハに照射し、ゲッタリング層を形成した。なお、焦光点の深さ位置ｄを３０μｍとした。

続いて、支持基板用ウェーハと活性層用ウェーハとを真空常温接合法で貼り合わせた。具体的には、支持基板用ウェーハおよび活性層用ウェーハを、図３に示した真空常温接合装置に導入し、チャンバ内の温度を２５℃、チャンバ内の圧力を１．０×１０^−５Ｐａ未満とした後、Ａｒイオンを加速電圧：６００ｅＶ、周波数：１５０Ｈｚ、パルス幅：５０×１０^−６秒の条件で、各ウェーハの表層部であるエピタキシャル層表面に照射する活性化処理を施して、両表面に各々厚み５ｎｍのアモルファス層を形成した。その後、支持基板用ウェーハと活性層用ウェーハとを、両表面のアモルファス層を介して貼り合わせた。

最後に、活性層用ウェーハの、シリコンエピタキシャル層と反対の面側から研削処理および研磨処理を施して、活性層用ウェーハのうちシリコンウェーハとエピタキシャル層の厚み方向の一部を除去し、活性層としてエピタキシャル層を厚み４μｍ残すように薄膜化し、発明例１−１に係るシリコン接合ウェーハを得た。

（比較例１−１）
発明例１−１の支持基板用ウェーハと同じく、直径：２００ｍｍ、厚み：７２５μｍのｎ型ＣＺシリコンウェーハ（酸素濃度：０．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／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。次いで、発明例１−１と同じ条件で、シリコンウェーハに透過性レーザビームを照射した。さらに、活性層として、厚み４μｍのシリコンエピタキシャル層（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）を形成し、比較例１−１に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。

（比較例１−２）
比較例１−１において、シリコンウェーハに透過性レーザビームを照射しなかった以外は、比較例１−１と同様にして比較例１−２に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。

発明例１−１，比較例１−１，１−２で作製した各サンプルに対して、エピタキシャル欠陥評価、酸素濃度分析、およびゲッタリング能力評価の各評価を実施した。さらに、発明例１−１については、光学顕微鏡による断面写真およびＴＥＭ断面写真を取得した。それぞれの顕微鏡写真を図６（Ａ），（Ｂ）に示す。

＜エピタキシャル欠陥評価＞
各サンプルに対して、Surfscan SP1（KLA-Tencor社製）を用い、Ｎｏｒｍａｌモードにて測定を行い、０．２μｍ以上のサイズの欠陥をＬＰＤとして検出した。結果を表１に示す。

＜酸素濃度分析＞
各サンプルに対して、活性層の深さ方向の酸素濃度分布を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）により測定した。活性層の表面から深さ３μｍの位置での酸素濃度を表１に示す。

＜ゲッタリング能力評価＞
各サンプルの活性層の表面を、Ｎｉ汚染液（１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）を用いてスピンコート法により故意に汚染し、次いで、窒素雰囲気中において８００℃で１時間の熱処理を施した。次いで、ライト液へ３分間浸した後、活性層の表面を光学顕微鏡にて観察し、活性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。結果を表１に示す。

まず、図６（Ａ）から、改質領域の形成と、接合領域がアモルファスであることが確認される。また、この改質領域は、いずれも１μｍ〜８μｍの範囲内にあった。図６（Ｂ）はこの改質層のＴＥＭ断面写真による拡大図に相当し、改質領域がアモルファス化した領域となっていることが示唆される。

表１において、発明例１−１および比較例１−２では、ＬＰＤ個数が数個程度である一方、比較例１−１では、発明例１−１および比較例１−２に比べてＬＰＤ個数が極端に多い。これは、レーザ照射によるダメージがエピタキシャル層にも影響しているからだと考えられる。また、表１において、発明例１−１の酸素濃度は、比較例１−１および比較例１−２に比べて十分に小さい。これは、接合領域が支持基板用ウェーハからの酸素拡散を抑制したからだと考えられる。さらに、表１から、透過性レーザビーム照射をした発明例１−１および比較例１−１では、ゲッタリング能力を有することも確認できる。

以上のことから、本発明の製造条件を満足する発明例１−１であれば、透過性レーザビーム照射により形成したゲッタリング層を支持基板用ウェーハが含み、かつ、活性層への透過性レーザビーム照射によるダメージを抑制したシリコン接合ウェーハを製造できたことが確認できた。一方、比較例１−１では、エピタキシャル欠陥が多数存在するため、当該エピタキシャル層を活性層として用いることはできない。また、比較例１−２では、ゲッタリング能力がない。

［実験例２］
（発明例２−１）
図４に示した手順に従って、発明例２−１に係るシリコン接合ウェーハを製造した。まず、支持基板用ウェーハおよび活性層用ウェーハは、発明例１−１と同様のものを用いた。そして、活性層用ウェーハ上に、厚み１５μｍのシリコンエピタキシャル層（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）をエピタキシャル成長させたエピタキシャルシリコンウェーハを用意した。

次に、焦光点の深さを３μｍとした以外は、発明例１−１と同様にして透過性レーザビームを支持基板用ウェーハに照射し、ゲッタリング層を形成した。

続いて、発明例１−１と同様にして、支持基板用ウェーハと活性層用ウェーハとを真空常温接合法で貼り合わせた。そして、活性層用ウェーハの、シリコンエピタキシャル層と反対の面側から研削処理および研磨処理を施して、活性層用ウェーハのうちシリコンウェーハとエピタキシャル層の厚み方向の一部を除去し、活性層としてエピタキシャル層を厚み１０μｍ残すように薄膜化し、発明例２−１に係るシリコン接合ウェーハを得た。

（比較例２−１）
発明例２−１の支持基板用ウェーハと同じく、直径：２００ｍｍ、厚み：７２５μｍのｎ型ＣＺシリコンウェーハ（酸素濃度：０．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／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。次いで、発明例２−１と同じ条件で、シリコンウェーハに透過性レーザビームを照射した。さらに、活性層として、厚み１０μｍのシリコンエピタキシャル層（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）を形成し、比較例２−１に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。

発明例２−１，比較例２−１で作製した各サンプルに対して、ＣＬ評価、二次転位観察、デバイス特性評価の各評価を実施した。

＜ＣＬ評価＞
各サンプルを斜め研磨加工したサンプルに対して断面方向からＣＬ法（Cathode Luminescence：カソードルミネッセンス）を行い、活性層の厚み（深さ）方向のＣＬスペクトルから、ＴＯ線強度をそれぞれ取得した。なお、ＴＯ線とは、ＣＬ法により観察されるＳｉのバンドギャップに相当するＳｉ元素特有のスペクトルであり、ＴＯ線の強度が強いほど、Ｓｉの結晶性が高いことを意味する。測定条件としては、３３Ｋ下において電子線を２０ｋｅＶで照射した。実施例２−１および比較例２−１の、厚み方向のＣＬ強度の測定結果を図７に示す。なお、エピタキシャル層の最表面におけるＴＯ線強度を１００％としている。

＜二次転位観察＞
各サンプルに対し、１１００℃、８時間の熱処理を施した。これは、デバイス作製プロセスを模擬した熱処理に相当する。改質領域からの、熱処理後の二次転位伸展量をＴＥＭ断面図から測定した。結果を表２に示す。

＜デバイス特性評価＞
各サンプルから、ｐｎ接合ダイオードを作製し、それぞれのｐｎ接合ダイオードのリーク電流値を測定した。結果を表２に示す。

まず、図７から、比較例２−１では、エピタキシャル層の支持基板側では、ＴＯ線強度の低下が見られた。これは、透過性レーザビームの透過領域に生じた欠陥の影響であると考えられる。一方、発明例２−１では真空常温接合法により活性層を形成しているため、透過性レーザビームの透過領域に生じた欠陥の影響は認められない。なお、透過性レーザビームの焦光点位置であるウェーハ表面からの深さ１３μｍの位置において、比較例２−１の方が発明例２−１に比べてＴＯ線強度が高い。これは、エピタキシャル層成長時の熱処理により、改質領域が一部結晶回復したためだと考えられる。

次に、表２から、二次転位伸展量に関し、発明例２−１では２．４μｍ以下であり、これは、活性層まで二次転位が伸展していないことを意味する。一方、比較例２−１では７．２μｍであるため、比較例２−１の場合、デバイス作製プロセス中に活性層に二次転位が伸展してしまうことが確認される。また、発明例２−１の方が、比較例２−１に比べてリーク電流が極めて小さいため、発明例２−１に係るシリコン接合ウェーハは、高性能半導体デバイスに供して好適である。

［参考実験例］
発明例１−１と同じ条件で、参考例１に係るシリコン接合ウェーハを作製した。このサンプルに対して、１１００℃、２時間の熱処理を施した。そして、実験例１と同様に、光学顕微鏡による断面写真およびＴＥＭ断面写真を取得した。それぞれの顕微鏡写真を図８（Ａ），（Ｂ）に示す。なお、図８（Ａ）では、接合領域の位置を鮮明にするため、二点鎖線を付している。

図６（Ａ）と図８（Ａ）とを比較すると、改質領域が結晶回復したことが確認される。さらに、図６（Ｂ）と図８（Ｂ）とを比較すると、改質領域が結晶回復することに伴い、二次転位が伸展することも確認される。

本発明によれば、透過性レーザビーム照射により形成したゲッタリング層を支持基板用ウェーハが含み、かつ、活性層への透過性レーザビーム照射によるダメージを抑制したシリコン接合ウェーハの製造方法およびそれにより製造されたシリコン接合ウェーハを提供することができる。

１００，２００ シリコン接合ウェーハ
１１０ 支持基板用ウェーハ
１１４ ゲッタリング層
１１５ 改質領域
１２０ 活性層用ウェーハ
１２１ シリコンウェーハ
１２２ シリコンエピタキシャル層
１２５ 活性層
１４０ 接合領域
１４１，１４２ 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
６０ アニールウェーハ
６０Ａ 中心部分
６０Ｂ ＤＺ層（第１低酸素領域または第２低酸素領域）
８０ 透過性レーザビーム
９０ 中性元素

Claims (19)

1. 単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハと、単結晶シリコンからなる活性層とが接合されたシリコン接合ウェーハの製造方法であって、
   単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハの片方の面側から透過性レーザビームを照射して多光子吸収過程を生じさせ、前記支持基板用ウェーハの内部にゲッタリング層を形成する第１工程と、
   単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハの前記片方の面および前記活性層用ウェーハの片方の面に、真空常温下で、イオン化させた中性元素を照射する活性化処理をして、両方の前記片方の面を活性化面とした後に、引き続き真空常温下で両方の前記活性化面を接触させることで、前記支持基板用ウェーハと前記活性層用ウェーハとを貼り合わせる第２工程と、
   前記活性層用ウェーハを薄膜化して、薄膜化後の前記活性層用ウェーハを活性層とする第３工程と、
   を有することを特徴とするシリコン接合ウェーハの製造方法。
2. 前記第１工程において用いる前記透過性レーザビームの出力が４．０μＪ／パルス以下である、請求項１に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。
3. 前記第２工程において、前記支持基板用ウェーハと前記活性層用ウェーハとの接合領域にミスフィット転位が形成されるよう貼り合わせる、請求項１または２に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。
4. 前記支持基板用ウェーハおよび前記活性層用ウェーハは、結晶軸方向を示す切り欠き部をそれぞれ有し、
   前記第２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貼り合わせる、請求項３に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。
5. 前記支持基板用ウェーハの前記片方の面の面方位と、前記活性層用ウェーハの前記片方の面の面方位とが互いに異なる、請求項３に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。
6. 前記活性層用ウェーハは、シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハであり、
   該シリコンエピタキシャル層の表面を前記活性層用ウェーハの前記片方の面とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。
7. 前記第３工程において、前記シリコンエピタキシャル層と反対の面側から前記活性層用ウェーハを薄膜化し、前記シリコンウェーハを研削除去する、請求項６に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。
8. 前記支持基板用ウェーハは、酸素濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−１９７９）以下の低酸素領域を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。
9. 前記第３工程において、前記支持基板用ウェーハの前記低酸素領域の内部に前記ゲッタリング層を形成する、請求項８に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。
10. 前記中性元素が、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一種である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。
11. 前記第２工程における前記活性化処理は、前記両方の片方の面に厚み２ｎｍ以上のアモルファス層が形成されるように行う、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。
12. 前記第２工程における前記活性化処理は、前記両方の片方の面に厚み１０ｎｍ以上のアモルファス層が形成されるように行う、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシリコン接合ウェーハの製造方法。
13. 単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハと、単結晶シリコンからなる活性層とが接合されたシリコン接合ウェーハであって、
    前記支持基板用ウェーハと、前記活性層とを接合する接合領域はアモルファスであり、
    前記支持基板用ウェーハは、直径１μｍ以上１０μｍ以下の改質領域からなるゲッタリングサイトが径方向に周期的に配列したゲッタリング層を含むことを特徴とするシリコン接合ウェーハ。
14. 前記支持基板用ウェーハと前記活性層との接合領域にミスフィット転位が存在する、請求項１３に記載のシリコン接合ウェーハ。
15. 前記支持基板用ウェーハと前記活性層は、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１４に記載のシリコン接合ウェーハ。
16. 前記支持基板用ウェーハの接合面の面方位と、前記活性層の接合面の面方位とが互いに異なる、請求項１４に記載のシリコン接合ウェーハ。
17. 前記活性層は、シリコンエピタキシャル層からなる、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載のシリコン接合ウェーハ。
18. 前記支持基板用ウェーハは、酸素濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−１９７９）以下の低酸素領域を含む、請求項１３〜１７のいずれか一項に記載のシリコン接合ウェーハ。
19. 前記支持基板用ウェーハの前記低酸素領域内に前記ゲッタリング層が位置する、請求項１８に記載のシリコン接合ウェーハ。