JP6265291B2 - Bonded wafer manufacturing method and bonded wafer - Google Patents

Bonded wafer manufacturing method and bonded wafer Download PDF

Info

Publication number
JP6265291B2
JP6265291B2 JP2017063647A JP2017063647A JP6265291B2 JP 6265291 B2 JP6265291 B2 JP 6265291B2 JP 2017063647 A JP2017063647 A JP 2017063647A JP 2017063647 A JP2017063647 A JP 2017063647A JP 6265291 B2 JP6265291 B2 JP 6265291B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wafer
cluster
active layer
silicon
bonded
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017063647A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017143292A (en
Inventor
武 門野
武 門野
栗田　一成
一成 栗田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumco Corp
Original Assignee
Sumco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumco Corp filed Critical Sumco Corp
Priority to JP2017063647A priority Critical patent/JP6265291B2/en
Publication of JP2017143292A publication Critical patent/JP2017143292A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6265291B2 publication Critical patent/JP6265291B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

本発明は貼り合わせウェーハの製造方法および貼り合わせウェーハに関し、特に、より高いゲッタリング能力を発揮することで金属汚染を抑制することが可能な貼り合わせウェーハを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a bonded wafer and a bonded wafer, and more particularly to a method for manufacturing a bonded wafer capable of suppressing metal contamination by exhibiting higher gettering ability.

近年、高集積ＣＭＯＳ素子や高耐圧素子、さらにはイメージセンサ分野において、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を有するＳＯＩウェーハが注目されている。このＳＯＩウェーハは、支持基板上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の絶縁膜、およびデバイス活性層として使用される単結晶シリコン層が順次形成された構造を有しており、通常のシリコン基板を用いた場合に、素子と基板との間に発生していた寄生容量が低減されるため、デバイスの高速化、高耐圧化、低消費電力化等を実現することができる。 In recent years, SOI wafers having an SOI (Silicon on Insulator) structure are attracting attention in the field of highly integrated CMOS devices, high voltage devices, and image sensors. This SOI wafer has a structure in which an insulating film such as silicon oxide (SiO 2 ) and a single crystal silicon layer used as a device active layer are sequentially formed on a support substrate. When used, the parasitic capacitance generated between the element and the substrate is reduced, so that the device can be increased in speed, increased in breakdown voltage, reduced in power consumption, and the like.

こうしたＳＯＩウェーハを製造する方法の代表的なものの１つに貼り合わせ法がある。この貼り合わせ法は、支持基板用ウェーハおよび活性層用ウェーハの少なくとも一方に絶縁膜を形成し、次いで、これらのウェーハを絶縁膜を介して貼り合わせた後、１２００℃程度の高温にて熱処理を施すことによりＳＯＩウェーハを製造する方法である（以下、貼り合わせ法により製造されたＳＯＩウェーハを「貼り合わせウェーハ」と称する）。   One of typical methods for manufacturing such an SOI wafer is a bonding method. In this bonding method, an insulating film is formed on at least one of a support substrate wafer and an active layer wafer, and then these wafers are bonded together via an insulating film, and then heat treatment is performed at a high temperature of about 1200 ° C. This is a method for manufacturing an SOI wafer (hereinafter, an SOI wafer manufactured by a bonding method is referred to as a “bonded wafer”).

こうして得られる貼り合わせウェーハは、電気的特性の観点や、均質なシリコン層を形成できる等のメリットを有する一方で、金属汚染に対しては、構造的なデメリットを有している。すなわち、多くの金属不純物の拡散係数は、シリコン中よりも酸化シリコン膜中の方が小さい。従って、活性層用ウェーハの表面側から金属不純物が侵入する場合、金属不純物が酸化シリコン層を通過しにくいため、活性層用ウェーハ中に蓄積されることになる。   The bonded wafer thus obtained has advantages in terms of electrical characteristics and the ability to form a homogeneous silicon layer, while having structural demerits against metal contamination. That is, the diffusion coefficient of many metal impurities is smaller in the silicon oxide film than in silicon. Therefore, when metal impurities enter from the surface side of the active layer wafer, the metal impurities are difficult to pass through the silicon oxide layer, and thus accumulate in the active layer wafer.

この問題に対して、貼り合わせウェーハのゲッタリング能力を向上させる幾つかの技術が提案されている。例えば、特許文献１には、支持基板用ウェーハまたは活性層用ウェーハのいずれか一方の表面から、シリコン中において電気的に不活性な中性元素をイオン注入してイオン注入ダメージ層を形成することにより、リーク電流の発生や絶縁膜耐圧の劣化等を抑制しつつ、十分なゲッタリング能力を有する貼り合わせウェーハの製造方法について記載されている。   In response to this problem, several techniques for improving the gettering capability of the bonded wafer have been proposed. For example, in Patent Document 1, an ion-implanted damage layer is formed by ion-implanting a neutral element that is electrically inactive in silicon from the surface of either a support substrate wafer or an active layer wafer. Thus, a method for manufacturing a bonded wafer having sufficient gettering capability while suppressing generation of leakage current, deterioration of breakdown voltage of an insulating film, and the like is described.

また、特許文献２には、支持基板用ウェーハ上に単結晶シリコン層と、酸素、炭素、窒素のうち、少なくとも酸素を含むシリコンからなるゲッタリング層とを順次形成するとともに、単結晶シリコンからなる活性層用ウェーハの表面にシリコン絶縁膜からなる絶縁層を形成し、支持基板用ウェーハ上のゲッタリング層の表面と、活性層用ウェーハにおける絶縁層の表面とを貼り合わせることにより、高いゲッタリング能力を有する貼り合わせウェーハを製造する方法について記載されている。   Further, in Patent Document 2, a single crystal silicon layer and a gettering layer made of silicon containing at least oxygen among oxygen, carbon, and nitrogen are sequentially formed on the support substrate wafer, and made of single crystal silicon. High gettering is achieved by forming an insulating layer made of a silicon insulating film on the surface of the active layer wafer and bonding the surface of the gettering layer on the wafer for the support substrate and the surface of the insulating layer on the wafer for the active layer together. A method for producing a bonded wafer having the capability is described.

特開２００７−３１８１０２JP2007-318102A 特開２０１０−２５８０８３JP2010-258083

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載された技術では、金属不純物に対するゲッタリング能力が依然として不十分であることが判明した。すなわち、特許文献１および特許文献２に記載された技術は、いずれもモノマーイオン（シングルイオン）をシリコンウェーハに注入するものである。しかしながら、本発明者らの検討によれば、モノマーイオン注入を施した貼り合わせウェーハは、ゲッタリング能力が十分ではなく、金属汚染の低減効果が低いため、より高いゲッタリング能力を有する貼り合わせウェーハを製造する方法の確立が希求されていた。   However, it has been found that the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 still have insufficient gettering ability for metal impurities. That is, the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 both inject monomer ions (single ions) into a silicon wafer. However, according to the study by the present inventors, the bonded wafer subjected to the monomer ion implantation has insufficient gettering ability and has a low effect of reducing metal contamination, so that the bonded wafer has higher gettering ability. There was a need to establish a method for producing the above.

そこで本発明の目的は、より高いゲッタリング能力を発揮することで金属汚染を抑制することが可能な貼り合わせウェーハおよびその製造方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a bonded wafer capable of suppressing metal contamination by exhibiting higher gettering ability and a method for manufacturing the same.

本発明者らの更なる検討によれば、シリコンウェーハにクラスターイオンを照射することにより、モノマーイオンを注入する場合に比べて、以下の有利な点があることを知見した。すなわち、クラスターイオンを照射した場合、モノマーイオンと同等の加速電圧で照射しても、１原子または１分子あたりのエネルギーは、モノマーイオンの場合より小さくしてシリコンウェーハに衝突するため、照射した元素の深さ方向プロファイルのピーク濃度を高濃度とすることができる。その結果、ゲッタリング能力が向上することを知見し、本発明を完成させるに至った。   According to further studies by the present inventors, it has been found that there are the following advantages compared with the case of injecting monomer ions by irradiating the silicon wafer with cluster ions. That is, when irradiating with cluster ions, even when irradiating at an acceleration voltage equivalent to that of monomer ions, the energy per atom or molecule collides with the silicon wafer with a smaller energy than in the case of monomer ions. The peak concentration of the profile in the depth direction can be made high. As a result, the inventors have found that the gettering ability is improved, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の貼り合わせ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ウェーハおよび支持基板用ウェーハのうち、少なくとも前記活性層用ウェーハの表面にクラスターイオンを照射して、照射されたウェーハの表面に、前記クラスターイオンの構成元素が固溶してなる改質層を形成するクラスターイオン照射工程と、前記活性層用ウェーハおよび前記支持基板用ウェーハの少なくとも一方の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記活性層用ウェーハの前記改質層側表面を前記絶縁膜を介して前記支持基板用ウェーハと貼り合わせる貼り合わせ工程とを有することを特徴とするものである。   That is, in the method for producing a bonded wafer according to the present invention, at least the surface of the active layer wafer among the active layer wafer and the support substrate wafer made of silicon single crystal is irradiated with cluster ions and irradiated. A cluster ion irradiation step for forming a modified layer in which the constituent elements of the cluster ions are dissolved in the surface of the substrate, and an insulating film is formed on at least one surface of the wafer for active layer and the wafer for support substrate It comprises an insulating film forming step and a bonding step of bonding the modified layer side surface of the active layer wafer to the support substrate wafer via the insulating film.

ここで、前記活性層用ウェーハが、シリコンウェーハの表面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としてもよく、この場合、前記クラスターイオン照射工程において前記改質層は前記シリコンエピタキシャル層の表面に形成される。   Here, the active layer wafer may be an epitaxial silicon wafer in which a silicon epitaxial layer is formed on the surface of a silicon wafer. In this case, the modified layer is formed on the surface of the silicon epitaxial layer in the cluster ion irradiation step. It is formed.

また、前記クラスターイオンが、構成元素として炭素を含むことが好ましく、構成元素として炭素を含む２種以上の元素を含むことがより好ましい。また、前記クラスターイオンが、さらにドーパント元素を含み、該ドーパント元素がホウ素、リン、ヒ素およびアンチモンからなる群から選ばれた１以上の元素とすることもできる。   The cluster ions preferably contain carbon as a constituent element, and more preferably contain two or more elements containing carbon as a constituent element. The cluster ion may further contain a dopant element, and the dopant element may be one or more elements selected from the group consisting of boron, phosphorus, arsenic, and antimony.

さらに、前記クラスターイオン照射工程は、炭素１原子あたりの加速電圧が５０ｋｅＶ／ａｔｏｍ以下、クラスターサイズが２個以上、炭素のドーズ量が２×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上の条件で行うことが好ましい。 Further, the cluster ion irradiation step is preferably performed under the conditions that the acceleration voltage per carbon atom is 50 keV / atom or less, the cluster size is 2 or more, and the carbon dose is 2 × 10 13 atoms / cm 2 or more. .

さらにまた、前記クラスター照射工程を前記活性層用ウェーハおよび前記支持基板用ウェーハの双方に行うことが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the cluster irradiation step is performed on both the active layer wafer and the support substrate wafer.

さらにまた、前記貼り合わせ工程の後に、前記活性層用ウェーハと前記支持基板用ウェーハとの結合を強化するための熱処理を行うこともできる。   Furthermore, after the bonding step, heat treatment for strengthening the bond between the active layer wafer and the support substrate wafer can be performed.

次に、本発明の貼り合わせウェーハは、シリコン単結晶からなる支持基板用ウェーハと、該支持基板用ウェーハ上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された、シリコン単結晶からなる活性層用ウェーハとを有する貼り合わせウェーハにおいて、前記絶縁膜と前記活性層用ウェーハとの間に、前記活性層用ウェーハに所定元素が固溶してなる改質層を備え、該改質層における前記所定元素の深さ方向の濃度プロファイルの半値幅が１００ｎｍ以下であることを特徴とするものである。   Next, the bonded wafer of the present invention comprises a support substrate wafer made of silicon single crystal, an insulating film formed on the support substrate wafer, and a silicon single crystal formed on the insulating film. In a bonded wafer having an active layer wafer, a modified layer formed by dissolving a predetermined element in the active layer wafer is provided between the insulating film and the active layer wafer. The half width of the concentration profile in the depth direction of the predetermined element is 100 nm or less.

ここで、前記改質層における前記所定元素のピーク濃度が、１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましい。 Here, it is preferable that the peak concentration of the predetermined element in the modified layer is 1.0 × 10 17 atoms / cm 3 or more.

また、前記活性層用ウェーハが、シリコンウェーハの表面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としてもよく、この場合、前記改質層は前記シリコンエピタキシャル層の表面に位置する。   The active layer wafer may be an epitaxial silicon wafer in which a silicon epitaxial layer is formed on the surface of a silicon wafer. In this case, the modified layer is located on the surface of the silicon epitaxial layer.

さらに、前記所定元素が炭素を含むことが好ましく、炭素を含む２種以上の元素を含むことがより好ましい。また、所定元素がドーパント元素を含み、該ドーパント元素がホウ素、リン、ヒ素およびアンチモンからなる群から選ばれた１以上の元素とすることもできる。   Furthermore, the predetermined element preferably includes carbon, and more preferably includes two or more elements including carbon. The predetermined element may include a dopant element, and the dopant element may be one or more elements selected from the group consisting of boron, phosphorus, arsenic, and antimony.

さらにまた、前記支持基板用ウェーハと前記絶縁膜との間に、前記支持基板用ウェーハに前記所定元素が固溶してなる改質層をさらに備えることが好ましい。   Furthermore, it is preferable to further include a modified layer formed by dissolving the predetermined element in the support substrate wafer between the support substrate wafer and the insulating film.

本発明によれば、少なくとも活性層用ウェーハにクラスターイオンを照射して、照射されたウェーハの表面にクラスターイオンの構成元素を固溶してなる改質層を形成したので、より高いゲッタリング能力を発揮することで金属汚染を抑制することが可能な貼り合わせウェーハを製造することができる。   According to the present invention, at least the active layer wafer is irradiated with the cluster ions, and the modified layer formed by dissolving the constituent elements of the cluster ions on the surface of the irradiated wafer is formed. By exhibiting the above, a bonded wafer capable of suppressing metal contamination can be manufactured.

本発明の第１実施形態による貼り合わせウェーハ１００の製造方法を説明する摸式断面図である。It is a model cross section explaining the manufacturing method of the bonded wafer 100 by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態による貼り合わせウェーハ２００の製造方法を説明する摸式断面図である。It is a model cross section explaining the manufacturing method of the bonded wafer 200 by 2nd Embodiment of this invention. （Ａ）はクラスターイオンを照射する場合の照射メカニズムを説明する模式図、（Ｂ）はモノマーイオンを注入する場合の注入メカニズムを説明する模式図である。(A) is a schematic diagram explaining the irradiation mechanism in the case of irradiating cluster ions, (B) is a schematic diagram explaining the injection mechanism in the case of injecting monomer ions. 本発明例１および比較例１について、活性層用ウェーハの表面からの深さに対する炭素濃度の分布を表すグラフである。It is a graph showing distribution of the carbon concentration with respect to the depth from the surface of the wafer for active layers about this invention example 1 and the comparative example 1. FIG. 本発明例１および比較例１について、Ｎｉのゲッタリング能力を比較したグラフである。It is the graph which compared the gettering ability of Ni about this invention example 1 and the comparative example 1. FIG.

以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。なお、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。本発明の第１実施形態による貼り合わせウェーハの製造方法は、図１に示すように、シリコン単結晶からなる活性層用ウェーハ１１および支持基板用ウェーハ１２のうち（図１（Ａ））、少なくとも活性層用ウェーハ１１の表面１１Ａにクラスターイオン１５を照射して（図１（Ｂ））、照射されたウェーハの表面に、クラスターイオン１５の構成元素が固溶してなる改質層１６を形成するクラスターイオン照射工程と（図１（Ｃ））、活性層用ウェーハ１１および支持基板用ウェーハ１２の少なくとも一方の表面に絶縁膜１７を形成する絶縁膜形成工程と（図１（Ｄ））、活性層用ウェーハ１１の改質層１６側表面を絶縁膜１７を介して支持基板用ウェーハ１２と貼り合わせる貼り合わせ工程とを有することを特徴とする（図１（Ｅ））。図１（Ｅ）は、この製造方法の結果得られた貼り合わせウェーハ１００の模式断面図である。以下、各工程を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In principle, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The method for manufacturing a bonded wafer according to the first embodiment of the present invention includes, as shown in FIG. 1, at least one of an active layer wafer 11 and a support substrate wafer 12 made of silicon single crystal (FIG. 1A). The surface 11A of the active layer wafer 11 is irradiated with the cluster ions 15 (FIG. 1B), and the modified layer 16 in which the constituent elements of the cluster ions 15 are dissolved is formed on the surface of the irradiated wafer. A cluster ion irradiation step (FIG. 1 (C)), an insulating film forming step for forming an insulating film 17 on at least one surface of the active layer wafer 11 and the support substrate wafer 12 (FIG. 1 (D)), And a bonding step of bonding the surface of the modified layer 16 side of the active layer wafer 11 to the support substrate wafer 12 through the insulating film 17 (FIG. 1E). FIG. 1E is a schematic cross-sectional view of a bonded wafer 100 obtained as a result of this manufacturing method. Hereafter, each process is demonstrated concretely.

まず、活性層用ウェーハ１１および支持基板用ウェーハ１２を用意し、これらのウェーハのうち、少なくとも活性層用ウェーハの表面１１Ａにクラスターイオン１５を照射する。これにより、照射されたウェーハの表面１１Ａに、前記クラスターイオン１５の構成元素が固溶してなる改質層１６が形成される。なお、図１においては、活性層用ウェーハ１１のみにクラスターイオン１５の照射を行っている。   First, an active layer wafer 11 and a support substrate wafer 12 are prepared, and at least the surface 11A of the active layer wafer among these wafers is irradiated with cluster ions 15. As a result, a modified layer 16 in which the constituent elements of the cluster ions 15 are dissolved is formed on the surface 11A of the irradiated wafer. In FIG. 1, only the active layer wafer 11 is irradiated with the cluster ions 15.

活性層用ウェーハ１１は、デバイス活性層として利用されるウェーハであり、この活性層用ウェーハ１１として、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、より高いゲッタリング能力を得るために、炭素および／または窒素を添加してもよい。さらに、任意の不純物を添加して、ｎ型またはｐ型としてもよい。   The active layer wafer 11 is a wafer used as a device active layer, and a single crystal silicon wafer made of silicon single crystal is used as the active layer wafer 11. As the single crystal silicon wafer, one obtained by slicing a single crystal silicon ingot grown by the Czochralski method (CZ method) or the floating zone melting method (FZ method) with a wire saw or the like can be used. Also, carbon and / or nitrogen may be added to obtain higher gettering ability. Further, an arbitrary impurity may be added to obtain n-type or p-type.

支持基板用ウェーハ１２としては、活性層用ウェーハ１１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。   As the support substrate wafer 12, similarly to the active layer wafer 11, it is desirable to use a single crystal silicon wafer made of silicon single crystal.

また、活性層用ウェーハ１１としては、図２（Ａ）に示すように、バルクシリコンウェーハ１３の表面にシリコンエピタキシャル層１４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とができる。シリコンエピタキシャル層１４は、ＣＶＤ法により一般的な条件で形成することができる。シリコンエピタキシャル層１４は、厚さが０．１〜１０μｍの範囲内とすることが好ましく、０．２〜５μｍの範囲内とすることがより好ましい。   As the active layer wafer 11, an epitaxial silicon wafer in which a silicon epitaxial layer 14 is formed on the surface of a bulk silicon wafer 13 can be used as shown in FIG. The silicon epitaxial layer 14 can be formed under general conditions by a CVD method. The silicon epitaxial layer 14 preferably has a thickness in the range of 0.1 to 10 μm, and more preferably in the range of 0.2 to 5 μm.

この例として、本発明の第２実施形態による貼り合わせウェーハ２００の製造方法は、図２に示すように、バルクシリコンウェーハ１３の表面（少なくとも片面）にシリコンエピタキシャル層１４が形成された活性層用ウェーハ１１にクラスターイオン１５を照射して（図２（Ａ），（Ｂ））、活性層用ウェーハ１１の表面１１Ａ（本実施形態ではシリコンエピタキシャル層１４の表面）に、クラスターイオン１５の構成元素が固溶してなる改質層１６を形成するクラスターイオン照射工程と（図２（Ｃ））、活性層用ウェーハ１１および支持基板用ウェーハ１２の少なくとも一方の表面に絶縁膜１７を形成する絶縁膜形成工程と（図２（Ｄ））、活性層用ウェーハ１１の改質層１６側表面を絶縁膜１７を介して支持基板用ウェーハ１２と貼り合わせる貼り合わせ工程とを有することを特徴とする。図２（Ｅ）は、この製造方法の結果得られた貼り合わせウェーハ２００の模式断面図である。   As an example, the method for manufacturing a bonded wafer 200 according to the second embodiment of the present invention is for an active layer in which a silicon epitaxial layer 14 is formed on the surface (at least one side) of a bulk silicon wafer 13 as shown in FIG. The cluster ions 15 are irradiated to the wafer 11 (FIGS. 2A and 2B), and the constituent elements of the cluster ions 15 are applied to the surface 11A of the active layer wafer 11 (the surface of the silicon epitaxial layer 14 in this embodiment). A cluster ion irradiation step for forming a modified layer 16 formed by solid solution (FIG. 2C), and an insulation for forming an insulating film 17 on at least one surface of the active layer wafer 11 and the support substrate wafer 12 In the film forming step (FIG. 2D), the surface of the active layer wafer 11 on the modified layer 16 side is pasted to the support substrate wafer 12 via the insulating film 17. And having a bonding process combining. FIG. 2E is a schematic cross-sectional view of a bonded wafer 200 obtained as a result of this manufacturing method.

ここで、本発明の特徴的工程であるクラスターイオン照射工程について、この工程を採用することの技術的意義を、作用効果とともに説明する。クラスターイオン１５を照射した結果形成される改質層１６は、クラスターイオン１５の構成元素が、活性層用ウェーハ１１（および支持基板用ウェーハ１２）としてのシリコンウェーハの表面の結晶の格子間位置または置換位置に固溶して局所的に存在する領域であり、ゲッタリングサイトとして働く。その理由は、以下のように推測される。すなわち、クラスターイオンの形態で照射された炭素やホウ素などの元素は、単結晶シリコンの置換位置・格子間位置に高密度で局在する。そして、単結晶シリコンの平衡濃度以上にまで炭素やホウ素などを固溶させると、重金属の固溶度（遷移金属の飽和溶解度）が極めて増加することが実験的に確認された。つまり、平衡濃度以上にまで固溶した炭素やホウ素などにより重金属の固溶度が増加し、これにより重金属に対する捕獲率が顕著に増加したものと考えられる。   Here, regarding the cluster ion irradiation process which is a characteristic process of the present invention, the technical significance of adopting this process will be described together with the effects. The modified layer 16 formed as a result of the irradiation of the cluster ions 15 is such that the constituent elements of the cluster ions 15 are interstitial positions of crystals on the surface of the silicon wafer as the active layer wafer 11 (and the support substrate wafer 12) or This is a region that exists locally as a solution at the substitution position, and serves as a gettering site. The reason is presumed as follows. That is, elements such as carbon and boron irradiated in the form of cluster ions are localized at a high density at the substitution positions and interstitial positions of single crystal silicon. It was experimentally confirmed that the solid solubility of heavy metals (saturated solubility of transition metals) greatly increases when carbon, boron, or the like is dissolved to a level higher than the equilibrium concentration of single crystal silicon. That is, it is considered that the solid solubility of heavy metals is increased by carbon, boron, or the like dissolved to an equilibrium concentration or higher, and the capture rate for heavy metals is thereby significantly increased.

こうして、本発明ではクラスターイオン１５を照射するため、モノマーイオンを注入する場合に比べて、より高いゲッタリング能力を得ることができる。なお、本明細書において「クラスターイオン」とは、原子または分子が複数集合して塊となったクラスターに正電荷または負電荷を与え、イオン化したものを意味する。クラスターは、複数（通常２〜２０００個程度）の原子または分子が互いに結合した塊状の集団である。   Thus, in the present invention, since the cluster ions 15 are irradiated, higher gettering ability can be obtained as compared with the case of injecting monomer ions. In the present specification, the “cluster ion” means an ionized product in which a plurality of atoms or molecules are aggregated to give a cluster having a lump to give a positive charge or a negative charge. A cluster is a massive group in which a plurality (usually about 2 to 2000) of atoms or molecules are bonded to each other.

本発明者らは、このような効果が得られる作用を以下のように考えている。   The inventors of the present invention consider an operation that can obtain such an effect as follows.

シリコンウェーハに、例えば炭素のモノマーイオンを注入する場合、図３（Ｂ）に示すように、モノマーイオンは、シリコンウェーハを構成するシリコン原子を弾き飛ばし、シリコンウェーハ中の所定深さ位置に注入される。注入深さは、注入イオンの構成元素の種類およびイオンの加速電圧に依存する。この場合、シリコンウェーハの深さ方向における炭素の濃度プロファイルは、比較的ブロードになり、注入された炭素の存在領域は概ね０．５〜１μｍ程度となる。複数種のイオンを同一エネルギーで同時照射した場合には、軽い元素ほど深く注入され、すなわち、それぞれの元素の質量に応じた異なる位置に注入されるため、注入元素の濃度プロファイルはよりブロードになる。   For example, when carbon monomer ions are implanted into a silicon wafer, as shown in FIG. 3B, the monomer ions are blown off silicon atoms constituting the silicon wafer and implanted at a predetermined depth in the silicon wafer. The The implantation depth depends on the type of constituent elements of the implanted ions and the acceleration voltage of the ions. In this case, the concentration profile of carbon in the depth direction of the silicon wafer is relatively broad, and the region where the implanted carbon is present is approximately 0.5 to 1 μm. When multiple types of ions are simultaneously irradiated with the same energy, lighter elements are implanted deeper, that is, implanted at different positions according to the mass of each element, so the concentration profile of the implanted elements becomes broader. .

また、貼り合わせＳＯＩウェーハの製造にあっては、後述するように、活性層用ウェーハ１１と支持基板用ウェーハ１２とを絶縁膜を介して貼り合わせた後に、両ウェーハ間の結合を強化する結合強化熱処理を行うことができるが、貼り合わせられるウェーハ表面の結晶性が乱れていると、両ウェーハの結合力が低下するおそれがある。ところが、モノマーイオンは一般的に１５０〜２０００ｋｅＶ程度の加速電圧で注入するが、各イオンがそのエネルギーをもってシリコン原子と衝突するため、モノマーイオンが注入されたシリコンウェーハ表面部の結晶性が乱れる。また、加速電圧が大きいほど、結晶性が大きく乱れる。そのため、イオン注入後に乱れた結晶性を回復させるための熱処理（回復熱処理）が必要であり、回復熱処理を高温かつ長時間で行う必要がある。   Further, in the manufacture of bonded SOI wafers, as will be described later, after bonding the active layer wafer 11 and the support substrate wafer 12 via an insulating film, the bond that strengthens the bond between the two wafers. Although a tempering heat treatment can be performed, if the crystallinity of the wafer surfaces to be bonded is disturbed, the bonding strength between the two wafers may be reduced. However, monomer ions are generally implanted at an acceleration voltage of about 150 to 2000 keV, but each ion collides with silicon atoms with its energy, so that the crystallinity of the surface portion of the silicon wafer into which the monomer ions are implanted is disturbed. Also, the higher the acceleration voltage, the more the crystallinity is disturbed. Therefore, a heat treatment (recovery heat treatment) for recovering the disordered crystallinity after ion implantation is required, and the recovery heat treatment needs to be performed at a high temperature for a long time.

一方、シリコンウェーハに、例えば炭素とホウ素からなるクラスターイオン１５を照射する場合、図３（Ａ）に示すように、クラスターイオン１５は、シリコンウェーハに照射されるとそのエネルギーで瞬間的に１３５０〜１４００℃程度の高温状態となり、シリコンが融解する。その後、シリコンは急速に冷却され、シリコンウェーハ中の表面近傍に炭素およびホウ素が固溶する。すなわち、本明細書における「改質層」とは、照射するイオンの構成元素がシリコンウェーハ表面の結晶の格子間位置または置換位置に固溶した層を意味する。シリコンウェーハの深さ方向における炭素およびホウ素の濃度プロファイルは、クラスターイオン１５の加速電圧およびクラスターサイズに依存するが、モノマーイオンの場合に比べてシャープになり、照射された炭素およびホウ素が局所的に存在する領域（すなわち、改質層）の厚みは、概ね５００ｎｍ以下の領域（例えば５０〜４００ｎｍ程度）となる。その結果、炭素およびホウ素の析出領域を局所的にかつ高濃度にすることができ、より高いゲッタリング能力を得ることができるものと考えられる。なお、クラスターイオンの形態であれば、複数種のイオンを同時に照射することができる。   On the other hand, when irradiating a silicon wafer with cluster ions 15 made of, for example, carbon and boron, as shown in FIG. It becomes a high temperature state of about 1400 ° C., and silicon melts. Thereafter, the silicon is rapidly cooled, and carbon and boron are dissolved in the vicinity of the surface in the silicon wafer. That is, the “modified layer” in this specification means a layer in which constituent elements of irradiated ions are solid-solved at interstitial positions or substitution positions of crystals on the silicon wafer surface. The concentration profile of carbon and boron in the depth direction of the silicon wafer depends on the acceleration voltage and cluster size of the cluster ions 15, but becomes sharper than that of monomer ions, and the irradiated carbon and boron are locally localized. The thickness of the existing region (that is, the modified layer) is approximately 500 nm or less (for example, about 50 to 400 nm). As a result, it is considered that the carbon and boron precipitation regions can be locally and highly concentrated, and higher gettering ability can be obtained. In addition, if it is a form of cluster ion, multiple types of ions can be irradiated simultaneously.

また、クラスターイオン１５は、一般的に１０〜１００ｋｅＶ／Ｃｌｕｓｔｅｒ程度の加速電圧で照射するが、クラスターは複数の原子または分子の集合体であるため、１原子または１分子あたりのエネルギーを小さくして打ち込むことができ、シリコンウェーハの結晶に与えるダメージは小さい。このため、クラスターイオンを照射した場合は、シリコンウェーハ表面のダメージを回復させる回復熱処理を省略することができる。使用するクラスターサイズやドーズ量によっては、回復熱処理を行うことが望ましい場合もあるが、回復熱処理が必要な場合であっても、極短時間の熱処理で回復させることができる。   The cluster ions 15 are generally irradiated at an acceleration voltage of about 10 to 100 keV / Cluster. Since the cluster is an aggregate of a plurality of atoms or molecules, the energy per atom or molecule is reduced. The damage to the crystal of the silicon wafer is small. For this reason, when the cluster ions are irradiated, the recovery heat treatment for recovering the damage on the silicon wafer surface can be omitted. Depending on the cluster size and dose used, it may be desirable to perform a recovery heat treatment, but even if a recovery heat treatment is required, it can be recovered by an extremely short heat treatment.

回復熱処理を行う場合には、具体的には、９００℃以上１２００℃以下で１０秒以上１時間以下行えばよい。ここで、熱処理温度を９００℃以上１２００℃以下とするのは、９００℃未満では、結晶性の回復効果が得られにくいためであり、一方、１２００℃を超えると、高温での熱処理に起因するスリップが発生し、また、装置への熱負荷が大きくなるためである。また、熱処理時間を１０秒以上１時間以下とするのは、１０秒未満では回復効果が得られにくいためであり、一方、１時間超えでは、生産性の低下を招き、装置への熱負荷が大きくなるためである。   When performing the recovery heat treatment, specifically, it may be performed at 900 ° C. or more and 1200 ° C. or less for 10 seconds or more and 1 hour or less. Here, the reason why the heat treatment temperature is set to 900 ° C. or more and 1200 ° C. or less is that if the temperature is less than 900 ° C., it is difficult to obtain the crystallinity recovery effect. This is because slip occurs and the heat load on the apparatus increases. Moreover, the heat treatment time is set to 10 seconds or more and 1 hour or less because a recovery effect is difficult to be obtained if the heat treatment time is less than 10 seconds. This is because it becomes larger.

このような回復熱処理は、例えば、ＲＴＡやＲＴＯなどの急速昇降温熱処理装置や、バッチ式熱処理装置（縦型熱処理装置、横型熱処理装置）を用いて行うことができる。前者は、ランプ照射加熱方式のため、装置構造的に長時間処理には適しておらず、１５分以内の熱処理に適している。一方、後者は、所定温度までに温度上昇させるために時間がかかるものの、一度に多数枚のウェーハを同時に処理できる。また、抵抗加熱方式のため、長時間の熱処理が可能である。使用する熱処理装置は、クラスターイオン１５の照射条件を考慮して適切なものを選択すればよい。   Such recovery heat treatment can be performed using, for example, a rapid heating / cooling heat treatment apparatus such as RTA or RTO, or a batch heat treatment apparatus (vertical heat treatment apparatus, horizontal heat treatment apparatus). Since the former is a lamp irradiation heating method, it is not suitable for long-time treatment in terms of the device structure, and is suitable for heat treatment within 15 minutes. On the other hand, in the latter, although it takes time to raise the temperature to a predetermined temperature, a large number of wafers can be processed simultaneously. In addition, because of the resistance heating method, long-time heat treatment is possible. An appropriate heat treatment apparatus may be selected in consideration of the irradiation conditions of the cluster ions 15.

クラスターイオン１５は結合様式によって多種のクラスターが存在し、例えば以下の文献に記載されるような公知の方法で生成することができる。ガスクラスタービームの生成法として、（１）特開平９−４１１３８号公報、（２）特開平４−３５４８６５号公報、イオンビームの生成法として、（１）荷電粒子ビーム工学：石川 順三：ISBN978-4-339-00734-3 :コロナ社、（２）電子・イオンビーム工学：電気学会：ISBN4-88686-217-9 :オーム社、（３）クラスターイオンビーム基礎と応用：ISBN4-526-05765-7:日刊工業新聞社。また、一般的に、正電荷のクラスターイオンの発生にはニールセン型イオン源あるいはカウフマン型イオン源が用いられ、負電荷のクラスターイオンの発生には体積生成法を用いた大電流負イオン源が用いられる。   The cluster ion 15 has various clusters depending on the binding mode, and can be generated by a known method as described in the following document, for example. As a method for generating a gas cluster beam, (1) JP-A-9-41138, (2) JP-A-4-354865, and as an ion beam generating method, (1) charged particle beam engineering: Junzo Ishikawa: ISBN978 -4-339-00734-3: Corona, (2) Electron and ion beam engineering: The Institute of Electrical Engineers of Japan: ISBN4-88686-217-9: Ohm, (3) Cluster ion beam basics and applications: ISBN4-526-05765 -7: Nikkan Kogyo Shimbun. In general, a Nielsen ion source or a Kaufman ion source is used to generate positively charged cluster ions, and a large current negative ion source using a volume generation method is used to generate negatively charged cluster ions. It is done.

以下で、クラスターイオン１５の照射条件について説明する。まず、照射する元素は特に限定されず、炭素、ホウ素、リン、ヒ素などを挙げることができる。しかし、より高いゲッタリング能力を得る観点から、クラスターイオン１５が、構成元素として炭素を含むことが好ましい。格子位置の炭素原子は共有結合半径が単結晶シリコンと比較して小さいため、シリコン結晶格子の収縮場が形成されるため、格子間の不純物を引き付けるゲッタリング能力が高い。   Hereinafter, the irradiation conditions of the cluster ions 15 will be described. First, the element to be irradiated is not particularly limited, and examples thereof include carbon, boron, phosphorus, and arsenic. However, from the viewpoint of obtaining higher gettering capability, it is preferable that the cluster ions 15 include carbon as a constituent element. Since the carbon atom at the lattice position has a smaller covalent bond radius than that of single crystal silicon, a contraction field of the silicon crystal lattice is formed, so that the gettering ability to attract impurities between the lattices is high.

また、構成元素として炭素を含む２種以上の元素を含むことがより好ましい。析出元素の種類により効率的にゲッタリング可能な金属の種類が異なるため、２種以上の元素を固溶させることにより、より幅広い金属汚染に対応できるからである。例えば、炭素の場合、ニッケルを効率的にゲッタリングすることができ、ホウ素の場合、銅、鉄を効率的にゲッタリングすることができる。   Moreover, it is more preferable to include two or more elements including carbon as a constituent element. This is because the types of metals that can be efficiently gettered differ depending on the types of deposited elements, so that two or more types of elements can be dissolved to cope with a wider range of metal contamination. For example, in the case of carbon, nickel can be efficiently gettered, and in the case of boron, copper and iron can be efficiently gettered.

さらに、構成元素として炭素、あるいは炭素を含む２種以上の元素に加えて、ドーパント元素をさらに含むことができる。このドーパント元素としては、ホウ素、リン、ヒ素およびアンチモンからなる群から選ばれた１以上の元素を用いることができる。   Furthermore, in addition to carbon or two or more elements containing carbon as a constituent element, a dopant element can be further included. As this dopant element, one or more elements selected from the group consisting of boron, phosphorus, arsenic and antimony can be used.

イオン化させる化合物も特に限定されないが、イオン化に適した化合物を列挙すると、炭素源としては、エタン、メタン、プロパン、ジベンジル（Ｃ１４Ｈ１４）、二酸化炭素（ＣＯ２）などが挙げられ、ホウ素源としては、ジボラン、デカボラン（Ｂ１０Ｈ１４）などを挙げることができる。例えば、ジベンジルとデカボランを混合したガスを材料ガスとした場合、炭素、ホウ素および水素が集合した水素化合物クラスターを生成することができる。また、シクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）を材料ガスとすれば、炭素および水素からなるクラスターイオン１５を生成することができる。また、炭素源化合物としては、特に、ピレン（Ｃ１６Ｈ１０）、ジベンジル（Ｃ１４Ｈ１４）などより生成したクラスターＣｎＨｍ（３≦ｎ≦１６，３≦ｍ≦１０）を用いることが好ましい。これは、小サイズのクラスターイオンビームを形成しやすいためである。 The compounds to be ionized are not particularly limited, but enumeration of compounds suitable for ionization includes carbon sources such as ethane, methane, propane, dibenzyl (C 14 H 14 ), carbon dioxide (CO 2 ), and boron sources. Examples thereof include diborane and decaborane (B 10 H 14 ). For example, when a gas obtained by mixing dibenzyl and decaborane is used as a material gas, a hydrogen compound cluster in which carbon, boron and hydrogen are aggregated can be generated. If cyclohexane (C 6 H 12 ) is used as a material gas, cluster ions 15 made of carbon and hydrogen can be generated. As the carbon source compound, in particular, a cluster C n H m (3 ≦ n ≦ 16, 3 ≦ m ≦ 10) formed from pyrene (C 16 H 10 ), dibenzyl (C 14 H 14 ) or the like is used. Is preferred. This is because it is easy to form a small-sized cluster ion beam.

さらに、クラスターイオン１５の加速電圧およびクラスターサイズを制御することにより、改質層１６における構成元素の深さ方向の濃度プロファイルのピークの位置を制御することができる。クラスターイオン１５の照射により、濃度ピークの位置は、モノマーイオンの注入に比べて、活性層用ウェーハ表面１１Ａに近い位置（貼り合わせウェーハ１００の表面から遠い位置）に位置させることができる。   Furthermore, by controlling the acceleration voltage and the cluster size of the cluster ions 15, the peak position of the concentration profile of the constituent elements in the modified layer 16 can be controlled. By irradiation with the cluster ions 15, the concentration peak position can be positioned closer to the active layer wafer surface 11 </ b> A (position far from the surface of the bonded wafer 100) than the monomer ion implantation.

すなわち、貼り合わせＳＯＩウェーハの製造においては、活性層用ウェーハ厚みを厚くした厚膜ＳＯＩウェーハや、活性層用ウェーハ厚みを薄くした薄膜ＳＯＩウェーハの提供が求められる。このため、例えば、１μｍ以下の薄膜ＳＯＩウェーハの製造を行う場合、モノマーイオンの注入では、深さ方向の注入元素の濃度プロファイルがブロードになるため、デバイス作製領域として使用される活性層領域内に炭素が拡散してしまうおそれがあり、この場合、デバイスの電気特性を悪化させることになる。クラスターイオン照射では、深さ方向の濃度プロファイルは局所的に極浅い表面位置（絶縁膜側により近い位置）に濃度ピークが形成されるため、デバイス作製領域として使用される活性層領域への炭素拡散のおそれを解消でき、活性層の使用領域を深さ方向に拡大することができる。なお、本明細書において「クラスターサイズ」とは、１つのクラスターを構成する原子または分子の個数を意味する。   That is, in the manufacture of bonded SOI wafers, it is required to provide a thick film SOI wafer having a thick active layer wafer or a thin film SOI wafer having a thin active layer wafer. For this reason, for example, when manufacturing a thin film SOI wafer of 1 μm or less, the concentration profile of the implanted element in the depth direction becomes broad in the implantation of monomer ions, and therefore, in the active layer region used as the device fabrication region. Carbon may be diffused, and in this case, the electrical characteristics of the device are deteriorated. In cluster ion irradiation, the concentration profile in the depth direction has a concentration peak locally at an extremely shallow surface position (position closer to the insulating film side), so carbon diffusion into the active layer region used as the device fabrication region Can be eliminated, and the active region can be expanded in the depth direction. In the present specification, the “cluster size” means the number of atoms or molecules constituting one cluster.

本発明のクラスターイオン照射工程では、より高いゲッタリング能力を得る観点から、改質層１６におけるクラスターイオン１５の構成元素のピーク濃度が、１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となるように、クラスターイオン１５を照射することが好ましく、１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．０×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となるように照射することがより好ましい。なお、本明細書において、「構成元素の深さ方向の濃度プロファイル」は、構成元素が２種以上の元素を含む場合は、合計ではなく、それぞれ単独の元素についてのプロファイルを意味するものとする。 In the cluster ion irradiation process of the present invention, from the viewpoint of obtaining higher gettering ability, the peak concentration of the constituent elements of the cluster ions 15 in the modified layer 16 is 1.0 × 10 17 atoms / cm 3 or more. The cluster ions 15 are preferably irradiated, and more preferably 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more and 1.0 × 10 22 atoms / cm 3 or less. In this specification, the “concentration profile in the depth direction of the constituent element” means not a total but a profile of each single element when the constituent element includes two or more elements. .

構成元素のピーク濃度を上記範囲に設定するために必要な条件として、クラスターイオン照射工程は、クラスターイオン１５の加速電圧は、０ｋｅＶ／ａｔｏｍ超え５０ｋｅＶ／ａｔｏｍ以下とし、４０ｋｅＶ／ａｔｏｍ以下の条件の下で行うことが好ましい。また、クラスターサイズは２個以上とし、好ましくは５０個以下とする。さらに、炭素のドーズ量は、２×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とし、好ましくは１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下とする。 As a condition necessary for setting the peak concentration of the constituent elements in the above range, in the cluster ion irradiation process, the acceleration voltage of the cluster ion 15 is set to 0 keV / atom and 50 keV / atom or less, and under a condition of 40 keV / atom or less. It is preferable to carry out with. The cluster size is 2 or more, preferably 50 or less. Furthermore, the dose amount of carbon is 2 × 10 13 atoms / cm 2 or more, preferably 1 × 10 17 atoms / cm 2 or less.

ここで、加速電圧の調整には、（１）静電加速、（２）高周波加速の２方法が一般的に用いられる。前者の方法としては、複数の電極を等間隔に並べ、それらの間に等しい電圧を印加して、軸方向に等加速電界を作る方法がある。後者の方法としては、イオンを直線状に走らせながら高周波を用いて加速する線形ライナック法がある。また、クラスターサイズの調整は、ノズルから噴出されるガスのガス圧力および真空容器の圧力、イオン化する際のフィラメントへ印加する電圧などを調整することにより行うことができる。なお、クラスターサイズは、四重極高周波電界による質量分析またはタイムオブフライト質量分析によりクラスター個数分布を求め、クラスター個数の平均値をとることにより求めることができる。さらに、炭素のドーズ量は、イオン照射時間を制御することにより調整することができる。   Here, two methods of (1) electrostatic acceleration and (2) high-frequency acceleration are generally used for adjusting the acceleration voltage. As the former method, there is a method in which a plurality of electrodes are arranged at equal intervals and an equal voltage is applied between them to create an equal acceleration electric field in the axial direction. As the latter method, there is a linear linac method in which ions are accelerated using a high frequency while running linearly. The cluster size can be adjusted by adjusting the gas pressure of the gas ejected from the nozzle, the pressure of the vacuum vessel, the voltage applied to the filament during ionization, and the like. The cluster size can be obtained by obtaining a cluster number distribution by mass spectrometry using a quadrupole high-frequency electric field or time-of-flight mass spectrometry and taking an average value of the number of clusters. Furthermore, the dose of carbon can be adjusted by controlling the ion irradiation time.

なお、上述のように、クラスターイオン照射工程の後、活性層用ウェーハ１１に対して回復熱処理を行うことなく、絶縁膜形成工程あるいは貼り合わせ工程を行うことができるが、クラスターイオン照射工程の後に、急速昇降温熱処理装置やバッチ式熱処理装置を用いて回復熱処理を行ってもよい。その場合、上述のように、本発明におけるクラスターイオン１５の照射は、従来のモノマーイオンの注入よりもシリコンウェーハの結晶性を乱さないため、９００℃以上１２００℃以下かつ１０秒以上という条件で結晶性を十分に回復させることができる。   As described above, after the cluster ion irradiation step, the insulating layer forming step or the bonding step can be performed without performing the recovery heat treatment on the active layer wafer 11, but after the cluster ion irradiation step, The recovery heat treatment may be performed using a rapid heating / cooling heat treatment apparatus or a batch type heat treatment apparatus. In that case, as described above, the irradiation with the cluster ions 15 in the present invention does not disturb the crystallinity of the silicon wafer as compared with the conventional implantation of monomer ions. Sex can be fully recovered.

こうして、クラスターイオン１５が照射されたウェーハの表面に、クラスターイオン１５の構成元素が固溶してなる改質層１６を形成することができる。   In this way, the modified layer 16 in which the constituent elements of the cluster ions 15 are dissolved can be formed on the surface of the wafer irradiated with the cluster ions 15.

次に、活性層用ウェーハ１１および支持基板用ウェーハ１２の少なくとも一方の表面に絶縁膜１７を形成する絶縁膜形成工程を行う（図１（Ｄ））。ここで、絶縁膜としては、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜や窒化膜等を用いることができ、例えばＳｉＯ２膜を用いる場合には、周知の熱酸化により行うことができる。なお、図１においては、支持基板用ウェーハ１２のみに絶縁膜１７を形成しているが、改質層１６が形成された活性層用ウェーハ１１に酸化膜を形成することも、あるいは両ウェーハに形成することもできる。 Next, an insulating film forming step for forming an insulating film 17 on at least one surface of the active layer wafer 11 and the support substrate wafer 12 is performed (FIG. 1D). Here, as the insulating film, a silicon oxide (SiO 2 ) film, a nitride film, or the like can be used. For example, when an SiO 2 film is used, it can be performed by well-known thermal oxidation. In FIG. 1, the insulating film 17 is formed only on the support substrate wafer 12, but an oxide film may be formed on the active layer wafer 11 on which the modified layer 16 is formed, or both the wafers may be formed. It can also be formed.

ここで、形成する絶縁膜１７の厚さは、０．０１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内に設定すればよく、この絶縁膜１７の厚さは、熱処理の温度および処理時間、雰囲気ガス流量などを調整して調整することができる。   Here, the thickness of the insulating film 17 to be formed may be set in the range of 0.01 μm or more and 30 μm or less, and the thickness of the insulating film 17 adjusts the temperature and processing time of the heat treatment, the atmospheric gas flow rate, and the like. Can be adjusted.

ここで、活性層用ウェーハ１１の表面に絶縁膜１７を形成する場合には、改質層１６側表面においては、この場合、絶縁膜１７は、改質層１６中に形成される。   Here, when the insulating film 17 is formed on the surface of the active layer wafer 11, in this case, the insulating film 17 is formed in the modified layer 16 on the surface on the modified layer 16 side.

続いて、活性層用ウェーハ１１の改質層１６側表面を絶縁膜１７を介して支持基板用ウェーハ１２と貼り合わせる貼り合わせ工程を行う（図１（Ｅ））。これにより、本発明の貼り合わせウェーハを製造することができる。この貼り合わせ工程は、これは、周知の任意のウェーハ貼り合わせ装置を用いて行うことができる。   Subsequently, a bonding step is performed in which the surface of the modified layer 16 side of the active layer wafer 11 is bonded to the support substrate wafer 12 via the insulating film 17 (FIG. 1E). Thereby, the bonded wafer of this invention can be manufactured. This bonding step can be performed using any known wafer bonding apparatus.

なお、上記絶縁膜形成工程は、クラスターイオン注入工程の前に行うことができるが、この場合、クラスターイオン１５の照射が行われないウェーハに限られる。すなわち、絶縁膜形成工程をクラスターイオン注入工程の前に行う場合には、支持基板用ウェーハ１２に対して行うようにする。   The insulating film forming step can be performed before the cluster ion implantation step. However, in this case, the insulating film forming step is limited to a wafer that is not irradiated with the cluster ions 15. That is, when the insulating film forming step is performed before the cluster ion implantation step, it is performed on the support substrate wafer 12.

こうして、従来に比べ高いゲッタリング能力を発揮することで、金属汚染をより抑制することが可能な貼り合わせウェーハ１００および２００を得ることができる。   Thus, bonded wafers 100 and 200 that can further suppress metal contamination can be obtained by exhibiting higher gettering ability than conventional ones.

なお、上記クラスターイオン照射工程は、図１および２においては活性層用ウェーハ１１の表面１１Ａのみに行っているが、この表面１１Ａに加えて、支持基板用ウェーハ１２の表面１２Ａに対して行ってもよい。その際、クラスターイオン１５の構成元素は、活性層用ウェーハ１１の表面１１Ａに照射した場合と同じにすることも、変更することもできる。この支持基板用ウェーハ１２への照射により、支持基板用ウェーハ１２と絶縁膜１７との間に、支持基板用ウェーハ１２にクラスターイオン１５の構成元素が固溶してなる改質層（図示せず）をさらに設けることができる。これにより、ゲッタリング能力をさらに向上させることができる。   The cluster ion irradiation process is performed only on the surface 11A of the active layer wafer 11 in FIGS. 1 and 2, but in addition to the surface 11A, the cluster ion irradiation process is performed on the surface 12A of the support substrate wafer 12. Also good. At that time, the constituent elements of the cluster ions 15 can be the same as or changed from the case where the surface 11A of the active layer wafer 11 is irradiated. Due to the irradiation to the support substrate wafer 12, a modified layer (not shown) is formed between the support substrate wafer 12 and the insulating film 17 and the constituent elements of the cluster ions 15 are dissolved in the support substrate wafer 12. ) Can be further provided. Thereby, the gettering ability can be further improved.

また、上記貼り合わせ工程の後に、図１（Ｆ）および図２（Ｆ）に示すように、結合強化熱処理工程を行い、活性層用ウェーハ１１と支持基板用ウェーハ１２との間の貼り合わせ面の結合を強化することができる。この結合強化熱処理工程は、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、これによって、ウェーハ間の結合を強化することができる。   Further, after the bonding step, as shown in FIG. 1 (F) and FIG. 2 (F), a bonding strengthening heat treatment step is performed, and the bonding surface between the active layer wafer 11 and the support substrate wafer 12 is bonded. Can strengthen the bond. This bond strengthening heat treatment step can be performed under conditions of, for example, 800 ° C. or more and 1200 ° C. or less, 10 minutes or more and 6 hours or less in an oxidizing gas or inert gas atmosphere. Can be strengthened.

さらに、図１（Ｇ）および図２（Ｇ）に示すように、活性層用ウェーハ１１の厚さを低減する薄膜化する薄膜化工程を行うこともできる。これにより、所望の厚さの活性層を有する貼り合わせウェーハを得ることができる。この薄膜化工程は、例えば、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、薄膜化工程を周知のスマートカット法など、他の薄膜化技術を用いて行ってもよい。   Further, as shown in FIGS. 1G and 2G, a thinning process for reducing the thickness of the active layer wafer 11 can be performed. Thereby, a bonded wafer having an active layer having a desired thickness can be obtained. For this thinning step, for example, a well-known surface grinding and mirror polishing method can be suitably used. Further, the thinning process may be performed using another thinning technique such as a well-known smart cut method.

次に、上記製造方法により得られる貼り合わせウェーハ１００および２００について説明する。第１実施形態による貼り合わせウェーハ１００および第２実施形態による貼り合わせウェーハ２００は、図１（Ｅ）および図２（Ｅ）に示すように、シリコン単結晶からなる支持基板用ウェーハ１２と、該支持基板用ウェーハ１２上に形成された絶縁膜１７と、該絶縁膜１７上に形成された、シリコン単結晶からなる活性層用ウェーハ１１とを有する貼り合わせウェーハにおいて、絶縁膜１７と活性層用ウェーハ１１との間に、活性層用ウェーハ１１に所定元素が固溶してなる改質層１６を備え、該改質層１６における所定元素の深さ方向の濃度プロファイルの半値幅が１００ｎｍ以下であることを特徴とする。すなわち、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法によれば、モノマーイオン注入に比べて、クラスターイオンを構成する元素の析出領域を局所的かつ高濃度にすることができ、その結果、上記半値幅を１００ｎｍ以下とすることが可能となった。   Next, the bonded wafers 100 and 200 obtained by the above manufacturing method will be described. The bonded wafer 100 according to the first embodiment and the bonded wafer 200 according to the second embodiment include, as shown in FIGS. 1E and 2E, a support substrate wafer 12 made of a silicon single crystal, In a bonded wafer having an insulating film 17 formed on a support substrate wafer 12 and an active layer wafer 11 made of silicon single crystal formed on the insulating film 17, the insulating film 17 and the active layer A modified layer 16 in which a predetermined element is dissolved in the active layer wafer 11 is provided between the wafer 11 and the half-value width of the concentration profile in the depth direction of the predetermined element in the modified layer 16 is 100 nm or less. It is characterized by being. That is, according to the method for manufacturing a bonded wafer of the present invention, compared to monomer ion implantation, the precipitation region of elements constituting cluster ions can be locally and highly concentrated. It became possible to set it to 100 nm or less.

なお、本明細書における「深さ方向の濃度プロファイル」は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）にて測定した深さ方向の濃度分布を意味する。また、「所定元素の深さ方向の濃度プロファイルの半値幅」とは、測定精度を考慮して、貼り合わせ後に支持基板およびＢＯＸ層（絶縁膜）を除去し、クラスターイオンの照射面より測定した結果とする。   The “concentration profile in the depth direction” in this specification means a concentration distribution in the depth direction measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS). The “half-value width of the concentration profile in the depth direction of the predetermined element” is measured from the irradiation surface of the cluster ions after removing the support substrate and the BOX layer (insulating film) in consideration of measurement accuracy. As a result.

また、上記濃度プロファイルにおける濃度ピークの位置は、ウェーハ表面に近い位置、例えば、ウェーハ表面から１５０ｎｍまでに位置している。そのため、モノマーイオン注入の場合に比べて、デバイスで使用される活性層領域へ炭素が混入するのを抑制することができる。また、活性層の使用領域を深さ方向に拡大することができる。   The position of the concentration peak in the concentration profile is located near the wafer surface, for example, 150 nm from the wafer surface. Therefore, compared with the case of monomer ion implantation, it can suppress that carbon mixes in the active layer area | region used with a device. Moreover, the use area | region of an active layer can be expanded in the depth direction.

所定元素としては、シリコン以外の元素であれば特に限定されないが、炭素または炭素を含む２種以上の元素とすることが好ましいのは既述のとおりである。また、所定元素がさらにドーパント元素を含むことができ、このドーパント元素としては、ホウ素、リン、ヒ素およびアンチモンからなる群から選ばれた１以上の元素を用いることができる。   The predetermined element is not particularly limited as long as it is an element other than silicon. However, as described above, carbon or two or more elements containing carbon are preferable. The predetermined element can further contain a dopant element. As the dopant element, one or more elements selected from the group consisting of boron, phosphorus, arsenic, and antimony can be used.

より高いゲッタリング能力を得る観点から、貼り合わせウェーハ１００および２００のいずれも、濃度プロファイルのピーク濃度が、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましく、１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．０×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下がより好ましく、１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．０×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下がさらに好ましい。 From the viewpoint of obtaining higher gettering capability, the bonded wafers 100 and 200 both preferably have a peak concentration in the concentration profile of 1 × 10 17 atoms / cm 3 or more, and 1.0 × 10 18 atoms / cm 3. More preferably, it is cm 3 or more and 1.0 × 10 22 atoms / cm 3 or less, and more preferably 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more and 1.0 × 10 21 atoms / cm 3 or less.

また、改質層１６の深さ方向厚みは、概ね３０〜４００ｎｍの範囲内とすることができる。   Moreover, the depth direction thickness of the modified layer 16 can be in the range of approximately 30 to 400 nm.

絶縁膜１７としては、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜や窒化膜等を用いることができる。なお、図１および２においては、支持基板用ウェーハ１２上のみに絶縁膜１７が設けられているが、改質層１６が形成された活性層用ウェーハ１１上に絶縁膜１７を設けることも、あるいは両ウェーハ上に設けることもできる。 As the insulating film 17, a silicon oxide (SiO 2 ) film, a nitride film, or the like can be used. 1 and 2, the insulating film 17 is provided only on the support substrate wafer 12. However, the insulating film 17 may be provided on the active layer wafer 11 on which the modified layer 16 is formed. Alternatively, it can be provided on both wafers.

こうして、本発明の半導体エピタキシャルウェーハ１００および２００によれば、従来に比べ高いゲッタリング能力を発揮することで、金属汚染をより抑制することが可能となる。   Thus, according to the semiconductor epitaxial wafers 100 and 200 of the present invention, it is possible to further suppress metal contamination by exhibiting a higher gettering capability than conventional.

なお、支持基板用ウェーハ１２と絶縁膜１７との間に、支持基板用ウェーハ１２に所定元素が固溶してなる改質層（図示せず）をさらに備えることができる。これにより、ゲッタリング能力をさらに向上させることができる。   A modified layer (not shown) formed by dissolving a predetermined element in the support substrate wafer 12 may be further provided between the support substrate wafer 12 and the insulating film 17. Thereby, the gettering ability can be further improved.

（本発明例１〜３）
活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハとして、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：３００ｍｍ、厚さ：７７５μｍ、ドーパント種類：リン、ドーパント濃度：５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を用意した。次いで、クラスターイオン発生装置（日新イオン機器社製、型番：CLARIS）を用いて、クラスターイオンとしてＣ５Ｈ５クラスターを生成し、ドーズ量１．０×１０１５Ｃｌｕｓｔｅｒｓ／ｃｍ２（炭素のドーズ量５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２：本発明例１）、６．０×１０１４Ｃｌｕｓｔｅｒｓ／ｃｍ２（炭素のドーズ量３．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２：本発明例２）、４．０×１０１４Ｃｌｕｓｔｅｒｓ／ｃｍ２（炭素のドーズ量２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２：本発明例３）、炭素１原子当たりの加速電圧１４．８０ｋｅＶ／ａｔｏｍの条件で、活性層用ウェーハの表面に照射した。続いて、支持基板用ウェーハの表面に１０ｎｍの絶縁膜を形成した後、活性層用ウェーハの改質層１６側表面を絶縁膜１７を介して支持基板用ウェーハと貼り合わせた。その後、貼り合わせたウェーハを、水素および酸素混合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、１２００℃まで昇温して１時間保持する結合強化熱処理施した。その後、活性層用ウェーハの表面側から研削処理を施して活性層用ウェーハ厚みを薄膜化した後、その表面を鏡面研磨して、活性層厚み３μｍの貼り合わせウェーハを作製した。 (Invention Examples 1-3)
As an active layer wafer and a support substrate wafer, an n-type silicon wafer (diameter: 300 mm, thickness: 775 μm, dopant type: phosphorus, dopant concentration: 5.5) collected from a single crystal silicon ingot obtained by the CZ method. 0 × 10 14 atoms / cm 3 ) was prepared. Next, a cluster ion generator (manufactured by Nissin Ion Instruments Co., Ltd., model number: CLARIS) was used to generate C 5 H 5 clusters as cluster ions, and a dose amount of 1.0 × 10 15 Clusters / cm 2 (carbon dose) Amount 5.0 × 10 15 atoms / cm 2 : Invention Example 1), 6.0 × 10 14 Clusters / cm 2 (carbon dose amount 3.0 × 10 15 atoms / cm 2 : Invention Example 2), 4.0 × 10 14 Clusters / cm 2 (carbon dose 2.0 × 10 15 atoms / cm 2 : Example 3 of the present invention), active layer under the condition of an acceleration voltage of 14.80 keV / atom per carbon atom The surface of the wafer was irradiated. Subsequently, an insulating film having a thickness of 10 nm was formed on the surface of the support substrate wafer, and then the surface of the active layer wafer on the modified layer 16 side was bonded to the support substrate wafer via the insulating film 17. Thereafter, the bonded wafer is transported into a vertical heat treatment apparatus under a hydrogen and oxygen mixed gas atmosphere, and the temperature inside the apparatus is raised to 800 ° C. and held for 2 hours, and then heated to 1200 ° C. to 1 A bond-strengthening heat treatment was applied to maintain the time. Then, after grinding the active layer wafer from the surface side to reduce the thickness of the active layer wafer, the surface was mirror-polished to produce a bonded wafer having an active layer thickness of 3 μm.

（比較例１〜３）
クラスターイオン照射工程に替えて、ＣＯ２を材料ガスとして、炭素のモノマーイオンを生成し、ドーズ量１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（比較例１）、６．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（比較例２）、４．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（比較例３）、加速電圧８０ｋｅＶ／ａｔｏｍの条件でモノマーイオン注入工程を行った以外は、本発明例１と同様にして、比較例１〜３の貼り合わせウェーハを製造した。 (Comparative Examples 1-3)
Instead of the cluster ion irradiation process, carbon monomer ions are generated using CO 2 as a material gas, and the dose amount is 1.0 × 10 15 atoms / cm 2 (Comparative Example 1), 6.0 × 10 14 atoms / cm. 2 (Comparative Example 2), 4.0 × 10 14 atoms / cm 2 (Comparative Example 3), except that the monomer ion implantation process was performed under the conditions of an acceleration voltage of 80 keV / atom, the same as Example 1 of the present invention, The bonded wafers of Comparative Examples 1 to 3 were manufactured.

上記本発明例および比較例で作製した各サンプルについて評価を行った。評価方法を以下に示す。   Each sample produced in the above invention examples and comparative examples was evaluated. The evaluation method is shown below.

（１）ＳＩＭＳ測定
まず、クラスターイオンの照射直後と、モノマーイオンの注入直後における、炭素の分布の相違を明らかにするため、本発明例１および比較例１について、クラスターイオン注入後の活性層用ウェーハについて、ＳＩＭＳ測定を行った。得られた炭素濃度プロファイルを図４に参考に示す。ここで、図４の横軸の深さは活性層用ウェーハの表面をゼロとしている。 (1) SIMS measurement First, in order to clarify the difference in carbon distribution immediately after cluster ion irradiation and immediately after monomer ion implantation, the present invention example 1 and comparative example 1 are used for an active layer after cluster ion implantation. SIMS measurement was performed on the wafer. The obtained carbon concentration profile is shown in FIG. 4 for reference. Here, the depth of the horizontal axis in FIG. 4 is zero on the surface of the active layer wafer.

次に、本発明例１および比較例１の貼り合わせウェーハについて、ＳＩＭＳ測定を行った。得られた炭素濃度プロファイルを図５（Ａ），（Ｂ）にそれぞれに示す。図５の横軸の深さは貼り合わせウェーハの活性層用ウェーハ側表面をゼロとしている。   Next, SIMS measurement was performed on the bonded wafers of Invention Example 1 and Comparative Example 1. The obtained carbon concentration profiles are shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B), respectively. The depth of the horizontal axis in FIG. 5 is zero on the wafer side surface for the active layer of the bonded wafer.

また、各本発明例および比較例で作製した各サンプルについて、支持基板およびＢＯＸ層（絶縁膜）を除去した後にＳＩＭＳ測定したときの炭素濃度プロファイルの半値幅を表１に示す。なお、既述のとおり、表１に示す半値幅は支持基板およびＢＯＸ層を除去した後にＳＩＭＳ測定したときの半値幅であるため、表１に示す半値幅と、図５（Ａ），（Ｂ）の半値幅とは異なる。また、薄膜化した後にＳＩＭＳ測定したときの濃度のピーク濃度値についても表１に示す。   Table 1 shows the full width at half maximum of the carbon concentration profile when SIMS measurement is performed after removing the support substrate and the BOX layer (insulating film) for each sample produced in each of the present invention examples and comparative examples. As described above, the half width shown in Table 1 is the half width when SIMS measurement is performed after the support substrate and the BOX layer are removed. Therefore, the half width shown in Table 1 and FIGS. ) Half width. Table 1 also shows the peak concentration value of the concentration when SIMS measurement is performed after thinning.

Figure 0006265291
Figure 0006265291

（２）ゲッタリング能力評価
本発明例および比較例で作製した各サンプルの貼り合わせウェーハ表面を、Ｎｉ汚染液（１．０×１０１２／ｃｍ２）で、それぞれスピンコート汚染法を用いて故意に汚染し、引き続き９００℃、３０分の熱処理を施した。その後、ＳＩＭＳ測定を行った。測定結果を代表して、本発明例１および比較例１についてのＮｉ濃度プロファイルを、それぞれ炭素濃度プロファイルとともに示す（図５（Ａ），（Ｂ））。他の本発明例および比較例については、ゲッタリング能力評価の結果を表１に示す。なお、評価基準をＮｉ濃度プロファイルのピーク濃度の値によって以下のとおりに分類した。
◎：３．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上
○：２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満
△：２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満 (2) Evaluation of gettering ability The surface of the bonded wafer of each sample prepared in the present invention example and the comparative example was intentionally formed with a Ni contamination liquid (1.0 × 10 12 / cm 2 ) using a spin coat contamination method. Subsequently, a heat treatment was performed at 900 ° C. for 30 minutes. Thereafter, SIMS measurement was performed. As a representative of the measurement results, the Ni concentration profiles for Invention Example 1 and Comparative Example 1 are shown together with the carbon concentration profiles (FIGS. 5A and 5B). Table 1 shows the results of evaluation of gettering ability for other examples of the present invention and comparative examples. The evaluation criteria were classified as follows according to the peak concentration value of the Ni concentration profile.
A: 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or more ○: 2.0 × 10 17 atoms / cm 3 or more and less than 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 Δ: Less than 2.0 × 10 17 atoms / cm 3

まず、クラスターイオン照射に替えてモノマーイオン注入を行った点のみで異なる本発明例１と比較例１とを用いて比較する。図４に示すように、クラスターイオンの照射直後と、モノマーイオンの注入直後における中間製造物である貼り合わせ工程前の活性層用ウェーハの炭素濃度プロファイルを比較すると、クラスターイオン照射の場合は炭素濃度プロファイルがシャープであり、モノマーイオン注入の場合は炭素濃度プロファイルがブロードである。このことから、貼り合わせ工程後も、炭素濃度プロファイルの傾向は同様となることが推定される。実際に、貼り合わせウェーハにおける炭素濃度プロファイル（図５（Ａ），（Ｂ））からもわかるように、クラスターイオン照射により、モノマーイオン注入よりも局所的かつ高濃度の改質層が形成されている。さらに、図５（Ａ），（Ｂ）に示したＮｉの濃度プロファイルから、本発明例１と比較例１とを比較すると、本発明例１ではクラスターイオン照射により形成された改質層が多量のＮｉを捕獲して、高いゲッタリング能力を発揮していることがわかる。   First, the present invention example 1 and the comparative example 1 which are different only in that monomer ion implantation is performed instead of cluster ion irradiation will be compared. As shown in FIG. 4, when comparing the carbon concentration profiles of the active layer wafer before the bonding step, which is an intermediate product immediately after the cluster ion irradiation and immediately after the monomer ion implantation, the carbon concentration in the case of cluster ion irradiation. The profile is sharp and the carbon concentration profile is broad in the case of monomer ion implantation. From this, it is estimated that the tendency of the carbon concentration profile is the same even after the bonding step. Actually, as can be seen from the carbon concentration profile (FIGS. 5A and 5B) of the bonded wafer, a modified layer having a local concentration and higher concentration than the monomer ion implantation is formed by the cluster ion irradiation. Yes. Further, when the present invention example 1 and the comparative example 1 are compared from the Ni concentration profiles shown in FIGS. 5A and 5B, the present invention example 1 has a large amount of the modified layer formed by cluster ion irradiation. It can be seen that Ni is captured and exhibits high gettering ability.

また、表１に示すとおり、クラスターイオン照射した本発明例１〜３は、全て半値幅が１００ｎｍ以下であり、全て十分なゲッタリング能力を備えていることがわかる。一方、モノマーイオン注入した比較例１〜３は、いずれも半値幅が１００ｎｍ超であり、ゲッタリング能力が不足している。このように、クラスターイオンを照射した本発明例１〜３は、モノマーイオンを注入した比較例１〜３に比べ、炭素濃度プロファイルの半値幅が小さくなるために、より高いゲッタリング能力を得ることができていると言える。   Moreover, as shown in Table 1, all of the inventive examples 1 to 3 irradiated with cluster ions have a full width at half maximum of 100 nm or less, and all have sufficient gettering ability. On the other hand, Comparative Examples 1 to 3 in which monomer ions were implanted all had a half-value width of more than 100 nm, and the gettering ability was insufficient. As described above, Invention Examples 1 to 3 irradiated with cluster ions have higher gettering ability because the half width of the carbon concentration profile is smaller than Comparative Examples 1 to 3 in which monomer ions are implanted. It can be said that

本発明によれば、より高いゲッタリング能力を発揮することで金属汚染を抑制することができるため、半導体ウェーハ製造業において有用である。   According to the present invention, metal contamination can be suppressed by exhibiting a higher gettering capability, which is useful in the semiconductor wafer manufacturing industry.

１１ 活性層用ウェーハ
１１Ａ 活性層用ウェーハの表面
１２ 支持基板用ウェーハ
１２Ａ 支持基板用ウェーハの表面
１３ バルクシリコンウェーハ
１４ シリコンエピタキシャル層
１５ クラスターイオン
１６ 改質層
１７ 絶縁膜
１００，２００ 貼り合わせウェーハ 11 Wafer for Active Layer 11A Surface of Wafer for Active Layer 12 Wafer for Support Substrate 12A Surface of Wafer for Support Substrate 13 Bulk Silicon Wafer 14 Silicon Epitaxial Layer 15 Cluster Ion 16 Modified Layer 17 Insulating Film 100, 200 Bonded Wafer

Claims (8)

シリコン単結晶からなる活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハのうち、少なくとも前記活性層用ウェーハの表面にクラスターイオンを照射して、照射されたウェーハの表面に、前記クラスターイオンの構成元素が固溶してなる改質層を形成するクラスターイオン照射工程と、
前記活性層用ウェーハおよび前記支持基板用ウェーハの少なくとも一方の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記活性層用ウェーハの前記改質層側表面を前記絶縁膜を介して前記支持基板用ウェーハと貼り合わせる貼り合わせ工程と、
を有し、該貼り合わせ工程後の改質層における前記構成元素の深さ方向の濃度プロファイルの半値幅が１００ｎｍ以下である貼り合わせウェーハを得ることを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。 Of the active layer wafer and support substrate wafer made of silicon single crystal, at least the surface of the active layer wafer is irradiated with cluster ions, and the constituent elements of the cluster ions are dissolved in the irradiated wafer surface. A cluster ion irradiation step for forming a modified layer formed by:
An insulating film forming step of forming an insulating film on at least one surface of the active layer wafer and the support substrate wafer;
A bonding step of bonding the modified layer side surface of the active layer wafer to the support substrate wafer via the insulating film;
And a bonded wafer having a half-value width of a concentration profile in the depth direction of the constituent element in the modified layer after the bonding step is 100 nm or less. 前記活性層用ウェーハが、シリコンウェーハの表面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、前記クラスターイオン照射工程において前記改質層は前記シリコンエピタキシャル層の表面に形成される、請求項１に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。   2. The active layer wafer is an epitaxial silicon wafer in which a silicon epitaxial layer is formed on a surface of a silicon wafer, and the modified layer is formed on a surface of the silicon epitaxial layer in the cluster ion irradiation step. The manufacturing method of the bonded wafer of description. 前記クラスターイオンが構成元素として炭素を含む、請求項１または２に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。   The manufacturing method of the bonded wafer of Claim 1 or 2 with which the said cluster ion contains carbon as a structural element. 前記クラスターイオンが構成元素として炭素を含む２種以上の元素を含む、請求項３に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。   The manufacturing method of the bonded wafer of Claim 3 in which the said cluster ion contains 2 or more types of elements containing carbon as a structural element. 前記クラスターイオンが、さらにドーパント元素を含み、該ドーパント元素がホウ素、リン、ヒ素およびアンチモンからなる群から選ばれた１以上の元素である、請求項３または４に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。   The method for producing a bonded wafer according to claim 3 or 4, wherein the cluster ions further contain a dopant element, and the dopant element is one or more elements selected from the group consisting of boron, phosphorus, arsenic, and antimony. . 前記クラスターイオン照射工程は、炭素１原子あたりの加速電圧が５０ｋｅＶ／ａｔｏｍ以下、クラスターサイズが２個以上、炭素のドーズ量が２×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上の条件で行う請求項１〜５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。 The cluster ion irradiation process, the acceleration voltage per one carbon atom is 50 keV / the atom or less, cluster size two or more claims 1 to 5, the dose of carbon carried by the 2 × 10 13 atoms / cm 2 or more conditions The manufacturing method of the bonded wafer as described in any one of these. 前記クラスター照射工程を前記活性層用ウェーハおよび前記支持基板用ウェーハの双方に行う、請求項１〜６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。   The manufacturing method of the bonded wafer as described in any one of Claims 1-6 which performs the said cluster irradiation process to both the said wafer for active layers, and the said wafer for support substrates. 前記貼り合わせ工程の後に、前記活性層用ウェーハと前記支持基板用ウェーハとの結合を強化するための熱処理を行う、請求項１〜７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。   The manufacturing method of the bonded wafer as described in any one of Claims 1-7 which performs the heat processing for strengthening the coupling | bonding of the said wafer for active layers, and the said wafer for support substrates after the said bonding process.
JP2017063647A 2017-03-28 2017-03-28 Bonded wafer manufacturing method and bonded wafer Active JP6265291B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017063647A JP6265291B2 (en) 2017-03-28 2017-03-28 Bonded wafer manufacturing method and bonded wafer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017063647A JP6265291B2 (en) 2017-03-28 2017-03-28 Bonded wafer manufacturing method and bonded wafer

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012249655A Division JP6229258B2 (en) 2012-11-13 2012-11-13 Bonded wafer manufacturing method and bonded wafer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017143292A JP2017143292A (en) 2017-08-17
JP6265291B2 true JP6265291B2 (en) 2018-01-24

Family

ID=59627922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017063647A Active JP6265291B2 (en) 2017-03-28 2017-03-28 Bonded wafer manufacturing method and bonded wafer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6265291B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109524425A (en) * 2018-10-15 2019-03-26 上海华虹宏力半导体制造有限公司 Silicon on insulated substrate and preparation method thereof

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1958245B1 (en) * 2005-12-09 2013-10-16 Semequip, Inc. Method for the manufacture of semiconductor devices by the implantation of carbon clusters
JP5183958B2 (en) * 2006-04-24 2013-04-17 信越半導体株式会社 Manufacturing method of SOI wafer
JP2007317760A (en) * 2006-05-24 2007-12-06 Sharp Corp Semiconductor device, and its manufacturing method
KR20090029209A (en) * 2006-06-13 2009-03-20 세미이큅, 인코포레이티드 Ion beam apparatus and method for ion implantation
JP2010062529A (en) * 2008-08-04 2010-03-18 Toshiba Corp Method of manufacturing semiconductor device
JP5696349B2 (en) * 2008-09-05 2015-04-08 株式会社Sumco Manufacturing method of wafer for back irradiation type solid-state imaging device
JP2011151318A (en) * 2010-01-25 2011-08-04 Renesas Electronics Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
WO2011125305A1 (en) * 2010-04-08 2011-10-13 信越半導体株式会社 Silicon epitaxial wafer, method for manufacturing silicon epitaxial wafer, and method for manufacturing semiconductor element or integrated circuit
JP2011253983A (en) * 2010-06-03 2011-12-15 Disco Abrasive Syst Ltd Method for adding gettering layer to silicon wafer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017143292A (en) 2017-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5799936B2 (en) Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and manufacturing method of solid-state imaging device
KR101964937B1 (en) Production method for semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and production method for solid-state imaging element
JP5673811B2 (en) Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and manufacturing method of solid-state imaging device
JP6065848B2 (en) Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and manufacturing method of solid-state imaging device
JP5799935B2 (en) Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and manufacturing method of solid-state imaging device
JP6229258B2 (en) Bonded wafer manufacturing method and bonded wafer
JP6107068B2 (en) Epitaxial silicon wafer manufacturing method, epitaxial silicon wafer, and solid-state imaging device manufacturing method
JP6303321B2 (en) Bonded wafer manufacturing method and bonded wafer
JP6265291B2 (en) Bonded wafer manufacturing method and bonded wafer
JP6280301B2 (en) Epitaxial silicon wafer manufacturing method, epitaxial silicon wafer, and solid-state imaging device manufacturing method
JP2014099457A (en) Method for manufacturing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method for manufacturing solid state image sensor
JP2017112276A (en) Method of manufacturing semiconductor epitaxial wafer and method of manufacturing solid state imaging device
KR102507836B1 (en) Semiconductor epitaxial wafer and its manufacturing method
JP6289805B2 (en) Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and manufacturing method of solid-state imaging device
KR101503000B1 (en) A Method of fabricating strain-relaxed Si-Ge buffer layer and Si-Ge buffer layer fabricated thereby
JP6278592B2 (en) Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and manufacturing method of solid-state imaging device
JP2017175145A (en) Semiconductor epitaxial wafer manufacturing method, semiconductor epitaxial wafer, and solid-state imaging element manufacturing method
JP6361779B2 (en) Epitaxial silicon wafer manufacturing method, epitaxial silicon wafer, and solid-state imaging device manufacturing method
JP6295815B2 (en) Manufacturing method of bonded wafer
JP2017123477A (en) Method for manufacturing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method for manufacturing solid-state imaging device
JP6318728B2 (en) Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and manufacturing method of solid-state imaging device
JP2015220242A (en) Semiconductor epitaxial wafer manufacturing method and solid state image pickup element manufacturing method
JP2017175143A (en) Semiconductor epitaxial wafer manufacturing method, semiconductor epitaxial wafer, and solid-state imaging element manufacturing method
JP2017183736A (en) Method for manufacturing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method for manufacturing solid state image sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171114

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171128

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171211

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6265291

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250