(57)【要約】【課題】ゲッタリング能力を有するシリコンウェーハであって、かつ、このシリコンウェーハを用いてエピタキシャルウェーハまたは貼り合わせウェーハを作製した際に、抵抗変動の生じさせないシリコンウェーハを製造する方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のシリコンウェーハの製造方法は、シリコンウェーハのおもて面から水素イオンを１．０×１０１３〜３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量で注入して、前記水素イオンが固溶してなるゲッタリング層を形成することを特徴とする。【選択図】図１
2015050425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハのおもて面から水素イオンを１．０×１０１３〜３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量で注入して、前記水素イオンが固溶してなるゲッタリング層を形成することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記シリコンウェーハの深さ方向における前記水素の濃度プロファイルのピークが、前記おもて面から１．０μｍ未満の範囲内に位置するように、前記水素イオンを注入する請求項１に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシリコンウェーハの前記おもて面にエピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のシリコンウェーハの前記おもて面を、絶縁膜を介して支持基板用ウェーハと貼り合わせる貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記貼り合わせに先立ち、前記絶縁膜を、前記支持基板用ウェーハに形成する請求項４に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項６】
シリコンウェーハのおもて面側に形成された、該シリコンウェーハ中に水素が固溶してなるゲッタリング層を有するシリコンウェーハであって、
前記シリコンウェーハの深さ方向におけるにおける前記水素の濃度プロファイルのピーク濃度が、１．０×１０１８〜１．０×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項７】
前記シリコンウェーハのおもて面からの深さが１．０μｍ未満の範囲内に、前記水素の濃度プロファイルのピークが位置する請求項６に記載のシリコンウェーハ。
【請求項８】
請求項６または７に記載のシリコンウェーハの前記おもて面上に、エピタキシャル層を形成してなるエピタキシャルウェーハであって、
前記エピタキシャル層を形成した後に、前記水素の濃度プロファイルのピーク濃度が７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、かつ前記ゲッタリング層内に金属不純物を捕獲する結晶欠陥を有するエピタキシャルウェーハ。
【請求項９】
（貼り合わせウェーハ）
請求項６または７に記載のシリコンウェーハの前記おもて面を、絶縁膜を介して支持基板用ウェーハと貼り合わせてなる貼り合わせウェーハであって、
前記貼り合わせ後に、前記水素の濃度プロファイルのピーク濃度が７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、かつ前記ゲッタリング層内に金属不純物を捕獲する結晶欠陥を有する貼り合わせウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコンウェーハおよびその製造方法に関する。また、本発明は、このシリコンウェーハを用いたエピタキシャルウェーハおよびその製造方法に関する。また、本発明は、このシリコンウェーハを用いた貼り合わせウェーハおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの特性を劣化させる要因として、金属汚染が挙げられる。半導体ウェーハへの金属の混入は、主に半導体ウェーハの製造工程およびデバイス製造工程において生じる。例えば、半導体ウェーハとしてのエピタキシャルウェーハは、シリコンウェーハ上にエピタキシャル層を形成することで得られる。ここで、エピタキシャル層は基板となるシリコンウェーハの単結晶と連続した単結晶層であり、基板とは異なる不純物濃度の層を作ることができる。このエピタキシャル層をデバイス領域とすることで、エピタキシャルウェーハはメモリー系素子、ロジック系素子、撮像素子などの幅広い用途に使用されている。
【０００３】
エピタキシャルウェーハの製造工程における金属汚染としては、エピタキシャル成長炉の構成材からの重金属パーティクルによるものが考えられる。あるいは、エピタキシャル成長時の炉内ガスとして塩素系ガスを用いるために、その配管材料が金属腐食して発生する重金属パーティクルにより、金属汚染が生ずることも考えられる。例えば、銅やニッケルといった重金属がウェーハ中に混入した場合、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。
【０００４】
また、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は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）構造を有するＳＯＩウェーハが半導体ウェーハとして注目されている。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するものである。通常のシリコンウェーハを基板として用いた場合に比べて、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、ＳＯＩウェーハはデバイスの高速化、高耐圧化、低消費電力化等を実現することができる。
【０００５】
このＳＯＩウェーハは、例えば貼り合わせ法により得られる。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酸化膜（ＳｉＯ２）などの絶縁膜を形成し、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）。
【０００６】
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、金属汚染が半導体デバイスの特性を劣化させる要因となる。
【０００７】
貼り合わせウェーハの製造工程における金属汚染としては、貼り合わせ後の熱処理における熱処理装置の構成材からの重金属パーティクルによるものや、貼り合わせウェーハの厚みを薄膜化するための研削・研磨時による金属汚染などが考えられる。
【０００８】
また、半導体ウェーハの製造工程における金属汚染以外にも、例えば撮像素子や高集積ＣＭＯＳ素子などのデバイス製造工程においては、イオン注入、拡散および酸化熱処理などの各処理中で、半導体ウェーハの重金属汚染が懸念される。
【０００９】
そのため、シリコンウェーハ、エピタキシャルウェーハおよび貼り合わせウェーハに、金属を捕獲するためのゲッタリングシンクを形成して、デバイス形成面への金属汚染を回避することが一般的である。
【００１０】
ゲッタリングシンクを形成する方法としては、半導体ウェーハの内部に結晶欠陥である酸素析出物（シリコン酸化物析出物の通称であり、ＢＭＤ：Ｂｕｌｋ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｆｅｃｔともいう。）や転位を形成するイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）法が知られる。また、半導体ウェーハの裏面にゲッタリングシンクを形成するエクストリンシックゲッタリング（ＥＧ）法も一般的である。
【００１１】
ここで、重金属のゲッタリング法の一手法として、半導体ウェーハ中に炭素イオン注入することにより、ゲッタリングサイトを形成する技術がある。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、シリコンエピタキシャルウェーハとする製造方法が記載されている。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し、そのドーズ量は５×１０１３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２が好適とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−３３８５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に記載されるように、従来のシリコンウェーハへの炭素イオン注入では、好適なドーズ量として５×１０１３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２が好適とされる。しかしながら、今後、より高品質なシリコンウェーハが求められることが見込まれ、より強力なゲッタリング能力を有するシリコンウェーハが求められている。
【００１４】
そこで、より強力なゲッタリング能力を有するシリコンウェーハを得るために、本発明者が炭素イオン注入をするにあたり、炭素イオンのドーズ量を５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上としたところ、注入後のシリコンウェーハは十分なゲッタリング能力を有することが確認された。以下、本明細書において、シリコンウェーハの表面のうち、イオン注入する側の面をシリコンウェーハの「おもて面」と称し、その反対側の面をシリコンウェーハの「裏面」と称する。
【００１５】
このシリコンウェーハを用いて、シリコンウェーハのおもて面にエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルウェーハを作製すると、このエピタキシャルウェーハは十分なゲッタリング能力を維持することが確認された。また、このシリコンウェーハを活性層用ウェーハとし、この活性層用ウェーハと、絶縁膜を有する支持基板用ウェーハとを、絶縁膜を介して貼り合わせて貼り合わせウェーハを作製すると、この貼り合わせウェーハも十分なゲッタリング能力を維持することが確認された。なお、上記貼り合わせウェーハにおいて、炭素イオンが注入される側のおもて面は、絶縁膜側に位置する。
【００１６】
ところが、こうして得られたエピタキシャルウェーハおよび貼り合わせウェーハには、炭素が過剰に注入された結果、炭素注入領域には酸素ドナーが過剰に発生してしまうことが明らかとなった。この結果、エピタキシャルウェーハにおいては、エピタキシャル層と下地基板であるシリコンウェーハとの界面近傍で、エピタキシャル層およびシリコンウェーハのそれぞれの抵抗率に比べて、抵抗率が著しく低くなる領域が生じてしまうことが判明した（実施例において詳細を後述する図１１（Ｂ），（Ｃ）を参照）。このような領域は、低濃度で炭素イオンを注入した場合のエピタキシャルウェーハや、炭素イオンを注入せずに、単にシリコンウェーハにエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハには存在せず（実施例において詳細を後述する図１１（Ｃ）を参照）、従来は問題とならなかった。また、貼り合わせウェーハにおいては、活性層用ウェーハと絶縁膜との界面近傍で、活性層用ウェーハおよび絶縁膜の抵抗率に比べて、抵抗率が著しく低くなる領域が生じてしまうことが判明した。以下、本明細書において、このように、界面近傍において抵抗率が著しく低くなる領域（単に「抵抗変動領域」という。）が生ずることを「抵抗変動」と称する。
【００１７】
そこで本発明は、ゲッタリング能力を有するシリコンウェーハであって、かつ、このシリコンウェーハを用いてエピタキシャルウェーハまたは貼り合わせウェーハを作製した際に、ゲッタリング能力を維持しつつ、抵抗変動を生じさせないシリコンウェーハを製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者は、上記課題に鑑み、シリコンウェーハに高濃度のイオン注入をしても、ゲッタリング能力を維持しつつ、エピタキシャルウェーハおよび貼り合わせウェーハに抵抗変動を生じさせないシリコンウェーハを得る方法を鋭意検討した。その結果、従来用いられる原子半径が大きな炭素イオンの注入に替えて、これまでゲッタリング能力を付与するための注入元素としては全く注目されてこなかった、原子半径の小さな水素イオンを注入することに本発明者は着目した。水素イオン注入であれば、高濃度にイオン注入しても、ゲッタリングサイトとなる水素注入領域には酸素が捕獲されないため、酸素ドナーが発生しないことを本発明者は見出したのである。加えて、水素イオン注入であっても、十分なゲッタリング能力をシリコンウェーハに付与できることを見出したのである。さらに、シリコンウェーハに水素イオンを注入して、このシリコンウェーハにエピタキシャル層を形成してエピタキシャルウェーハを作製すると、ゲッタリング能力を維持しつつ、抵抗変動が生じないエピタキシャルウェーハが得られることを本発明者は見出した。また、このシリコンウェーハを活性層用ウェーハとする貼り合わせウェーハを作製しても、やはりゲッタリング能力を維持しつつ、抵抗変動が生じない貼り合わせウェーハが得られることを本発明者は見出した。
すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
【００１９】
本発明によるシリコンウェーハの製造方法は、シリコンウェーハのおもて面から水素イオンを１．０×１０１３〜３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量で注入して、前記水素イオンが固溶してなるゲッタリング層を形成することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明によるシリコンウェーハの製造方法において、前記シリコンウェーハの深さ方向における前記水素の濃度プロファイルのピークが、前記おもて面から１．０μｍ未満の範囲内に位置するように、前記水素イオンを注入することが好ましい。
【００２１】
また、本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法は、上記方法により得られたシリコンウェーハの前記おもて面にエピタキシャル層を形成することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明による貼り合わせウェーハの製造方法は、上記方法により得られたシリコンウェーハの前記おもて面を、絶縁膜を介して支持基板用ウェーハと貼り合わせることを特徴とする。
【００２３】
この場合、前記貼り合わせに先立ち、前記絶縁膜を、前記支持基板用ウェーハに形成することが好ましい。
【００２４】
さらに、本発明によるシリコンウェーハは、シリコンウェーハのおもて面側に形成された、該シリコンウェーハ中に水素が固溶してなるゲッタリング層を有するシリコンウェーハであって、
前記シリコンウェーハの深さ方向における前記水素の濃度プロファイルのピーク濃度が、１．０×１０１８〜１．０×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明によるシリコンウェーハは、前記シリコンウェーハのおもて面からの深さが１．０μｍ以下の範囲内に、前記水素の濃度プロファイルのピークが位置することが好ましい。
【００２６】
また、本発明によるエピタキシャルウェーハは、上記シリコンウェーハの前記おもて面上に、エピタキシャル層を形成してなるエピタキシャルウェーハであって、
前記エピタキシャル層を形成した後に、前記水素の濃度プロファイルのピーク濃度が７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、かつ前記ゲッタリング層内に金属不純物を捕獲する結晶欠陥を有することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明による貼り合わせウェーハは、上記シリコンウェーハの前記おもて面を、絶縁膜を介して支持基板用ウェーハと貼り合わせてなる貼り合わせウェーハであって、
前記貼り合わせ後に、前記水素の濃度プロファイルのピーク濃度が７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、かつ前記ゲッタリング層内に金属不純物を捕獲する結晶欠陥を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、シリコンウェーハに水素イオンを注入するので、ゲッタリング能力を有するシリコンウェーハであって、このシリコンウェーハを用いてエピタキシャルウェーハまたは貼り合わせウェーハを作製しても、ゲッタリング能力を維持しつつ、抵抗変動を生じさせないシリコンウェーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に従うシリコンウェーハの製造方法を説明する摸式断面図である。
【図２】本発明の一実施形態において用いるプラズマイオン照射装置の模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態に従うエピタキシャルウェーハの製造方法を説明する摸式断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に従う貼り合わせウェーハの製造方法を説明する摸式断面図である。
【図５】実施例１におけるシリコンウェーハの深さ方向における濃度プロファイルを示すグラフであり、（Ａ）は発明例１−１のグラフであり、（Ｂ）は比較例１−１のグラフである。
【図６】実施例２におけるエピタキシャルウェーハのゲッタリング能力を評価したグラフであり、（Ａ）は発明例２−１のグラフであり、（Ｂ）は比較例２−１のグラフである。
【図７】エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面の光学顕微鏡写真であり、（Ａ）は発明例２−１の顕微鏡写真であり、（Ｂ）は比較例２−１の顕微鏡写真であり、（Ｃ）は従来例の顕微鏡写真である。
【図８】発明例２−１にかかるエピタキシャルウェーハの結晶欠陥を、ＤＬＴＳ法により評価したグラフである。
【図９】発明例２−１にかかるエピタキシャルウェーハの結晶欠陥を、ＣＬスペクトル法により評価したグラフである。
【図１０】エピタキシャルウェーハの表面欠陥を示すＬＰＤマップである。
【図１１】エピタキシャルウェーハの深さ方向における抵抗率分布を示すグラフであり、（Ａ）は発明例２−１のグラフであり、（Ｂ）は比較例２−１のグラフであり、（Ｃ）は従来例のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。なお、図１〜図４では説明の便宜上、実際の厚さ割合とは異なり、ウェーハ厚および層厚を誇張して示す。また、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。
【００３１】
（第１実施形態：シリコンウェーハの製造方法）
まず、図１を用いて、本発明の第１実施形態に従うシリコンウェーハの製造方法を詳細に説明する。本発明の第１実施形態に従うシリコンウェーハの製造方法は、シリコンウェーハ１０のおもて面１０Ａから水素イオン２０を１．０×１０１３〜３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量で注入して、水素イオン２０が固溶してなるゲッタリング層１１を形成することを特徴とする。図１（Ｃ）は、この製造方法の結果得られたシリコンウェーハ１００の模式断面図である。
【００３２】
まず、図１（Ａ）に示すように、シリコンウェーハ１０を用意する。シリコンウェーハ１０としては、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、任意の不純物ドーパント元素を添加して、ｎ型またはｐ型としてもよい。
【００３３】
次に、図１（Ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１０のおもて面１０Ａから水素イオン２０を１．０×１０１３〜３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量で注入する。この範囲のドーズ量で水素イオン２０を注入したことにより、図１（Ｃ）に示すように、シリコンウェーハ１０には水素イオン２０が固溶してなるゲッタリング層１１が形成され、ゲッタリング層１１を有するシリコンウェーハ１００を作製することができる。また、この範囲のドーズ量で水素イオン２０の注入を行うことにより、シリコンウェーハ１００の厚み方向における水素の濃度プロファイルのピーク濃度を、１．０×１０１８〜１．０×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることができる。
【００３４】
ここで、水素イオン２０のドーズ量を１．０×１０１３〜３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とするのは、以下の理由による。すなわち、ドーズ量が１．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上であれば、シリコンウェーハ１００は十分なゲッタリング能力を有する。一方、ドーズ量が３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であれば、シリコンウェーハのおもて面１０Ａの結晶性の乱れを抑制することができる。また、シリコンウェーハ１００の反り量が過大となることを防ぐこともできる。また、水素イオンのドーズ量が３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であれば、このシリコンウェーハ１００を用いて、後述のエピタキシャルウェーハおよび貼り合わせウェーハを作製することができる。この点、ドーズ量が例えば５．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２を超えると、シリコンウェーハ内に微小気泡層（脆化領域）が形成され、その後のエピタキシャル層の製造過程あるいは貼り合わせウェーハの製造過程において施される熱処理によって、微小気泡層を劈開面としてシリコンウェーハの表層部が剥離してしまい、エピタキシャルウェーハや貼り合わせウェーハの製品そのものの製造ができなくなる。
【００３５】
なお、より高いゲッタリング能力を得るために、ドーズ量を５．０×１０１４〜３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とすることが好ましく、５．０×１０１５〜３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とすることがさらに好ましい。
【００３６】
こうして得られたシリコンウェーハ１００は、ゲッタリング層１１をおもて面１０Ａ側の表層部に有するため、ゲッタリング能力を有することができる。また、以下の第２実施形態において詳細を後述するが、このシリコンウェーハ１００は、エピタキシャルウェーハにおける下地基板用のシリコンウェーハとして好適である。また、以下の第３実施形態において詳細を後述するが、このシリコンウェーハ１００は貼り合わせウェーハにおける活性層用ウェーハとしても好適である。このシリコンウェーハ１００を用いて作製したエピタキシャルウェーハおよび貼り合わせウェーハは、ゲッタリング能力を維持しつつ、抵抗変動を生じることがない。
【００３７】
ここで、シリコンウェーハ１０への水素イオン２０の注入にあたり、任意のイオン注入法を用いることができる。例えば、従来公知のイオン注入装置を用いたモノマーイオン注入法により、水素イオン２０をシリコンウェーハ１０に注入することができる。この場合、水素イオンの加速電圧を１０〜３００ｋｅＶ／ａｔｏｍ程度としてイオン注入すれば、水素イオンの加速電圧に依存してゲッタリング層１１のおもて面１０Ａからの深さ位置が定まる。
【００３８】
なお、「モノマーイオン」とは、下記の「クラスターイオン」とは異なり、単独の原子または分子がイオン化したイオンのことを指す。「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。
【００３９】
本実施形態において、ゲッタリング層１１のおもて面１０Ａからの深さ位置は、デバイス形成面への重金属汚染を防ぐことができる深さ位置として、適宜定めることができる。ゲッタリング層１１のおもて面１０Ａからの深さ位置の指標として、シリコンウェーハ１００の深さ方向における水素の濃度プロファイルのピーク位置を用いることとする。シリコンウェーハ１００のおもて面１０Ａからの深さが、例えば３μｍ以下の範囲内に、水素の濃度プロファイルのピークが位置するように、イオン水素イオン２０の加速電圧を上記範囲内で適宜設定すればよい。
【００４０】
しかしながら、シリコンウェーハ１０のおもて面１０Ａからの深さが、１．０μｍ未満の範囲内に、水素の濃度プロファイルのピークが位置するように、水素イオン２０を注入することがより好ましい。おもて面１０Ａ側がデバイス形成領域となる場合、おもて面１０Ａにより近い位置にゲッタリング層１１を形成することで、金属不純物をゲッタリングする能力が高まるためである。おもて面１０Ａからの深さが、０．５μｍ未満の範囲内であれば、上記効果がより得られ、０．３μｍ未満の範囲内であれば、さらに上記効果が得られる。
【００４１】
なお、この第１実施形態において、ゲッタリング層１１は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）でシリコンウェーハの深さ方向における水素の濃度プロファイルを測定した際に、水素がバックグラウンドよりも多く検出される範囲として特定される。
【００４２】
水素イオン注入は、クラスターイオン注入法により行ってもよい。既述のとおり、クラスターイオンとは、複数の原子または分子が互いに結合した塊状の集団である。クラスターイオン注入であれば、モノマーイオン注入に比べてシリコンウェーハ１０のおもて面１０Ａ側の表層部のうち、よりおもて面１０Ａに近い側にゲッタリング層１１を形成することができる。また、水素をより局所的にかつ高濃度に注入することもできる。クラスターイオン注入による場合、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るため、加速電圧は０．１〜１００KeV/Cluster程度であり、シリコンウェーハ１０のおもて面１０Ａからの深さが１．０μｍ以下の範囲内に、ゲッタリング層１１における水素の深さ方向の濃度プロファイルのピークが位置するように水素イオン２０を注入可能である。さらに、クラスターイオンを低エネルギーで照射するため、シリコンウェーハ１００のおもて面１０Ａの結晶性の乱れを抑制することもできる。
【００４３】
水素のクラスターイオンを注入する場合、例えば以下の文献に記載されるような公知の方法でクラスターイオンを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。
【００４４】
また、本発明に従う一実施形態として、プラズマイオン注入法により水素イオン２０を注入してもよい。プラズマイオン注入法は、例えば図２に示すプラズマイオン注入装置５０を用いて行うことができる。このプラズマイオン注入装置５０は、例えばプラズマチャンバ５１と、ガス導入口５２と、真空ポンプ５３と、パルス電圧印加手段５４と、ウェーハ固定台５５とを備えている。プラズマイオン注入装置５０により、水素を含む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水素イオンを、ウェーハ固定台５５に設置したシリコンウェーハ１０に注入することができる。
【００４５】
なお、水素を含むガスのプラズマの生成は、具体的には以下のように行うことができる。まず、真空ポンプ５３によりプラズマチャンバ５１内を減圧して真空とし、次いで、水素ガスをガス導入口５２からチャンバ５１内に導入して、パルス電圧印加手段５４によりウェーハ固定台５５（シリコンウェーハ１０）にパルス的に負電圧を印加することにより、水素を含むプラズマを生成することができる。パルス電圧の周波数は、１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚ程度、パルス電圧のパルス幅は１μｓｅｃ〜１０００μｓｅｃ程度で適宜定めればよい。ガス導入後のプラズマチャンバ５１内の真空度は、プラズマ状態を維持するために１．０×１０−１Ｐａ以下とすればよい。こうして生成された水素イオンは、モノマーイオンと、クラスターイオンとの混合物となる。
【００４６】
プラズマイオン注入法によって水素イオン２０をシリコンウェーハ１０に注入すると、既述のモノマーイオン注入法およびクラスターイオン注入法によるイオン注入に比べて、ゲッタリング層１１の深さ位置を、よりおもて面１０Ａ側にすることができる。ゲッタリング層１１の深さ位置は、印加するパルス電圧の大きさに依存し、２０Ｖ〜２０ｋＶ程度の範囲で適宜定めればよい。シリコンウェーハ１０のおもて面１０Ａからの深さが０．１μｍ未満の範囲内に水素の濃度プロファイルのピークが位置するように水素イオン２０を注入してもよい。なお、プラズマイオン注入法による場合、パルス電圧によっては、水素の最大濃度が出現する位置がシリコンウェーハ１０のおもて面１０Ａ側の最表面となる場合がある。そのような場合には、厳密な意味での「ピーク」とは異なるが、本明細書においては、シリコンウェーハ１０の最表面を水素濃度のピーク位置とする。この場合、注入深さは０であるが、既述のとおり、水素がバックグラウンドよりも多く検出される範囲がゲッタリング層１１である。
【００４７】
（第２実施形態：エピタキシャルウェーハの製造方法）
次に、図３を用いて、本発明の第２実施形態に従うエピタキシャルウェーハ２００の製造方法を説明する。エピタキシャルウェーハ２００の製造方法は、第１実施形態により得られるシリコンウェーハ１００のおもて面１０Ａにエピタキシャル層１２を形成することを特徴とする。
【００４８】
まず、図３（Ａ）に示すように、第１実施形態において既述した方法により、シリコンウェーハ１００を作製する。このシリコンウェーハ１００は、既述のゲッタリング層１１を有する。
【００４９】
続いて、図３（Ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１００のおもて面１０Ａにエピタキシャル層１２を形成すると、エピタキシャルウェーハ２００が得られる。シリコンウェーハ１００のおもて面１０Ａ上に形成するエピタキシャル層１２としては、シリコンエピタキシャル層が挙げられ、一般的な条件により形成することができる。例えば、水素をキャリアガスとして、ジクロロシラン、トリクロロシランなどのソースガスをチャンバー内に導入し、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℃温度範囲の温度でＣＶＤ法によりシリコンウェーハ１００上にエピタキシャル成長させることができる。エピタキシャル層１２の厚さは、１〜１５μｍ程度とすることができ、４〜８μｍ程度とすることがより好ましい。
【００５０】
ここで、例えば５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の高濃度のドーズ量で炭素イオン注入してゲッタリング層を形成したシリコンウェーハに、エピタキシャル層を形成してエピタキシャルウェーハを作製すると、このエピタキシャルウェーハはゲッタリング能力を有するものの、既述の抵抗変動が生じてしまう（例えば、後述する図１１（Ｂ）を参照）。これに対して、本発明の第２実施形態に従い、水素イオン注入により形成されたゲッタリング層１１を有するシリコンウェーハ１００にエピタキシャル層１２を形成したエピタキシャルウェーハ２００は、シリコンウェーハ１００のゲッタリング能力を維持しつつ、抵抗変動を生じることがない（例えば、後述する図１１（Ａ）を参照）ことを本発明者は見出したのである。
【００５１】
水素イオンが固溶してなるゲッタリング層１１を有するシリコンウェーハ１００にエピタキシャル層１２を形成してエピタキシャルウェーハ２００を作製した場合に、エピタキシャルウェーハ２００に抵抗変動が生じない理由を、本発明者は以下のように考えている。
１．０×１０１３〜３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量で水素イオンをシリコンウェーハ１０に注入した後であって、エピタキシャル層１２を形成する前のシリコンウェーハ１００に対して、ＳＩＭＳにより水素濃度を測定すると、以下のことが判明した。すなわち、シリコンウェーハ１００にはシリコンウェーハの深さ方向における水素の濃度プロファイルを測定した際に、水素がバックグラウンドよりも多く検出される範囲が存在し、その領域がゲッタリング層１１となる（例えば、後述する図５（Ａ））。ここで、本明細書において、水素の濃度プロファイルにおいて、７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を、ＳＩＭＳによる水素の検出限界とする。
一方、このシリコンウェーハ１００にエピタキシャル層１２を形成してエピタキシャルウェーハ２００を作製した後に、このエピタキシャルウェーハ２００に対してＳＩＭＳにより水素濃度を測定すると、以下のことが判明した。すなわち、シリコンウェーハ１００におけるゲッタリング層１１の領域内で、水素がバックグラウンドよりも多く検出される範囲が存在しなかったのである。しかしながら、このエピタキシャルウェーハ２００は、ゲッタリング能力を有することが確認された（実施例２において詳細を後述する）。本発明者がさらに検討した結果、このエピタキシャルウェーハをＤＬＴＳ法により分析すると、以下のことが判明した。すなわち、ＤＬＴＳ法を用いた分析によると、エピタキシャルウェーハ２００のゲッタリング層１２には、空孔と酸素に起因した欠陥（Ｖ−Ｏ）と推定される結晶欠陥が発生していることが確認された（実施例において詳細を後述する図８を参照）。この結果から、エピタキシャルウェーハ２００においては、水素イオン注入領域であるゲッタリング層１１に空孔が高密度で存在し、この空孔がゲッタリングシンクとして機能するものと考えられる。エピタキシャル層形成時に、水素イオン注入領域において、水素が珪素（Ｓｉ）との結合を解離して外方拡散した結果、空孔が残存したものと考えられる。このため、エピタキシャルウェーハ２００は、ゲッタリング能力を有することができる。さらに、炭素イオン注入と異なり、水素イオン注入であれば、ゲッタリング層となる水素注入領域における酸素ドナーの発生が抑制され、酸素ドナーを起因とした抵抗変動は殆ど起こらない。これは、シリコンウェーハ１００内に注入した水素がエピタキシャル層形成時に外方拡散して、注入領域に酸素が存在し難い状況になっているものと推測される。
【００５２】
本発明は理論に縛られるものではないが、本発明の第２実施形態によると、ゲッタリング能力を有し、かつ、抵抗変動を生じることがないエピタキシャルウェーハ２００を得られるという、顕著な効果を奏する。
【００５３】
なお、本実施形態においては、シリコンウェーハ１０への水素イオン２０の注入は、モノマーイオン注入法またはクラスターイオン注入法によることが好ましい。水素の濃度ピーク位置は、近接ゲッタリングの観点では最表面になるべく近いことが好ましい。しかしながら、エピタキシャル層１２の形成を容易にする観点では、水素のピーク位置を最表面よりも深層側（０．１μｍ〜１μｍ程度）にすることが好ましいからである。
【００５４】
なお、既述のとおり、この第２実施形態において、エピタキシャル層１２形成後のエピタキシャルウェーハ２００のゲッタリング層１１における水素濃度は、ＳＩＭＳ測定による検出限界以下となる。そこで、本実施形態においては、エピタキシャルウェーハ２００におけるゲッタリング層１１を、次の（１）かつ（２）を満たすものとして特定する。
（１）ＳＩＭＳによる水素濃度は検出限界以下（水素濃度が７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）である。
（２）エピタキシャル層１２を形成する前のゲッタリング層１１が位置していた部分に、金属不純物を捕獲する結晶欠陥が存在する。
【００５５】
（第３実施形態：貼り合わせウェーハの製造方法）
次に、図４を用いて、本発明の第３実施形態に従う貼り合わせウェーハ３００の製造方法を説明する。貼り合わせウェーハ３００の製造方法は、第１実施形態により得られるシリコンウェーハ１００のおもて面１０Ａを、絶縁膜３１を介して支持基板用ウェーハ３０と貼り合わせることを特徴とする。
【００５６】
まず、図４（Ａ）に示すように、第１実施形態において既述した方法により、シリコンウェーハ１００を作製する。このシリコンウェーハ１００は、既述のゲッタリング層１１を有する。なお、後述するように、このシリコンウェーハ１００は、貼り合わせウェーハ３００において活性層となり、ＳＯＩウェーハのデバイス領域として用いられる。
【００５７】
また、上記シリコンウェーハ１００とは別途、図４（Ｂ）に示すように、支持基板用ウェーハ３０を用意する。支持基板用ウェーハ３０は、貼り合わせウェーハ３００の支持基板として利用されるウェーハであり、この支持基板用ウェーハ３０としては、任意のウェーハを用いることができる
【００５８】
次に、図４（Ｃ）に示すように、例えば酸化雰囲気での熱処理などにより、絶縁膜３１を支持基板用ウェーハ３０に形成する。支持基板用ウェーハ３０の両面に絶縁膜３１を形成してもよいし、貼り合わせる側の面のみでもよい。図４（Ｃ）は、支持基板用ウェーハ３０の両面に絶縁膜３１を形成した場合の図である。
【００５９】
続いて、図４（Ｄ）に示すように、シリコンウェーハ１００のおもて面１０Ａを、絶縁膜３１を介して支持基板用ウェーハ３０と貼り合わせることで、貼り合わせウェーハ３００が得られる。この貼り合わせは、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。この貼り合わせウェーハ３００において、シリコンウェーハ１００が活性層（ＳＯＩ層）となる。より具体的には、シリコンウェーハ１００の裏面１０Ｂがデバイス領域として用いられる。
【００６０】
この貼り合わせウェーハ３００は、第２実施形態におけるエピタキシャルウェーハ２００と同様に、ゲッタリング能力を有し、かつ、抵抗変動を生じることがない貼り合わせウェーハである。
【００６１】
ここで、上記実施形態においては、図４（Ｃ）に示すように、絶縁膜３１を、支持基板用ウェーハ３０に形成した。シリコンウェーハ１００に絶縁膜を形成する場合と比較して、シリコンウェーハ１００のゲッタリング層１１への加熱機会および加熱時間を抑制できるために、貼り合わせウェーハ３００のゲッタリング能力を維持しやすいからである。このような絶縁膜３１としては、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）とすることができ、通常用いられる熱酸化膜作製装置を用いて作製することができる。絶縁膜３１の厚みは、シリコンウェーハ１００を貼り合わせウェーハにおけるＳＯＩとして用いることが可能な範囲で適宜設定することができる。限定を意図するものではないが、シリコンウェーハ１００と、支持基板用ウェーハ３０との間の絶縁膜の厚みを、例えば０．１〜１０μｍとすることができ、１０〜３０μｍとすることもできる。
【００６２】
しかしながら、絶縁膜３１を、シリコンウェーハ１００のおもて面１０Ａに形成してもよい。この場合、ゲッタリング層１１を形成する前に絶縁膜３１を形成してもよいし、ゲッタリング層１１を形成した後に絶縁膜３１を形成してもよい。ただし、シリコンウェーハ１００のゲッタリング層１１への加熱機会および加熱時間を抑制する観点では、ゲッタリング層１１を形成する前に絶縁膜３１を形成する方が好ましい。
【００６３】
また、図４（Ｄ）における、シリコンウェーハ１００と、支持基板用ウェーハ３０との貼り合わせの後に、この貼り合わせを強化するために、熱処理を施して、シリコンウェーハ１００と、支持基板用ウェーハ３０との間の貼り合わせ面の接合を強化してもよい。なお、この貼り合わせ強化熱処理は、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る。
【００６４】
なお、図４（Ｅ）に示すように、活性層（ＳＯＩ）領域となるシリコンウェーハ１００の厚さを、薄膜化処理を施すことにより薄膜化してもよい。これにより、所望の厚さの活性層（ＳＯＩ）を有する貼り合わせウェーハ３００′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、薄膜化処理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。さらに、支持基板用ウェーハ３０を薄膜化してもよく、この薄膜化の際に、貼り合わせ面以外の面の絶縁膜を研削・研磨してもよい。
【００６５】
第２実施形態と同様に、この第３実施形態において、貼り合わせウェーハ３００のゲッタリング層１１における水素濃度は、ＳＩＭＳ測定による検出限界以下となる。そこで、本実施形態においては、貼り合わせウェーハ３００におけるゲッタリング層１１を、次の（１）かつ（２）を満たすものとして特定する。
（１）ＳＩＭＳによる水素濃度は検出限界以下（水素濃度が７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）である。
（２）貼り合わせ前にゲッタリング層１１が位置していた部分に、金属不純物を捕獲する結晶欠陥が存在する。
【００６６】
次に、上記第１，第２および第３実施形態に従う製造方法により得られるシリコンウェーハ１００，エピタキシャルウェーハ２００および貼り合わせウェーハ３００についてそれぞれ説明する。
【００６７】
（シリコンウェーハ）
図１（Ｃ）に示すように、本発明に従うシリコンウェーハ１００は、シリコンウェーハ１０のおもて面１０Ａ側に形成された、シリコンウェーハ１０中に水素が固溶してなるゲッタリング層１１を有するシリコンウェーハ１００であって、シリコンウェーハの深さ方向における水素の濃度プロファイルのピーク濃度が、１．０×１０１８〜１．０×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることを特徴とする。
【００６８】
すなわち、既述の本発明の第１実施形態に従うシリコンウェーハの製造方法により、シリコンウェーハ１００はゲッタリング能力を有することができる。また、このシリコンウェーハ１００は、エピタキシャルウェーハにおける下地基板用のシリコンウェーハとして好適である。また、このシリコンウェーハ１００は、貼り合わせウェーハにおける活性層用ウェーハとしても好適である。このシリコンウェーハ１００を用いて作製したエピタキシャルウェーハおよび貼り合わせウェーハは、ゲッタリング能力を維持しつつ、抵抗変動を生じることがないためである。
【００６９】
なお、より高いゲッタリング能力を得るために、水素の濃度プロファイルのピーク濃度を１．０×１０１９〜１．０×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることが好ましく、１．０×１０２０〜１．０×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることがさらに好ましい。
【００７０】
また、より高いゲッタリング能力を得るには、シリコンウェーハ１０の表面近傍にゲッタリング層１１を形成することが望ましく、シリコンウェーハ１０のおもて面１０Ａからの深さが１．０μｍ未満の範囲内に、水素の濃度プロファイルのピークが位置することが好ましい。
【００７１】
（エピタキシャルウェーハ）
本発明に従うエピタキシャルウェーハ２００を図３（Ｂ）に示す。このエピタキシャルウェーハ２００は、既述のシリコンウェーハ１００のおもて面１０Ａ上に、エピタキシャル層１２を形成してなるエピタキシャルウェーハであって、エピタキシャル層１２を形成した後に、シリコンウェーハ１００の深さ方向における水素の濃度プロファイルのピーク濃度が７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、かつゲッタリング層１１内に金属不純物を捕獲する結晶欠陥を有することを特徴とする。
【００７２】
このエピタキシャルウェーハ２００は、ゲッタリング能力を有し、かつ、抵抗変動を生じることがないという顕著な特徴を有する。
【００７３】
また、水素の濃度プロファイルのピークをシリコンウェーハのおもて面１０Ａからの深さが１．０μｍ以下の範囲内に位置させることにより、Ｃｏなど拡散速度が比較的遅い金属不純物までを十分にゲッタリングすることができ、好ましい。
【００７４】
（貼り合わせウェーハ）
本発明に従う貼り合わせウェーハ３００を図４（Ｄ）に示す。この貼り合わせウェーハ３００は、既述のシリコンウェーハ１００のおもて面１０Ａを、絶縁膜３１を介して支持基板用ウェーハ３０と貼り合わせてなる貼り合わせウェーハであって、前記貼り合わせ後に、シリコンウェーハの深さ方向における水素の濃度プロファイルのピーク濃度が７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、かつゲッタリング層１１内に金属不純物を捕獲する結晶欠陥を有することを特徴とする。
【００７５】
この貼り合わせウェーハ３００は、ゲッタリング能力を有し、かつ、抵抗変動を生じることがないという顕著な特徴を有する。
【００７６】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００７７】
（シリコンウェーハ；発明例１−１）
ＣＺ単結晶から得たｎ型シリコンウェーハ（直径：３００ｍｍ、厚み：７７５μｍ、ドーパント種類：リン、抵抗率：１５Ω・ｃｍ、酸素濃度：１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を用意した。次いで、大電流型イオン注入装置を用いて、ドーズ量：５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、加速電圧：１７ｋｅＶ／ａｔｏｍで水素のモノマーイオンをシリコンウェーハの表面に注入し、シリコンウェーハを作製した。
【００７８】
（比較例１−１）
水素イオン注入に替えて、加速電圧：６０ｋｅＶ／ａｔｏｍで炭素イオン注入した以外は、発明例１−１と同様にしてシリコンウェーハを作製した。
【００７９】
（評価１−１：ＳＩＭＳ測定）
発明例１−１および比較例１−１のシリコンウェーハについてＳＩＭＳ測定を行い、水素および炭素の濃度プロファイルをそれぞれ得た。結果を図５（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ示す。なお、横軸の深さはシリコンウェーハのおもて面（イオン注入した側の面）を０としている。図５（Ａ），（Ｂ）から、発明例１−１および比較例１−１では、約０．２μｍの深さ位置に注入イオンのピーク濃度が発生していることがわかる。
【００８０】
（評価１−２：ゲッタリング能力評価）
発明例１−１および比較例１−１のシリコンウェーハ表面を、Ｎｉ汚染液（１．０×１０１３／ｃｍ２）で、スピンコート汚染法を用いて故意に汚染し、次いで、窒素雰囲気中において９００℃で３０分間の熱処理を施した。
その後、シリコンウェーハ中のＮｉの濃度をＳＩＭＳにより測定して、各シリコンウェーハのゲッタリング性能を評価したところ、発明例１−１および比較例１−１のシリコンウェーハはともに、１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のＮｉのピーク濃度が観察され、十分なゲッタリング能力を有することが確認された。
【実施例２】
【００８１】
（エピタキシャルウェーハ；発明例２−１）
上記実施例１の発明例１−１と同じ方法で、エピタキシャルウェーハの下地基板としてシリコンウェーハを作製した。続いて、このシリコンウェーハをエピタキシャル成長装置（アプライドマテリアルズ社製）内に搬送し、装置内で１１２０℃の温度で３０秒の水素ベーク処理を施した後、水素をキャリアガス、トリクロロシランをソースガス、フォスフィンをドーパントガスとし、１０００〜１１５０℃の成長温度で、ＣＶＤ法によりシリコンウェーハ上にシリコンのエピタキシャル層（目標厚み：８μｍ、ドーパント種類：リン、目標抵抗率：６５Ω・ｃｍ）をエピタキシャル成長させ、本発明に従うエピタキシャルウェーハを作製した。
【００８２】
（比較例２−１）
水素イオン注入に替えて、加速電圧：６０ｋｅＶ／ａｔｏｍでシリコンウェーハに炭素イオンを注入した以外は、発明例２−１と同様にしてエピタキシャルウェーハを作製した。
【００８３】
（従来例）
シリコンウェーハに対して水素イオンを注入しなかった以外は、発明例２−１と同様にしてエピタキシャルウェーハを作製した。すなわち、従来例のエピタキシャルウェーハには、イオン注入領域が形成されていない。
【００８４】
（評価２−１：ＳＩＭＳ測定によるゲッタリング能力評価）
発明例２−１および比較例２−１のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の表面を、Ｎｉ汚染液（１．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）を用いてスピンコート汚染法により故意に汚染し、次いで、窒素雰囲気中において９００℃で３０分間の熱処理を施した。その後、エピタキシャルウェーハ中のＮｉの濃度をＳＩＭＳにより測定して、各エピタキシャルウェーハのゲッタリング性能を評価した。結果を図６（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ示す。なお、横軸の深さは、エピタキシャル層表面を０としている。
【００８５】
（評価２−２：光学顕微鏡によるゲッタリング能力評価）
上記評価２−１で行ったＮｉの故意汚染を、発明例２−１，比較例２−１および従来例で作製したエピタキシャルウェーハに対して行い、ライト液へ３分間浸した後、故意汚染後のエピタキシャル層表面を光学顕微鏡で観察し、エピタキシャル層表面で観察されるピット（ニッケルシリサイド起因の表面ピット：Ｎｉピット）の発生の有無を調査した。結果を図７（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示す。
【００８６】
（評価２−３：ＳＩＭＳ測定による下地基板の評価）
発明例２−１および比較例２−１のエピタキシャルウェーハについてＳＩＭＳ測定を行い、下地基板の水素濃度および炭素濃度のプロファイルをそれぞれ測定した。
発明例２−１においては、シリコン基板の水素濃度は検出限界（７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）以下であり、水素イオン注入領域において水素濃度を測定することができなかった。一方、比較例２−１においては、シリコン基板に炭素イオンを注入した領域において、炭素濃度のピークの存在が確認され、炭素のピーク濃度は３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【００８７】
（評価２−４：ＤＬＴＳ法によるゲッタリング層評価）
発明例２−１で作製したエピタキシャルウェーハに対してＤＬＴＳ測定（Deep Level Transient Spectroscopy、深準位過渡分光法）を行った。測定条件としては、逆電圧を４Ｖ、パルス電圧を８Ｖとして、エピタキシャル層とシリコンウェーハのおもて面との界面からシリコン基板側の深さ方向約０〜１μｍの領域を測定した。結果を図８に示す。なお、ＤＬＴＳ測定とは、ショットキー接合またはｐｎ接合に逆方向電圧を印加して接合部の空乏層を広げ、印加電圧を変化させた際の静電容量（キャパシタンス）変化を測定する方法である。静電容量変化の温度依存性に基づき、深い準位（トラップ）を測定することができ、その結果、結晶欠陥を測定することができる。
【００８８】
（評価２−５：ＣＬ法によるゲッタリング層評価）
発明例２−１で作製したエピタキシャルウェーハを斜め研磨加工したサンプルに対して断面方向からＣＬ（Cathode Luminescence、カソードルミネッセンス）法を行い、ＣＬスペクトルを取得した。測定条件としては、33K下において電子線を20keVで照射した。結果を図９に示す。なお、ＣＬ法とは、試料に電子線を照射した際に放出される光を検出する手法であり、伝導帯の底付近から価電子帯の頂上付近への遷移を検出して、結晶欠陥を測定する方法である。
【００８９】
（評価２−６：表面欠陥評価）
発明例２−１，比較例２−１および従来例で作製したエピタキシャルウェーハについて、ウェーハ表面検査装置（ケーエルテンコール社製、ＳＰ−１）を用いて、エピタキシャル層表面で観察されるサイズ０．１６μｍ以上の表面欠陥（ＬＰＤ：Light Point Defect）を評価した。検出したＬＰＤマップを図１０に示す。
【００９０】
（評価２−７：抵抗率の評価）
発明例２−１，比較例２−１および従来例で作製したエピタキシャルウェーハの、深さ方向における抵抗率の分布を抵抗率測定装置（型番：ＳＳＭ２０００、日本エス・エス・エム株式会社製）を用いて、広がり抵抗法（ＳＲ法；Spreading Resistance Analysis）により測定した。結果を図１１（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示す。なお、図１１の横軸の深さはエピタキシャル層表面を０としている。
【００９１】
（評価結果）
まず、評価２−１による図６（Ａ），（Ｂ）から、発明例２−１のエピタキシャルウェーハも、比較例２−１のエピタキシャルウェーハも、エピタキシャル層形成後において、下地基板のシリコンウェーハ内に高濃度のＮｉのピーク濃度が観察され、Ｎｉに対する十分なゲッタリング能力を維持していることがわかる。また、評価２−２による図７（Ａ），（Ｂ）からもわかるように、発明例２−１と比較例２−１とではＮｉピットが観察されず、どちらも十分なゲッタリング能力を有することがわかる。一方、図７（Ｃ）からわかるように、従来例では多数のＮｉピットが観察され、ゲッタリング能力が低いことがわかる。
【００９２】
評価２−３に既述のとおり、発明例２−１のエピタキシャルウェーハには、ゲッタリングシンクとしての水素注入領域は、検出限界７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のＳＩＭＳ測定においては観測されなかった。一方で、評価２−４による図８から、発明例２−１には、空孔および酸素による欠陥（Ｖ−Ｏ）が発生する準位に相当する位置（９０Ｋ）と、空孔およびリンによる欠陥（Ｖ−Ｐ）が発生する準位に相当する位置（２２０Ｋ）とでそれぞれ濃度ピークが観察され、欠陥（Ｖ−Ｏ）と推定できる結晶欠陥と欠陥（Ｐ−Ｏ）と推定できる結晶欠陥とが観察された。また、評価２−５による図９からも、水素イオン注入領域において、波長域１４００〜１５００ｎｍで結晶欠陥が存在することが確認された。これらの結果から、発明例２−１のエピタキシャルウェーハにおいては、下地基板への水素イオン注入領域に空孔が高密度で存在し、この空孔がゲッタリングシンクとして機能したと考えられる。エピタキシャル層形成前には水素の固溶領域（水素イオン注入領域）が存在し、エピタキシャル層形成後には水素を検出することはできないものの、空孔および酸素による欠陥と、空孔およびリンによる欠陥（Ｖ−Ｐ）とが存在する。このことを考えると、エピタキシャル層形成時に、水素イオン注入領域において、水素が珪素（Ｓｉ）との結合を解離して外方拡散した結果、空孔が残存したものと考えられる。
【００９３】
また、評価２−６による図１０から、比較例２−１および従来例と比較しても、水素イオンを注入した発明例２−１のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面の表面欠陥（ＬＰＤ）は、比較例２−１および従来例と同程度であった。すなわち、水素イオン注入によるエピタキシャル層への表面欠陥の影響は認められなかった。
【００９４】
さらに、評価２−７による図１１（Ａ），（Ｃ）から明らかなように、発明例２−１および従来例における深さ方向における抵抗率分布は、同様の分布を示した。エピタキシャル層とシリコン基板との界面近傍領域における抵抗率は、シリコン基板の抵抗率からエピタキシャル層の目標抵抗率に向けて徐々に増加していった。このように、発明例２−１および従来例では、エピタキシャル層とシリコン基板との界面近傍において抵抗率が著しく低くなる領域（抵抗変動領域）は存在しなかった。すなわち、発明例２−１および従来例では抵抗変動は生じなかった。一方、図１１（Ｂ）から明らかなように、高濃度の炭素イオンを注入した比較例２−１には、エピタキシャル層とシリコン基板との界面近傍領域において、抵抗率が０に急峻に近づく領域が生じていた。かかる領域は、シリコン基板の抵抗率：１５Ω・ｃｍおよびエピタキシャル層の目標抵抗率：６５Ω・ｃｍから、著しく乖離する領域であり、抵抗変動領域である。これらの結果から、発明例２−１および従来例のエピタキシャルウェーハには抵抗変動は生じなかったが、比較例２−１のエピタキシャルウェーハには抵抗変動は生じていたことがわかる。
【００９５】
以上のことから、発明例２−１のエピタキシャルウェーハは、炭素イオン注入した比較例２−１と同程度のゲッタリング能力を有することがわかった。これに加えて、５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２と、高濃度のドーズ量で炭素イオンを注入した比較例２−１では抵抗変動の発生は不可避であったにも関わらず、水素イオンを注入した発明例２−１のエピタキシャルウェーハでは抵抗変動が生じないことがわかった。すなわち、発明例２−１のエピタキシャルウェーハは、高いゲッタリング能力を有しつつ、抵抗変動を生じることがなかった。
【実施例３】
【００９６】
（エピタキシャルウェーハ）
さらに、注入イオン種およびドーズ量の変化による影響を確認するために、シリコンウェーハへのイオン注入条件を表１に記載の条件とした以外は、実施例２における発明例２−１と同じ条件で、発明例２−２，２−３および比較例２−２〜２−６にかかるエピタキシャルウェーハを作製した。発明例２−１および比較例２−１で作製したエピタキシャルウェーハと併せて表１に示す。
【００９７】
【表１】
2015050425.tif 000003
【００９８】
（評価３−１：ＳＩＭＳ測定によるゲッタリング能力評価）
評価２−１と同様にして、さらに発明例２−２，２−３および比較例２−２〜２−４にかかるエピタキシャルウェーハの、１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のＮｉ故意汚染に対するゲッタリング能力を評価した。結果を表１に示す。なお、代表例として、既述の図６（Ａ），（Ｂ）を示す。発明例２−２，２−３および比較例２−２〜２−４については、Ｎｉの濃度プロファイルのピーク濃度を以下のようにそれぞれ分類して、評価基準とした。
◎：１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上
○：１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上〜１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満
×：１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満
ここで、Ｎｉを１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２捕獲した場合、Ｎｉのピーク濃度が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となり、エピタキシャルウェーハは十分なゲッタリング能力を有していたと言える。
【００９９】
（評価３−２：表面欠陥評価）
評価２−６と同様にして、発明例２−２，２−３および比較例２−２〜２−４にかかるエピタキシャルウェーハの表面欠陥（ＬＰＤ）を評価したところ、いずれのエピタキシャルウェーハも５個以下であり、イオン注入に起因したＬＰＤ数の増加は見られなかった。
【０１００】
（評価３−３：抵抗率の評価）
評価２−７と同様にして、広がり抵抗法により、さらに発明例２−２，２−３および比較例２−２〜２−４にかかるエピタキシャルウェーハの深さ方向における抵抗率分布を評価した。結果を表１に示す。なお、代表例として、既述の図１１（Ａ），（Ｂ）を示す。発明例２−２，２−３および比較例２−２〜２−４については、エピタキシャル層と、下地基板のシリコンウェーハとの界面における抵抗率が、エピタキシャル層の目標抵抗率：６５Ω・ｃｍから変動した比率（すなわち、抵抗変動率）を以下のようにそれぞれ分類して、評価基準とした。
◎：７０％以下
○：７０％超〜８０％以下
×：８０％超
なお、本実施例においては、８０％以下の抵抗変動率であれば、抵抗変動は生じていないと判断できる。
【０１０１】
なお、比較例２−５および比較例２−６では、エピタキシャル層形成中にウェーハが注入層領域でウェーハの剥離を生じてしまい、エピタキシャルウェーハを作製することができなかった。そのため、上記評価３−１〜３−３における評価は”−”（評価不能）の記号を用いて表１に記載している。
【０１０２】
（評価結果）
表１からわかるように、本発明条件を満足する実施例２−１〜２−３にかかるエピタキシャルウェーハはいずれも、ゲッタリング能力を有し、かつ、抵抗変動が生じなかった。一方、本発明条件を少なくとも１つ以上満足しない比較例２−１〜２−４にかかるエピタキシャルウェーハは、ゲッタリング能力と、抵抗変動が生じないこととを両立することができなかった。また、比較例２−５，２−６のイオン注入条件では、注入層領域でウェーハの剥離を生じてしまい、エピタキシャルウェーハを作製することができなかった。
【実施例４】
【０１０３】
（エピタキシャルウェーハ）
さらに、注入深さおよびドーズ量の変化による影響を確認するために、シリコンウェーハへの水素イオン注入条件を表２に記載の条件とした以外は、実施例２における発明例２−１と同じ条件で、発明例２−４〜２−６にかかるエピタキシャルウェーハを作製した。なお、注入深さは、エピタキシャル層形成前の、水素濃度のピーク位置（シリコンウェーハのおもて面を０とする）である。発明例２−１で作製したエピタキシャルウェーハと併せて表２に示す。
【０１０４】
【表２】
2015050425.tif 000004
【０１０５】
（評価３：ＳＩＭＳ測定によるゲッタリング能力評価）
評価２−１と同様にして、発明例２−４〜２−６にかかるエピタキシャルウェーハのＮｉに対するゲッタリング能力を評価した。評価基準は、評価２−１と同じであり、結果を表２に示す。
さらに、Ｎｉ以外の金属元素のゲッタリング効果を確認するため、Ｃｏ汚染液を用いて、発明例２−１および２−４〜２−６にかかるエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の表面が、１．０×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の濃度となるようにスピンコート汚染法により故意に汚染し、次いで、窒素雰囲気中において１０００℃で３０分間の熱処理を施した。その後、エピタキシャルウェーハ中のＣｏの濃度をＳＩＭＳにより測定して、各エピタキシャルウェーハのＣｏに対するゲッタリング性能を評価した。また、Ｃｏ汚染液とは別に、Ｆｅ汚染液を用いて、発明例２−１および２−４〜２−６にかかるエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の表面が、１．０×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の濃度となるようにスピンコート汚染法により故意に汚染し、同様に熱処理を施した後、エピタキシャルウェーハ中のＦｅの濃度をＳＩＭＳにより測定して、各エピタキシャルウェーハのＦｅに対するゲッタリング性能を評価した。結果を表２に示す。なお、ＳＩＭＳ測定により得られたＣｏおよびＦｅの濃度プロファイルのピーク濃度を以下のようにそれぞれ分類して、評価基準とした。
◎：１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上
○：１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上〜１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満
×：１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満
さらに、表２中、ゲッタリング能力の総合的な評価を、下記のとおりに評価した。結果を表２に示す。
◎：Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏの全てをゲッタリングすることができる。
○：拡散速度の速いＮｉをゲッタリングすることができる。
×：Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれもゲッタリングすることができない。
ここで、「ゲッタリングできる」とは、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのそれぞれの金属に対する評価水準が◎または○であることを意味し、「ゲッタリングできない」とは、評価水準が×であることを意味する。
【０１０６】
（評価結果）
表２から、水素イオンを１．０μｍ未満、例えば０．２μｍの深さ位置に注入することで、エピタキシャルウェーハは、Ｆｅ，Ｃｏなどの重金属に対しても十分なゲッタリング能力を有することができることがわかった。
【実施例５】
【０１０７】
（貼り合わせウェーハ；発明例３−１）
活性層用ウェーハとして、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：２００ｍｍ、厚さ：７２５μｍ、酸素濃度：３．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント種類：リン、目標抵抗率：６５Ω・ｃｍ、ドーパント濃度：６．６×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を用意した。また、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ｐ型のシリコンウェーハ（直径：２００ｍｍ、厚さ：７２５μｍ、酸素濃度：１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント種類：ボロン、目標抵抗率：１．５Ω・ｃｍ、ドーパント濃度：１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を用意した。
次いで、実施例１と同じイオン注入装置を用いて、ドーズ量：５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、加速電圧：１７ｋｅＶ／ａｔｏｍで水素のモノマーイオンをシリコンウェーハの表面に注入した。熱酸化膜作製装置に支持基板用ウェーハを導入して、水素及び酸素混合ガス雰囲気下で１０５０℃にて酸化膜形成処理を行い、支持基板用ウェーハに厚さ２．５μｍのシリコン酸化膜を形成した。
以上の処理が施された活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを張り合わせるにあたり、活性層用ウェーハの水素イオンを注入した側の面（おもて面）を支持基板用ウェーハの酸化膜側に貼り合わせた。次いで、貼り合わせたウェーハを、酸素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、１０００℃まで昇温して１時間保持して、貼り合わせを強化する熱処理を施して１枚の貼り合わせウェーハとした。
その後、貼り合わせウェーハにおける活性層用ウェーハ表面側（水素イオン注入した反対側の面）から研削処理を施して活性層用ウェーハの厚みを薄膜化した後、その表面を鏡面研磨して、厚み６μｍの活性層を有する貼り合わせウェーハを作製した。
【０１０８】
（発明例３−２〜３−３および比較例３−１〜３−７）
さらに、注入イオン種およびドーズ量の変化による影響を確認するために、活性層用ウェーハへのイオン注入条件を表３に記載の条件とした以外は、発明例３−１と同じ条件で、発明例３−２〜３−３および比較例３−１〜３−７にかかる貼り合わせウェーハを作製した。発明例３−１と併せて、表３に示す。
【０１０９】
【表３】
2015050425.tif 000005
【０１１０】
（評価５−１：抵抗率の評価）
評価２−７と同様にして、広がり抵抗法により、発明例３−１〜３−３および比較例３−１〜３−４にかかる貼り合わせウェーハの深さ方向における抵抗率分布を評価した。結果を表３に示す。活性層と、シリコン酸化膜（ＢＯＸ層）との界面における抵抗率が、活性層用ウェーハの目標抵抗率：６５Ω・ｃｍから変動した比率（すなわち、抵抗変動率）を以下のようにそれぞれ分類して、評価基準とした。
◎：５％以下
○：５％超〜１０％以下
×：１０％超
なお、本実施例においては、１０％以下の抵抗変動率であれば、抵抗変動は生じていないと判断できる。
【０１１１】
（評価５−２：ＳＩＭＳ測定によるゲッタリング能力評価）
評価２−１と同様にして、発明例３−１〜３−３および比較例３−１〜３−４にかかる貼り合わせウェーハのＮｉに対するゲッタリング能力を評価した。なお、評価２−１におけるエピタキシャル層表面へのＮｉ故意汚染に替えて、貼り合わせウェーハの活性層表面へＮｉ故意汚染を行っている。結果を表３に示す。評価基準は、評価２−１と同じである。
【０１１２】
なお、比較例３−５〜３−７では、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを貼り合わせる際に行った接合強化熱処理時に、活性層用ウェーハ内の注入領域においてウェーハが剥離してしまい、貼り合わせウェーハを作製することができなかった。そのため、上記評価５−１，５−２における評価は”−”（評価不能）の記号を用いて表３に記載している。
【０１１３】
（評価結果）
表３からわかるように、本発明条件を満足する実施例３−１〜３−３にかかる貼り合わせウェーハはいずれも、ゲッタリング能力を有し、かつ、抵抗変動が生じなかった。一方、本発明条件を少なくとも１つ以上満足しない比較例３−１〜３−４にかかる貼り合わせウェーハは、ゲッタリング能力と、抵抗変動が生じないこととを両立することができなかった。また、比較例３−５〜３−７のイオン注入条件では、貼り合わせウェーハを作製することができなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明によれば、シリコンウェーハに水素イオンを注入するので、ゲッタリング能力を有するシリコンウェーハであって、このシリコンウェーハを用いてエピタキシャルウェーハまたは貼り合わせウェーハを作製しても、ゲッタリング能力を維持しつつ、抵抗変動を生じさせないシリコンウェーハを製造することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１０        シリコンウェーハ
１０Ａ      シリコンウェーハのおもて面
１０Ｂ      シリコンウェーハの裏面
１１        ゲッタリング層
１２        エピタキシャル層
２０        水素イオン
３０        支持基板用ウェーハ
３１        絶縁膜（シリコン酸化膜）
５０        プラズマイオン注入装置
５１        プラズマチャンバ
５２        ガス導入口
５３        真空ポンプ
５４        パルス電圧印加手段
５５        ウェーハ固定台
１００      シリコンウェーハ
２００      エピタキシャルウェーハ
３００      貼り合わせウェーハ
【図１】
2015050425.tif 000006
【図２】
2015050425.tif 000007
【図３】
2015050425.tif 000008
【図４】
2015050425.tif 000009
【図５】
2015050425.tif 000010
【図６】
2015050425.tif 000011
【図８】
2015050425.tif 000012
【図９】
2015050425.tif 000013
【図１０】
2015050425.tif 000014
【図１１】
2015050425.tif 000015
【図７】
2015050425.tif 000016