(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基材および前記第１の基材上の少なくとも一部の領域に設けられＳｉ−Ｈ結合を含む多結晶シリコンで構成された第１の接合膜を備える第１の被着体と、第２の基材および前記第２の基材上の少なくとも一部の領域に設けられＳｉ−Ｈ結合を含む多結晶シリコンで構成された第２の接合膜を備える第２の被着体とを、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜を介して接合する接合方法であって、
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜のうち、少なくとも一部の所定領域に対してエネルギーを付与して、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の表面の前記Ｓｉ−Ｈ結合を切断することにより、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の所定領域に接着性を発現させる工程と、
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の前記所定領域同士が密着するように、前記第１の被着体と前記第２の被着体とを、前記第１の接合膜と前記第２の接合膜を介して貼り合わせ、接合体を得る工程と、を有することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、シラン系ガスを主成分とする原料ガスを用いた水素雰囲気下におけるエピタキシャル成長により形成されたものである請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、シラン系ガスを主成分とする原料ガスを用いたエピタキシャル成長により形成された膜に対し、フッ酸含有液によるエッチングおよび水素プラズマ処理のうちの少なくとも１種を施してなるものである請求項１に記載の接合方法。
【請求項４】
前記シラン系ガスは、モノシランガスである請求項２または３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記第１の基材および前記第２の基材は、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜を形成する領域に、あらかじめ結晶シリコンで構成されたシード層を有しており、
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、前記シード層上にホモエピタキシャル成長させることによって形成されたものである請求項２ないし４のいずれかに記載の接合方法。
【請求項６】
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、アモルファスシリコンで構成された膜に対し、水素雰囲気下における熱処理によって、前記アモルファスシリコンを結晶化させてなるものである請求項１に記載の接合方法。
【請求項７】
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜中の水素原子の含有率は、１〜４０原子％である請求項１ないし６のいずれかに記載の接合方法。
【請求項８】
前記多結晶シリコンの結晶の平均粒径は、１０ｎｍ〜１００μｍである請求項１ないし７のいずれかに記載の接合方法。
【請求項９】
前記第２の工程において、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の一部の所定領域に対してエネルギーを付与し、
前記第３の工程において、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の前記所定領域同士が重なり合うように、前記第１の被着体と前記第２の被着体とを貼り合わせ、これらを部分的に接合する請求項１ないし８のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１０】
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜に対するエネルギーの付与は、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜にエネルギー線を照射する方法、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜を加熱する方法、および前記第１の接合膜および前記第２の接合膜に圧縮力を付与する方法のうちの少なくとも１つの方法により行われる請求項１ないし９のいずれかに記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの部材（基材）同士を接合（接着）する際には、従来、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤等の接着剤を用いて行う方法が多く用いられている。
接着剤は、種々の材料で構成された部材同士を、様々な組み合わせで接着することができる。
例えば、インクジェットプリンタが備える液滴吐出ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）は、樹脂材料、金属材料、シリコン系材料等の異種材料で構成された部品同士を、接着剤を用いて接着することにより構成されている。
【０００３】
このように接着剤を用いて部材同士を接着する際には、液状またはペースト状の接着剤を接着面に塗布し、塗布された接着剤を介して部材同士を貼り合わせる。その後、熱または光の作用により接着剤が硬化すると、部材同士がアンカー効果のような物理的相互作用や、化学結合のような化学的相互作用に基づいて接着される。
ところが、部材の接着面に接着剤を塗布する際には、印刷法等の煩雑な方法を用いる必要がある。
【０００４】
また、接着面の一部の領域に対して選択的に接着剤を塗布する場合、塗布された接着剤の位置精度や厚さを制御することは、極めて困難である。このため、接着剤では、例えば、前述の液滴吐出ヘッドにおいて、部品の接着面の一部を選択的に、高い寸法精度で接着することができず、プリンタの印字結果に悪影響を及ぼす等の問題を引き起こすおそれがある。
【０００５】
また、接着剤の硬化時間が非常に長くなるため、接着に長時間を要するという問題もある。
さらに、多くの場合、接着強度を高めるためにプライマーを用いる必要があり、そのためのコストと手間が接着工程を複雑化している。
一方、接着剤を用いない接合方法として、固体接合による方法がある。
【０００６】
固体接合は、接着剤等の中間層が介在することなく、部材同士を直接接合する方法である（例えば、特許文献１参照）。
このような固体接合によれば、接着剤のような中間層を用いないので、寸法精度の高い接合体を得ることができる。
しかしながら、部材の材質に制約があるという問題がある。具体的には、一般に、固体接合は、同種材料同士の接合しか行うことができない。また、接合可能な材料は、シリコン系材料や一部の金属材料等に限られている。
また、固体接合では、２つの部材の各接合面のうち、互いに接触している面全体が接合してしまい、一部を部分的に接合することができない。したがって、例えば、熱膨張率の異なる異種材料同士を接合面全体で接合する場合、熱膨張率差に伴って接合界面に大きな応力が発生し、接合体の反りや剥離等の問題を引き起こすおそれがある。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−８２４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、接合される部材の構成材料によらず、２つの部材同士を高い寸法精度で強固に接合可能な接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の接合方法は、第１の基材および前記第１の基材上の少なくとも一部の領域に設けられＳｉ−Ｈ結合を含む多結晶シリコンで構成された第１の接合膜を備える第１の被着体と、第２の基材および前記第２の基材上の少なくとも一部の領域に設けられＳｉ−Ｈ結合を含む多結晶シリコンで構成された第２の接合膜を備える第２の被着体とを、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜を介して接合する接合方法であって、
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜のうち、少なくとも一部の所定領域に対してエネルギーを付与して、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の表面の前記Ｓｉ−Ｈ結合を切断することにより、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の所定領域に接着性を発現させる工程と、
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の前記所定領域同士が密着するように、前記第１の被着体と前記第２の被着体とを、前記第１の接合膜と前記第２の接合膜を介して貼り合わせ、接合体を得る工程と、を有することを特徴とする。
これにより、接合される部材の構成材料によらず、２つの部材同士を高い寸法精度で強固に接合することができる。また、２つの部材間にキャリア移動度の高い半導体素子を構築することができる。
【００１０】
本発明の接合方法では、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、シラン系ガスを主成分とする原料ガスを用いた水素雰囲気下におけるエピタキシャル成長により形成されたものであることが好ましい。
これにより、水素を均一に含有する多結晶シリコンで構成された接合膜が得られる。このような接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合に由来する優れた接着性をムラなく示すとともに、エピタキシャル成長によって結晶性の高い多結晶シリコンで構成されていることにより、優れた半導体特性を示す均質な膜となる。
【００１１】
本発明の接合方法では、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、シラン系ガスを主成分とする原料ガスを用いたエピタキシャル成長により形成された膜に対し、フッ酸含有液によるエッチングおよび水素プラズマ処理のうちの少なくとも１種を施してなるものであることが好ましい。
これにより、各接合膜により多くのＳｉ−Ｈ結合を付加することができ、各接合膜の表面に露出するＳｉ−Ｈ結合の数がより多くなる。その結果、各接合膜の接着性をより高めることができる。
本発明の接合方法では、前記シラン系ガスは、モノシランガスであることが好ましい。
【００１２】
本発明の接合方法では、前記第１の基材および前記第２の基材は、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜を形成する領域に、あらかじめ結晶シリコンで構成されたシード層を有しており、
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、前記シード層上にホモエピタキシャル成長させることによって形成されたものであることが好ましい。
これにより、シード層として結晶性の高いものを用いることにより、各接合膜は、シード層に対して結晶方位を維持しつつ成長することができるので、結晶性の高いものとなる。その結果、半導体特性に優れた接合膜を確実に形成することができる。
【００１３】
本発明の接合方法では、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、アモルファスシリコンで構成された膜に対し、水素雰囲気下における熱処理によって、前記アモルファスシリコンを結晶化させてなるものであることが好ましい。
これにより、各基材の結晶性に依存せず、多結晶シリコンで構成された接合膜を効率よく形成することができる。その結果、各基材の構成材料の選択の幅を広げることができる。
【００１４】
本発明の接合方法では、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜中の水素原子の含有率は、１〜４０原子％であることが好ましい。
これにより、各接合膜中のＳｉ−Ｈ結合の含有率が最適化されるので、各接合膜に、部材間の接合に必要かつ十分な接着性を発現させることができる。
【００１５】
本発明の接合方法では、前記多結晶シリコンの結晶の平均粒径は、１０ｎｍ〜１００μｍであることが好ましい。
これにより、結晶粒が肥大し過ぎて、粒界の接合強度が著しく低下するのを防止しつつ、多結晶シリコン中のキャリア移動度を十分に高めることができる。その結果、各接合膜は、高い接着性と優れた半導体特性とを両立し得るものとなる。
【００１６】
本発明の接合方法では、前記第２の工程において、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の一部の所定領域に対してエネルギーを付与し、
前記第３の工程において、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の前記所定領域同士が重なり合うように、前記第１の被着体と前記第２の被着体とを貼り合わせ、これらを部分的に接合することが好ましい。
これにより、一部の領域のみを選択的に接合することができる。そして、所定領域を制御することのみで、接合される領域を簡単に選択することができる。その結果、接合部の面積や形状を制御することによって、接合体の接合強度を容易に調整することができる。また、接合部の面積や形状を制御することにより、接合部に生じる応力の局所集中を緩和することができる。
【００１７】
本発明の接合方法では、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜に対するエネルギーの付与は、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜にエネルギー線を照射する方法、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜を加熱する方法、および前記第１の接合膜および前記第２の接合膜に圧縮力を付与する方法のうちの少なくとも１つの方法により行われることが好ましい。
これにより、接合膜に対して比較的簡単に効率よくエネルギーを付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の接合方法、接合体、半導体装置および光電変換素子を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜接合方法＞
≪第１実施形態≫
まず、本発明の接合方法の第１実施形態について説明する。
図１ないし図４は、それぞれ本発明の接合方法の第１実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図１ないし図４中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００２３】
本発明の接合方法は、第１の基材２１と第２の基材２２とを、水素を含有する多結晶シリコン（Ｓｉ−Ｈ結合を含む多結晶シリコン）で構成された接合膜３１、３２を介して接合する方法である。
具体的には、本発明の接合方法は、［１］第１の基材２１と第１の接合膜３１とを備える第１の被着体４１と、第２の基材２２と第２の接合膜３２とを備える第２の被着体４２とを用意する第１の工程と、［２］各接合膜３１、３２にエネルギーを付与して、各接合膜３１、３２の表面のＳｉ−Ｈ結合を切断することにより、各接合膜３１、３２に接着性を発現させる第２の工程と、［３］各接合膜３１、３２同士が密着するように、第１の被着体４１と第２の被着体４２とを貼り合わせ、接合体１を得る第３の工程とを有する。以下、各工程について順次説明する。
【００２４】
［１］まず、第１の基材２１および第２の基材２２を用意する。
このような第１の基材２１および第２の基材２２の各構成材料は、それぞれ特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−（４−メチルペンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アラミド系樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等の樹脂系材料、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍのような金属、またはこれらの金属を含む合金、炭素鋼、ステンレス鋼、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ガリウムヒ素のような金属系材料、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコンのようなシリコン系材料、ケイ酸ガラス（石英ガラス）、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、鉛（アルカリ）ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス系材料、アルミナ、ジルコニア、フェライト、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステンのようなセラミックス系材料、グラファイトのような炭素系材料、またはこれらの各材料の１種または２種以上を組み合わせた複合材料等が挙げられる。
【００２５】
また、第１の基材２１および第２の基材２２は、それぞれ、その表面に、Ｎｉめっきのようなめっき処理、クロメート処理のような不働態化処理、または窒化処理等を施したものであってもよい。
なお、第１の基材２１の構成材料と第２の基材２２の構成材料とは、それぞれ同じでも、異なっていてもよい。
【００２６】
また、第１の基材２１の熱膨張率と第２の基材２２の熱膨張率は、ほぼ等しいのが好ましい。これらの熱膨張率がほぼ等しければ、第１の基材２１と第２の基材２２とを接合した際に、その接合界面に熱膨張に伴う応力が発生し難くなる。その結果、最終的に得られる接合体１において、剥離を確実に防止することができる。
なお、後に詳述するが、第１の基材２１の熱膨張率と第２の基材２２の熱膨張率が互いに異なる場合でも、後述する工程において、第１の基材２１と第２の基材２２とを接合する際の条件を最適化することにより、これらを高い寸法精度で強固に接合することができる。
【００２７】
また、２つの基材２１、２２は、互いに剛性が異なるのが好ましい。これにより、２つの基材２１、２２をより強固に接合することができる。
また、２つの基材２１、２２のうち、少なくとも一方の構成材料は、樹脂材料であるのが好ましい。樹脂材料は、その柔軟性により、２つの基材２１、２２を接合した際に、その接合界面に発生する応力（例えば、熱膨張に伴う応力等）を緩和することができる。このため、接合界面が破壊し難くなり、結果的に、接合強度の高い接合体１を得ることができる。
【００２８】
なお、上記のような観点から、２つの基材２１、２２のうちの少なくとも一方は、可撓性を有しているのが好ましい。これにより、接合体１の接合強度のさらなる向上を図ることができる。さらに、２つの基材２１、２２の双方が可撓性を有している場合には、全体として可撓性を有し、機能性の高い接合体１が得られる。
また、各基材２１、２２の形状は、それぞれ、各接合膜３１、３２を支持する面を有するような形状であればよく、例えば、板状（層状）、塊状（ブロック状）、棒状等とされる。
【００２９】
なお、本実施形態では、図１に示すように、各基材２１、２２がそれぞれ板状をなしている。これにより、各基材２１、２２は撓み易くなり、２つの基材２１、２２を重ね合わせたときに、互いの形状に沿って十分に変形し得るものとなる。このため、２つの基材２１、２２を重ね合わせたときの密着性が高くなり、最終的に得られる接合体１における接合強度が高くなる。
また、各基材２１、２２が撓むことによって、接合界面に生じる応力を、ある程度緩和する作用が期待できる。
この場合、各基材２１、２２の平均厚さは、特に限定されないが、０．０１〜１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．１〜３ｍｍ程度であるのがより好ましい。
【００３０】
次に、必要に応じて、第１の基材２１の接合面２３に第１の接合膜３１との密着性を高める表面処理を施す。これにより、接合面２３を清浄化および活性化され、接合面２３に対して第１の接合膜３１が化学的に作用し易くなる。その結果、後述する工程において、接合面２３上に第１の接合膜３１を形成したとき、接合面２３と第１の接合膜３１との接合強度を高めることができる。
この表面処理としては、特に限定されないが、例えば、スパッタリング処理、ブラスト処理のような物理的表面処理、酸素プラズマ、窒素プラズマ等を用いたプラズマ処理、コロナ放電処理、エッチング処理、電子線照射処理、紫外線照射処理、オゾン暴露処理のような化学的表面処理、または、これらを組み合わせた処理等が挙げられる。
【００３１】
なお、表面処理を施す第１の基材２１が、樹脂材料（高分子材料）で構成されている場合には、特に、コロナ放電処理、窒素プラズマ処理等が好適に用いられる。
また、表面処理として、特にプラズマ処理または紫外線照射処理を行うことにより、接合面２３を、より清浄化および活性化することができる。その結果、接合面２３と第１の接合膜３１との接合強度を特に高めることができる。
【００３２】
また、第１の基材２１の構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、第１の接合膜３１との接合強度が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる第１の基材２１の構成材料としては、例えば、前述したような各種金属系材料、各種シリコン系材料、各種ガラス系材料等を主材料とするものが挙げられる。
このような材料で構成された第１の基材２１は、その表面が酸化膜で覆われており、この酸化膜の表面には、水酸基が結合している。したがって、このような酸化膜で覆われた第１の基材２１を用いることにより、上記のような表面処理を施さなくても、第１の基材２１の接合面２３と第１の接合膜３１との接合強度を高めることができる。
【００３３】
なお、この場合、第１の基材２１の全体が上記のような材料で構成されていなくてもよく、少なくとも接合面２３付近が上記のような材料で構成されていればよい。
また、表面処理に代えて、第１の基材２１の接合面２３に、あらかじめ、中間層を形成しておいてもよい。
この中間層は、いかなる機能を有するものであってもよく、例えば、第１の接合膜３１との密着性を高める機能、クッション性（緩衝機能）、応力集中を緩和する機能等を有するものが好ましい。このような中間層上に第１の接合膜３１を成膜することにより、最終的に、信頼性の高い接合体１を得ることができる。
【００３４】
かかる中間層の構成材料としては、例えば、アルミニウム、チタンのような金属系材料、金属酸化物、シリコン酸化物のような酸化物系材料、金属窒化物、シリコン窒化物のような窒化物系材料、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボンのような炭素系材料、シランカップリング剤、チオール系化合物、金属アルコキシド、金属−ハロゲン化合物のような自己組織化膜材料、樹脂系接着剤、樹脂フィルム、樹脂コーティング材、各種ゴム材料、各種エラストマーのような樹脂系材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、これらの各材料で構成された中間層の中でも、酸化物系材料で構成された中間層によれば、第１の基材２１と第１の接合膜３１との間の接合強度を特に高めることができる。
【００３５】
一方、第１の基材２１と同様、第２の基材２２の接合面２４にも、必要に応じて、あらかじめ第２の接合膜３２との密着性を高める表面処理を施してもよい。これにより、接合面２４を清浄化および活性化する。その結果、第２の基材２２の接合面２４と第２の接合膜３２との接合強度を高めることができる。
この表面処理としては、特に限定されないが、前述の第１の基材２１の接合面２３に対する表面処理と同様の処理を用いることができる。
【００３６】
また、第１の基材２１の場合と同様に、第２の基材２２の構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、第２の接合膜３２との密着性が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる第２の基材２２の構成材料としては、例えば、前述したような各種金属系材料、各種シリコン系材料、各種ガラス系材料等を主材料とするものが挙げられる。
【００３７】
すなわち、このような材料で構成された第２の基材２２は、その表面が酸化膜で覆われており、この酸化膜の表面には、水酸基が結合している。したがって、このような酸化膜で覆われた第２の基材２２を用いることにより、上記のような表面処理を施さなくても、第２の基材２２の接合面２４と第２の接合膜３２との接合強度を高めることができる。
なお、この場合、第２の基材２２の全体が上記のような材料で構成されていなくてもよく、少なくとも接合面２４付近が上記のような材料で構成されていればよい。
【００３８】
また、表面処理に代えて、第２の基材２２の接合面２４に、あらかじめ、中間層を形成しておいてもよい。
この中間層は、いかなる機能を有するものであってもよく、例えば、前記第１の基材２１の場合と同様に、第２の接合膜３２との密着性を高める機能、クッション性（緩衝機能）、応力集中を緩和する機能等を有するものが好ましい。このような中間層上に第２の接合膜３２を成膜することにより、最終的に、信頼性の高い接合体１を得ることができる。
かかる中間層の構成材料には、例えば、前記第１の基材２１の接合面２３に形成する中間層の構成材料と同様の材料を用いることができる。
なお、上記のような表面処理および中間層の形成は、必要に応じて行えばよく、特に高い接合強度を必要としない場合には、省略することができる。
【００３９】
［２］次に、図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、第１の基材２１の接合面２３のうち、一部に設定された所定領域３１０に第１の接合膜３１を形成する。これにより、第１の基材２１と第１の接合膜３１とを有する第１の被着体４１を得る。また、図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、第２の基材２２の接合面２４のうち、一部に設定された所定領域３１０に第２の接合膜３２を形成する。これにより、第２の基材２２と第２の接合膜３２とを有する第２の被着体４２を得る。
【００４０】
各接合膜３１、３２は、第１の基材２１と第２の基材２２との間に位置し、これらの接合を担うものである。
この各接合膜３１、３２は、前述したように、水素を含有する多結晶シリコン（Ｓｉ−Ｈ結合を含む多結晶シリコン）で構成されている。また、各接合膜３１、３２の内部および表面には、Ｓｉ−Ｈ結合が含まれている。このような各接合膜３１、３２にエネルギーが付与されると、各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａ付近に存在するＳｉ−Ｈ結合が切断され、Ｈ原子が脱離した後には、各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａに接着性が発現する。
【００４１】
なお、第１の基材２１の接合面２３のうち、一部の所定領域３１０に第１の接合膜３１を形成する場合には、図１（ａ）に示すように、所定領域３１０の形状に対応する形状の窓部６１を有するマスク６を介して第１の接合膜３１を成膜するようにすればよい。また、第２の接合膜３２についても同様である。
これらの接合膜３１、３２については、後に詳述する。
【００４２】
［３］次に、第１の接合膜３１の表面３１ａおよび第２の接合膜３２の表面３２ａに対してそれぞれエネルギーを付与する。
各接合膜３１、３２にエネルギーを付与すると、各接合膜３１、３２では、図３および図４に示すように、Ｓｉ−Ｈ結合３０１が切断され、各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａに活性手３０２が生じる。これにより、各接合膜３１、３２に接着性が発現する。なお、図３および図４には、第１の接合膜３１を代表に示している。
このような状態の第１の被着体４１および第２の被着体４２は、化学的結合に基づいて互いに強固に接合可能なものとなる。
【００４３】
ここで、各接合膜３１、３２に付与するエネルギーは、いかなる方法を用いて付与されるものであってもよいが、例えば、各接合膜３１、３２にエネルギー線を照射する方法、各接合膜３１、３２を加熱する方法、各接合膜３１、３２に圧縮力（物理的エネルギー）を付与する方法、各接合膜３１、３２をプラズマに曝す（プラズマエネルギーを付与する）方法、各接合膜３１、３２をオゾンガスに曝す（化学的エネルギーを付与する）方法等が挙げられる。中でも、各接合膜３１、３２にエネルギーを付与する方法として、特に、各接合膜３１、３２にエネルギー線を照射する方法、各接合膜３１、３２を加熱する方法、および各接合膜３１、３２に圧縮力を付与する方法のうちの少なくとも１つの方法を用いるのが好ましい。かかる方法は、各接合膜３１、３２に対して比較的簡単に効率よくエネルギーを付与することができるので、エネルギーを付与する方法として好適に用いられる。
このうち、エネルギー線としては、例えば、紫外線、レーザ光のような光、Ｘ線、γ線のような電磁波、電子線、イオンビームのような粒子線等や、またはこれらのエネルギー線を２種以上組み合わせたものが挙げられる。
【００４４】
これらのエネルギー線の中でも、特に、波長１２６〜３００ｎｍ程度の紫外線を用いるのが好ましい（図１（ｃ）参照）。かかる範囲内の紫外線によれば、付与されるエネルギー量が最適化されるので、各接合膜３１、３２中の骨格をなす分子結合が必要以上に破壊されるのを防止しつつ、各接合膜３１、３２においてＳｉ−Ｈ結合を選択的に切断することができる。これにより、Ｓｉ−Ｓｉ結合が不本意に切断されるのを防止しつつ、各接合膜３１、３２に接着性を確実に発現させることができる。
【００４５】
また、紫外線によれば、広い範囲をムラなく短時間に処理することができるので、Ｓｉ−Ｈ結合の切断を効率よく行わせることができる。さらに、紫外線には、例えば、ＵＶランプ等の簡単な設備で発生させることができるという利点もある。
なお、紫外線の波長は、より好ましくは、１２６〜２００ｎｍ程度とされる。
また、ＵＶランプを用いる場合、その出力は、各接合膜３１、３２の面積に応じて異なるが、１ｍＷ／ｃｍ２〜１Ｗ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、５ｍＷ／ｃｍ２〜５０ｍＷ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。なお、この場合、ＵＶランプと各接合膜３１、３２との離間距離は、３〜３０００ｍｍ程度とするのが好ましく、１０〜１０００ｍｍ程度とするのがより好ましい。
【００４６】
また、紫外線を照射する時間は、各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａ付近のＳｉ−Ｈ結合を選択的に切断し得る程度の時間とするのが好ましい。具体的には、紫外線の光量、波長等に応じて若干異なるものの、１秒〜３０分程度であるのが好ましく、１秒〜１０分程度であるのがより好ましい。
また、紫外線は、時間的に連続して照射されてもよいが、間欠的（パルス状）に照射されてもよい。
【００４７】
一方、レーザ光としては、例えば、エキシマレーザのようなパルス発振レーザ（パルスレーザ）、炭酸ガスレーザ、半導体レーザのような連続発振レーザ等が挙げられる。中でも、パルスレーザが好ましく用いられる。パルスレーザでは、各接合膜３１、３２のレーザ光が照射された部分に経時的に熱が蓄積され難いので、蓄積された熱による各接合膜３１、３２の変質・劣化を確実に防止することができる。すなわち、パルスレーザによれば、各接合膜３１、３２の内部にまで蓄積された熱の影響がおよぶのを、防止することができる。
【００４８】
また、パルスレーザのパルス幅は、熱の影響を考慮した場合、できるだけ短い方が好ましい。具体的には、パルス幅が１ｐｓ（ピコ秒）以下であるのが好ましく、５００ｆｓ（フェムト秒）以下であるのがより好ましい。パルス幅を前記範囲内にすれば、レーザ光照射に伴って各接合膜３１、３２に生じる熱の影響を、的確に抑制することができる。なお、パルス幅が前記範囲内程度に小さいパルスレーザは、「フェムト秒レーザ」と呼ばれる。
【００４９】
また、レーザ光の波長は、特に限定されないが、例えば、２００〜１２００ｎｍ程度であるのが好ましく、４００〜１０００ｎｍ程度であるのがより好ましい。
また、レーザ光のピーク出力は、パルスレーザの場合、パルス幅によって異なるが、０．１〜１０Ｗ程度であるのが好ましく、１〜５Ｗ程度であるのがより好ましい。
さらに、パルスレーザの繰り返し周波数は、０．１〜１００ｋＨｚ程度であるのが好ましく、１〜１０ｋＨｚ程度であるのがより好ましい。パルスレーザの周波数を前記範囲内に設定することにより、レーザ光を照射した部分の温度が著しく上昇して、各接合膜３１、３２のＳｉ−Ｓｉ結合が切断されてしまうのを防止しつつ、Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に切断することができる。
【００５０】
なお、このようなレーザ光の各種条件は、レーザ光を照射された部分の温度が、好ましくは常温（室温）〜６００℃程度、より好ましくは２００〜６００℃程度、さらに好ましくは３００〜４００℃程度になるように適宜調整されるのが好ましい。これにより、各接合膜３ａ、３ｂの骨格をなすＳｉ−Ｓｉ結合までもが切断されてしまうのを防止しつつ、Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に切断することができる。
【００５１】
また、各接合膜３１、３２に照射するレーザ光は、その焦点を、各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａに合わせた状態で、この各表面３１ａ、３２ａに沿って走査されるようにするのが好ましい。これにより、レーザ光の照射によって発生した熱が、各表面３１ａ、３２ａ付近に局所的に蓄積されることとなる。その結果、各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａに存在するＳｉ−Ｈ結合を選択的に切断させることができる。
【００５２】
また、各接合膜３１、３２に対するエネルギー線の照射は、いかなる雰囲気中で行うようにしてもよく、具体的には、大気、酸素のような酸化性ガス雰囲気、水素のような還元性ガス雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧（真空）雰囲気等が挙げられるが、中でも、特に、大気雰囲気中で行うのが好ましい。これにより、雰囲気を制御することに手間やコストをかける必要がなくなり、エネルギー線の照射をより簡単に行うことができる。
【００５３】
このように、エネルギー線を照射する方法によれば、各接合膜３１、３２に対して選択的にエネルギーを付与することが容易に行えるため、例えば、エネルギーの付与による各基材２１、２２の変質・劣化を防止することができる。
また、エネルギー線を照射する方法によれば、付与するエネルギーの大きさを、精度よく簡単に調整することができる。このため、各接合膜３１、３２において切断されるＳｉ−Ｈ結合の切断量を調整することが可能となる。このようにＳｉ−Ｈ結合の切断量を調整することにより、第１の被着体４１と第２の被着体４２との間の接合強度を容易に制御することができる。
【００５４】
すなわち、Ｓｉ−Ｈ結合の切断量を多くすることにより、各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａおよび内部に、より多くの活性手が生じるため、各接合膜３１、３２に発現する接着性をより高めることができる。一方、Ｓｉ−Ｈ結合の切断量を少なくすることにより、各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａおよび内部に生じる活性手を少なくし、各接合膜３１、３２に発現する接着性を抑えることができる。
【００５５】
なお、付与するエネルギーの大きさを調整するためには、例えば、エネルギー線の種類、エネルギー線の出力、エネルギー線の照射時間等の条件を調整すればよい。
さらに、エネルギー線を照射する方法によれば、短時間で大きなエネルギーを付与することができるので、エネルギーの付与をより効率よく行うことができる。
なお、各接合膜３１、３２を加熱する方法、および、各接合膜３１、３２に圧縮力を付与する方法については、後述する第２実施形態において説明する。
【００５６】
ここで、エネルギーが付与される前の各接合膜３１、３２は、図３に示すように、その表面３１ａ、３２ａ付近および内部にＳｉ−Ｈ結合３０１を有している。かかる各接合膜３１、３２にエネルギーを付与すると、Ｓｉ−Ｈ結合３０１が切断され、各接合膜３１、３２から水素原子が脱離する。これにより、図４に示すように、各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａに活性手３０２が生じ、活性化される。その結果、各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａに、活性手３０２に基づく接着性が発現する。
【００５７】
ここで、本明細書中において、各接合膜３１、３２が「活性化された」状態とは、上述のように各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａおよび内部のＳｉ−Ｈ結合が切断され、各表面３１ａ、３２ａに終端化されていない結合手（以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」とも言う。）が生じた状態のことを言う。
したがって、活性手３０２とは、図４に示すように、未結合手（ダングリングボンド）のことを言う。このような活性手３０２同士が再結合することによって、第１の接合膜３１と第２の接合膜３２とが強固に接合される。
【００５８】
［４］次に、第１の接合膜３１と第２の接合膜３２とが密着するように、第１の被着体４１と第２の被着体４２とを貼り合わせる（図１（ｄ）参照）。これにより、前記工程［３］において、各接合膜３１、３２に接着性が発現していることから、第１の接合膜３１と第２の接合膜３２とが化学的に結合する。その結果、所定領域３１０において、第１の被着体４１と第２の被着体４２とが部分的に接合され、図２（ｅ）に示すような接合体１が得られる。すなわち、接合体１は、所定領域３１０において部分的に接合されている。
【００５９】
このようにして得られた接合体１では、従来の接合方法で用いられていた接着剤のように、主にアンカー効果のような物理的結合に基づく接着ではなく、共有結合のような短時間で生じる強固な化学的結合に基づいて、２つの基材２１、２２が接合されている。このため、接合体１は短時間で形成することができ、かつ、極めて剥離し難く、接合ムラ等も生じ難いものとなる。
【００６０】
また、このような接合方法によれば、従来の固体接合のように、高温（例えば、７００℃以上）での熱処理を必要としないことから、耐熱性の低い材料で構成された第１の基材２１および第２の基材２２をも、接合に供することができる。
また、各接合膜３１、３２を介して第１の基材２１と第２の基材２２とを接合しているため、各基材２１、２２の構成材料に制約がないという利点もある。
以上のことから、本発明によれば、第１の基材２１および第２の基材２２の各構成材料の選択の幅をそれぞれ広げることができる。
【００６１】
また、固体接合では、接合に際して接合層を介していないため、第１の基材２１と第２の基材２２との間の熱膨張率に大きな差がある場合、その差に基づく応力が接合界面に集中し易く、剥離等が生じるおそれがあったが、接合体（本発明の接合体）１では、各接合膜３１、３２によって応力の集中が緩和され、剥離の発生を的確に抑制または防止することができる。
【００６２】
また、第１の基材２１の熱膨張率と第２の基材２２の熱膨張率が互いに異なっている場合には、できるだけ低温下で接合を行うのが好ましい。接合を低温下で行うことにより、接合界面に発生する熱応力のさらなる低減を図ることができる。
具体的には、第１の基材２１と第２の基材２２との熱膨張率の差にもよるが、第１の基材２１および第２の基材２２の温度が２５〜５０℃程度である状態下で、第１の被着体４１と第２の被着体４２とを貼り合わせるのが好ましく、２５〜４０℃程度である状態下で貼り合わせるのがより好ましい。このような温度範囲であれば、第１の基材２１と第２の基材２２との熱膨張率の差がある程度大きくても、接合界面に発生する熱応力を十分に低減することができる。その結果、接合体１における反りや剥離等の発生を確実に抑制または防止することができる。
また、この場合、具体的な第１の基材２１と第２の基材２２との間の熱膨張係数の差が、５×１０−５／Ｋ以上あるような場合には、上記のようにして、できるだけ低温下で接合を行うことが特に推奨される。
【００６３】
また、本実施形態によれば、第１の基材２１と第２の基材２２とを接合する際に、これらの接合面（互いに対向する面）全体を接合するのではなく、一部の領域（所定領域３１０）のみを選択的に接合する。この接合の際、各接合膜３１、３２を形成する領域（所定領域３１０）を制御することのみで、接合される領域を簡単に選択することができる。これにより、例えば、第１の基材２１と第２の基材２２との接合部の面積や形状を制御することができるので、接合体１の接合強度を容易に調整することができる。その結果、例えば、接合部を容易に分離可能な接合体１が得られる。
【００６４】
すなわち、接合体１の接合強度を調整可能であると同時に、接合体１を分離する際の強度（割裂強度）を調整可能である。
かかる観点から、容易に分離可能な接合体１を作製する場合には、接合体１の接合強度は、人の手で容易に分離可能な程度の大きさであるのが好ましい。これにより、接合体１を分離する際、装置等を用いることなく、簡単に行うことができる。
【００６５】
なお、所定領域３１０は、各基材２１、２２の接合面の一部のみでなく、全部であってもよいことは言うまでもない。
また、第１の基材２１と第２の基材２２との接合部の面積や形状を制御することにより、接合部に生じる応力の局所集中を緩和することができる。これにより、例えば、第１の基材２１と第２の基材２２との間で熱膨張率差が大きい場合でも、各基材２１、２２を確実に接合することができる。
【００６６】
さらに、本実施形態にかかる接合方法によれば、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように、接合される所定領域３１０以外の領域では、第１の基材２１と第２の基材２２との間に、第１の接合膜３１の厚さと第２の接合膜３２の厚さとの和に相当する距離（高さ）の空間３３が形成される。このような空間３３を活かすため、所定領域３１０の形状を適宜調整することにより、第１の基材２１と第２の基材２２との間に、閉空間や流路を形成したりすることができる。
【００６７】
ここで、本工程において、第１の被着体４１と第２の被着体４２とを接合するメカニズムについて説明する。
また、第１の被着体４１の第１の接合膜３１の表面や内部、および、第２の被着体４２の第２の接合膜３２の表面や内部に、それぞれ終端化されていない結合手すなわち未結合手（ダングリングボンド）が存在していると、第１の被着体４１と第２の被着体４２とを貼り合わせた時、これらの未結合手同士が再結合する。そして、接合界面にＳｉ−Ｓｉ結合が生じる。このＳｉ−Ｓｉ結合は、互いに重なり合う（絡み合う）ように複雑に生じることから、接合界面にネットワーク状の結合が形成されることとなる。これにより、第１の被着体４１と第２の被着体４２とが強固に接合される。また、接合界面は、Ｓｉ−Ｓｉ結合の形成に伴って、キャリア移動が可能となる。
【００６８】
なお、前記工程［３］で活性化された各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａは、その活性状態が経時的に緩和してしまう。このため、前記工程［３］の終了後、できるだけ早く本工程［４］を行うようにするのが好ましい。具体的には、前記工程［３］の終了後、６０分以内に本工程［４］を行うようにするのが好ましく、５分以内に行うのがより好ましい。かかる時間内であれば、各接合膜３１、３２の表面が十分な活性状態を維持しているので、第１の被着体４１と第２の被着体４２とを貼り合わせたとき、これらの間に十分な接合強度を得ることができる。
【００６９】
換言すれば、活性化させる前の各接合膜３１、３２は、Ｓｉ−Ｈ結合を有している、すなわち、未結合手が水素原子で終端化されているため、化学的に比較的安定であり、耐候性に優れている。このため、活性化させる前の各接合膜３１、３２は、数日程度の比較的長期にわたる保存に適したものとなる。したがって、そのような各接合膜３１、３２を備えた各被着体４１、４２を多量に製造または購入して保存しておき、本工程の貼り合わせを行う直前に、必要な個数のみに前記工程［３］に記載したエネルギーの付与を行うようにすれば、接合体１の製造効率の観点から有効である。
【００７０】
以上のようにして、図２（ｅ）に示す接合体（本発明の接合体）１を得ることができる。
このようにして得られた接合体１は、第１の基材２１と第２の基材２２の間の接合強度が５ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのが好ましく、１０ＭＰａ（１００ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのがより好ましい。このような接合強度を有する接合体１は、その剥離を十分に防止し得るものとなる。
【００７１】
なお、従来のシリコン基板同士を直接接合するような固体接合では、接合に供される基板の表面を活性化させても、その活性状態は、大気中で数秒〜数十秒程度の極めて短時間しか維持することができなかった。このため、表面の活性化を行った後、接合する２つの基板を貼り合わせる等の作業に要する時間を、十分に確保することができないという問題があった。
【００７２】
これに対し、本発明によれば、比較的長時間にわたって活性状態を維持することができる。このため、貼り合わせ作業に要する時間を十分に確保することができ、接合作業の効率化を高めることができる。
なお、接合体１を得る際、または、接合体１を得た後に、この接合体１に対して、必要に応じ、以下の２つの工程（［５Ａ］および［５Ｂ］）のうちの少なくとも１つの工程（接合体１の接合強度を高める工程）を行うようにしてもよい。これにより、接合体１の接合強度のさらなる向上を容易に図ることができる。
【００７３】
［５Ａ］  図２（ｆ）に示すように、得られた接合体１を、第１の基材２１と第２の基材２２とが互いに近づく方向に加圧する。
これにより、各接合膜３１、３２の表面３１ａ、３２ａが互いにより近接し、接合体１における接合強度をより高めることができる。
また、接合体１を加圧することにより、接合体１中の接合界面に残存していた隙間を押し潰して、接合面積をさらに広げることができる。これにより、接合体１における接合強度をさらに高めることができる。
【００７４】
なお、この圧力は、第１の基材２１および第２の基材２２の各構成材料や各厚さ、接合装置等の条件に応じて、適宜調整すればよい。具体的には、第１の基材２１および第２の基材２２の各構成材料や各厚さ等に応じて若干異なるものの、０．２〜１００ＭＰａ程度であるのが好ましく、１〜５０ＭＰａ程度であるのがより好ましい。これにより、接合体１の接合強度を確実に高めることができる。なお、この圧力が前記上限値を上回っても構わないが、第１の基材２１および第２の基材２２の各構成材料によっては、各基材２１、２２に損傷等が生じるおそれがある。
また、加圧する時間は、特に限定されないが、１０秒〜３０分程度であるのが好ましい。なお、加圧する時間は、加圧する際の圧力に応じて適宜変更すればよい。具体的には、接合体１を加圧する際の圧力が高いほど、加圧する時間を短くしても、接合強度の向上を図ることができる。
【００７５】
［５Ｂ］  図２（ｆ）に示すように、得られた接合体１を加熱する。
これにより、接合体１における接合強度をより高めることができる。
このとき、接合体１を加熱する際の温度は、室温より高く、接合体１の耐熱温度未満であれば、特に限定されないが、好ましくは２５〜１００℃程度とされ、より好ましくは５０〜１００℃程度とされる。かかる範囲の温度で加熱すれば、接合体１が熱によって変質・劣化するのを確実に防止しつつ、接合強度を確実に高めることができる。
【００７６】
また、加熱時間は、特に限定されないが、１〜３０分程度であるのが好ましい。
また、前記工程［５Ａ］、［５Ｂ］の双方を行う場合、これらを同時に行うのが好ましい。すなわち、図２（ｆ）に示すように、接合体１を加圧しつつ、加熱するのが好ましい。これにより、加圧による効果と、加熱による効果とが相乗的に発揮され、接合体１の接合強度を特に高めることができる。
以上のような工程を行うことにより、接合体１における接合強度のさらなる向上を容易に図ることができる。
【００７７】
ここで、第１の基材２１と第２の基材２２との接合を担う各接合膜３１、３２の形成方法について詳述する。各接合膜３１、３２の形成方法としては、以下の（Ｉ）エピタキシャル成長法、（II）化学蒸着法、の２つの方法が挙げられる。以下、各方法について順次説明する。
（Ｉ）まず、各接合膜３１、３２をエピタキシャル成長法を用いて形成する方法を説明するのに先立って、各接合膜３１、３２の形成に用いられる成膜装置について説明する。
【００７８】
図５は、接合膜の形成に用いられる成膜装置を模式的に示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図５中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、以下では、第１の接合膜３１の形成方法を例に説明する。
図５に示す成膜装置１００は、エピタキシャル成長法により、第１の基材２１上に第１の接合膜３１を形成する装置である。エピタキシャル成長法は、基材上に、その基材と同じ結晶方位または異なる結晶方位の結晶を成長させる方法である。
【００７９】
この成膜装置１００は、ベルジャ１１０と、ベルジャ１１０内に設けられたサセプタ１２０と、サセプタ１２０の下面に沿って配設された高周波誘導コイル１３０と、ベルジャ１１０内に原料ガスを導入するノズル１４０とを有する。以下、成膜装置１００の各部の構成について詳述する。
ベルジャ１１０は、内部の気密を保持し得る容器であり、内部を減圧（真空）状態に保持し得るものである。
【００８０】
図５に示すベルジャ１１０は、軸線が鉛直方向に沿うよう配置された釣鐘状の形状をなしている。
このようなベルジャ１１０は、２層構造をなしており、外層が金属ベルジャ１１１、内層が石英ベルジャ１１２で構成されている。金属ベルジャ１１１は、ステンレス鋼等の各種金属材料で構成されており、石英ベルジャ１１２は、石英ガラスで構成されている。
【００８１】
サセプタ１２０は、成膜する対象の第１の基材２１を支持するための支持台であり、ベルジャ１１０内を上下に仕切るように設けられている。また、サセプタ１２０の下面には、第１の基材２１を加熱する高周波誘導コイル１３０が設けられており、サセプタ１２０は、この高周波誘導コイル１３０からの熱を、第１の基材２１に伝達するための優れた熱伝導性も有している。
【００８２】
高周波誘導コイル１３０の両端には、配線１３１が接続されており、この配線１３１は、ベルジャ１１０の外部に設けられた電源装置１３２に接続されている。この電源装置によって、高周波誘導コイル１３０に高周波を発生させ、高周波誘導加熱によって第１の基材２１を加熱し、高温に維持することができる。
また、サセプタ１２０の中心部には、貫通孔が形成されており、この貫通孔には、管状のノズル１４０が挿通されている。このノズル１４０の下端は、ベルジャ１１０の外部に設けられたガス供給装置１４１に接続されており、ノズル１４０の上端は、ベルジャ１１０内のサセプタ１２０上の空間に開口している。そして、ガス供給装置により、ノズル１４０を介してベルジャ１１０内に各種ガスを導入することができる。
なお、サセプタ１２０とベルジャ１１０との隙間は、ベルジャ１１０内のガスを排気するための排気路１１５となっており、この排気路１１５の下端は、排気ポンプ（図示せず）に接続されている。この排気ポンプにより、ベルジャ１１０内のガスを排気したり減圧したりすることができる。
【００８３】
次に、成膜装置１００を用いて、第１の基材２１上に第１の接合膜３１を形成する方法について説明する。
なお、エピタキシャル成長法により第１の接合膜３１を形成する場合には、特に、第１の基材２１の第１の接合膜３１を形成する領域に、あらかじめ、形成する第１の接合膜３１の結晶成長を促進するシード層を形成しておくのが好ましい。これにより、結晶性の高い第１の接合膜３１を容易に得ることができ、半導体特性に優れた第１の接合膜３１を得ることができる。
【００８４】
第１の接合膜３１を形成する場合、まず、ベルジャ１１０内に第１の基材２１を収納して封止状態とした後、排気ポンプによって、ベルジャ１１０内を減圧状態とする。
次に、ガス供給装置１４１により、ベルジャ１１０内を窒素ガスで置換する。次いで、窒素ガスを排気した後、今度は、ベルジャ１１０内を水素ガスで置換する。
次に、高周波誘導コイル１３０により、第１の基材２１を加熱し、高温に維持する。この際の第１の基材２１の温度は、９５０〜１２００℃程度であるのが好ましい。これにより、第１の基材２１の表面に形成された酸化膜を還元して除去することができる。
【００８５】
次に、ベルジャ１１０内に原料ガスを導入する。これにより、原料ガスの分子が第１の基材２１上に堆積し、シリコンの結晶がエピタキシャル成長する。その結果、水素を均一に含有する多結晶シリコンで構成された第１の接合膜３１が得られる。このような第１の接合膜３１は、Ｓｉ−Ｈ結合に由来する優れた接着性をムラなく示すとともに、エピタキシャル成長によって結晶性の高い多結晶シリコンで構成されていることにより、優れた半導体特性を示す均質な膜となる。
【００８６】
なお、シリコンのエピタキシャル成長法には、熱分解法と水素還元法とがあるが、いずれの方法を用いるようにしてもよい。
また、エピタキシャル成長時の第１の基材２１の温度は、６００〜１０００℃程度であるのが好ましく、６００〜８００℃程度であるのがより好ましい。
また、第１の基材２１上にシード層が形成されている場合、シード層上にエピタキシャル成長するシリコンの結晶は、シード層に対して結晶方位を維持しつつ成長するホモエピタキシャル成長によって成長する。これにより、シード層として結晶性の高いものを用いることにより、結晶性の高い第１の接合膜３１が得られる。その結果、半導体特性に優れた第１の接合膜３１を確実に形成することができる。
【００８７】
用いる原料ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ３）等のシラン系ガスが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。このうち、原料ガスとしては、モノシランガスであるのが好ましい。これにより、緻密で十分な接着性を発揮し得る第１の接合膜３１を効率よく形成することができる。
【００８８】
なお、このようなシラン系ガスを用いて形成された第１の接合膜３１は、キャリア密度が低く、真性半導体（ｉ型半導体）となる。
また、ｉ型半導体に３価原子または５価原子の不純物イオンを導入（ドープ）することにより、ｉ型半導体中のキャリア密度が高くなり、ｉ型半導体をｐ型半導体またはｎ型半導体に変化させることができる。
【００８９】
不純物イオンの導入方法としては、例えば、熱拡散法、イオン注入法、またはこれらを組み合わせた方法等が挙げられる。
熱拡散法では、３価原子または５価原子を含む不純物ガス存在下で、ｉ型半導体に熱処理を施すことにより、ｉ型半導体中に不純物イオンを導入することができる。このような不純物ガスとしては、例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）のような３価原子を含むガス、アルシン（ＡｓＨ３）、三フッ化ヒ素（ＡｓＦ３）、五フッ化ヒ素（ＡｓＦ５）、三塩化ヒ素（ＡｓＣｌ３）、五塩化ヒ素（ＡｓＣｌ５）、ホスフィン（ＰＨ３）、三フッ化リン（ＰＦ３）、五フッ化リン（ＰＦ５）、三塩化リン（ＰＣｌ３）、五塩化リン（ＰＣｌ５）、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）のような５価原子を含むガス等が挙げられる。
【００９０】
また、イオン注入法（イオン・インプランテーション）では、３価原子または５価原子のイオンに高電界をかけ、これにより加速されたイオンをｉ型半導体に衝突させることによって不純物イオンを導入する。導入する不純物イオンとしては、例えば、ホウ素イオン、アルミニウムイオン等の３価イオン、リン、ヒ素等の５価イオン等が挙げられる。
なお、このような不純物イオンの導入を、第１の接合膜３１の一部領域に選択的に行うことにより、ｉ型半導体の一部領域にｐ型半導体やｎ型半導体の領域を作り込むこともできる。
【００９１】
また、シラン系ガスを用いて第１の接合膜３１を形成する際に、原料ガスとして、シラン系ガスと上記のような不純物ガスとの混合ガスを用いることにより、ｐ型半導体やｎ型半導体で構成された第１の接合膜３１を直接成膜することもできる。
この場合、追加する不純物ガスの混合量は、シラン系ガスの流量をＦＳｉ、不純物ガスの流量をＦＤとしたとき、ＦＳｉ／ＦＤが０．５〜５程度であるのが好ましく、１〜３程度であるのがより好ましい。これにより、ｐ型半導体またはｎ型半導体におけるキャリア密度を最適化して、キャリア移動度を特に高めることができる。
【００９２】
また、このようなエピタキシャル成長法によって形成された膜に対し、フッ酸含有液によるエッチングおよび水素プラズマ処理のうちの少なくとも一方を施すことにより、第１の接合膜３１を形成するようにしてもよい。このような方法によれば、第１の接合膜３１により多くのＳｉ−Ｈ結合を付加することができ、第１の接合膜３１の表面に露出するＳｉ−Ｈ結合の数がより多くなる。その結果、第１の接合膜３１の接着性をより高めることができる。
【００９３】
フッ酸含有液としては、例えば、フッ酸（ＨＦ）溶液、バッファードフッ酸（フッ酸とフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）との混合液）等が挙げられる。フッ酸含有液によれば、化学蒸着法によって形成された膜の表面を清浄化するとともに、清浄化に伴って膜の表面に露出した未結合手を、フッ酸含有液中の水素イオンによって瞬時に終端化することができる。その結果、第１の接合膜３１の表面に多くのＳｉ−Ｈ結合を付加することができる。
【００９４】
また、水素プラズマ処理は、タングステンフィラメント法またはマイクロ波を用いる方法等により発生した水素プラズマに、前述の化学蒸着法によって形成された膜を曝すことによって行うことができる。この水素プラズマ処理によっても、第１の接合膜３１の表面に多くのＳｉ−Ｈ結合を付加することができる。
また、上記のような方法を用いることにより、前述のエピタキシャル成長を水素雰囲気下ではなく不活性ガス雰囲気下で行った場合でも、第１の接合膜３１の表面にＳｉ−Ｈ結合を付加することができ、第１の接合膜３１に十分な接着性を発現させることができる。
【００９５】
（II）次に、各接合膜３１、３２を化学蒸着法を用いて形成する方法を説明するのに先立って、各接合膜３１、３２の形成に用いられる成膜装置について説明する。
図６は、接合膜の形成に用いられる成膜装置を模式的に示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図６中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、以下では、第１の接合膜３１の形成方法を例に説明する。
【００９６】
図６に示す成膜装置２００は、プラズマＣＶＤ（化学蒸着：Chemical Vapor Deposition）法により、第１の接合膜３１を形成する装置である。プラズマＣＶＤ法は、原料ガスを放電によってプラズマ状態とし、ラジカルやイオン等の反応活性種を生成・堆積させることによって、低温で成膜する方法である。
この成膜装置２００は、チャンバー２０１と、第１の基材２１の下面を支持する下部電極２３０と、第１の基材２１を介して下部電極２３０と対向して配置された上部電極２４０と、各電極２３０、２４０間に高周波電圧を印加する電源回路２８０とを備えている。
【００９７】
また、チャンバー２０１の側面には、第１の接合膜３１の原料となるガスを導入するための供給口２０２と、チャンバー２０１内のガスを排気するための排気口２０３が設けられている。そして、供給口２０２には、図示しないガス供給手段が接続されており、これにより、チャンバー２０１内にガスを供給することができる。また、排気口２０３には、図示しない排気ポンプが接続されており、これにより、チャンバー２０１内のガスを排気して、チャンバー２０１内を減圧することができる。以下、成膜装置２００の各部の構成について詳述する。
【００９８】
チャンバー２０１は、内部の気密を保持し得る容器であり、内部を減圧（真空）状態に保持し得るものである。
図１に示すチャンバー２０１の形状は、軸線が鉛直方向に沿うよう配置された、ほぼ円筒形をなしている。
下部電極２３０は、チャンバー２０１内の下面に載置されている。この下部電極２３０は、その上面が平面状であり、第１の基材２１の下面全体を支持するとともに、第１の基材２１と電気的接触が図られている。
【００９９】
また、下部電極２３０には、アース線２３１が接続され、接地されている。
一方、上部電極２４０は、チャンバー２０１内の上面に設けられている。この上部電極２４０も、その下面が平面状をなしており、第１の基材２１の全体を覆うよう構成されている。
上部電極２４０には、配線２８４の一端が接続されており、他端は接地している。また、配線２８４の途中には、高周波電源２８２とコンデンサ２８３とが設けられている。
このような高周波電源２８２、コンデンサ２８３および配線２８４により、電源回路２８０が構成されている。そして、電源回路２８０は、上部電極２４０と下部電極２３０との間に高周波電圧を印加し、これにより、上部電極２４０と下部電極２３０との間には、高い周波数で向きが反転する電界が誘起される。
【０１００】
次に、成膜装置２００を用いて、第１の基材２１上に第１の接合膜３１を形成する方法について説明する。
まず、チャンバー２０１内に第１の基材２１を収納して封止状態とした後、排気ポンプによってチャンバー２０１内を減圧状態とする。
次に、ガス供給手段により、チャンバー２０１内に原料ガス、キャリアガス等の混合ガスを供給する。供給された混合ガスは、チャンバー２０１内に充填される。
【０１０１】
混合ガス中における原料ガスの占める割合（混合比）は、原料ガスやキャリアガスの種類や目的とする成膜速度等によって若干異なるが、例えば、混合ガス中の原料ガスの割合を２０〜７０％程度に設定するのが好ましく、３０〜６０％程度に設定するのがより好ましい。これにより、接合膜の形成（成膜）の条件の最適化を図ることができる。
また、供給するガスの流量は、ガスの種類や目的とする成膜速度、膜厚等によって適宜決定され、特に限定されるものではないが、通常は、原料ガスおよびキャリアガスの流量を、それぞれ、１〜１０００ｓｃｃｍ程度に設定するのが好ましく、１０〜６００ｓｃｃｍ程度に設定するのがより好ましい。
【０１０２】
次いで、電源回路２８０を作動させ、一対の電極２３０、２４０間に高周波電圧を印加する。これにより、一対の電極２３０、２４０間に存在するガスの分子が電離し、ラジカルやイオン等の反応活性種が発生する。この反応活性種は、拡散作用または高周波電圧の印加に伴う電界による静電引力によって第１の基材２１上に堆積し、第１の接合膜３１を形成するためのアモルファスシリコン膜を形成する。
用いる原料ガスとしては、前記（Ｉ）の方法と同様のガスを用いることができる。
また、第１の接合膜３１をｐ型半導体またはｎ型半導体とする場合も、前記（Ｉ）の方法と同様の方法で行うことができる。
【０１０３】
一方、キャリアガスとしては、例えば、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。
このうち、キャリアガスには、水素が好ましく用いられる。原料ガス中に水素ガスを混合することにより、製造される水素化アモルファスシリコン中のダングリングボンド（未結合手）が確実に終端化される。これにより、水素化アモルファスシリコン中のキャリア移動度が向上して、半導体特性の向上を図ることができる。
【０１０４】
また、一対の電極２３０、２４０間に印加する高周波電圧の周波数は、特に限定されないが、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ程度であるのが好ましく、１０〜６０ＭＨｚ程度であるのがより好ましい。
また、高周波の出力密度は、特に限定されないが、０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、０．１〜１Ｗ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。
【０１０５】
処理時間は、１〜１０分程度であるのが好ましく、４〜７分程度であるのがより好ましい。
また、第１の基材２１の温度は、２５℃以上であるのが好ましく、２５〜５００℃程度であるのがより好ましい。
さらに、成膜中のチャンバー２０１内の圧力は、大気による第１の基材２１の汚染を考慮した場合、できるだけ低いのが好ましく、具体的には１ｋＰａ以下であるのが好ましく、５００Ｐａ以下であるのがより好ましい。これにより、第１の基材２１の汚染が確実に防止され、第１の基材２１と第１の接合膜３１との密着性をより高めることができる。
以上のようにして、第１の接合膜３１を形成するためのアモルファスシリコン膜を成膜することができる。
【０１０６】
次に、アモルファスシリコン膜に対し、水素雰囲気下において熱処理を施す。これにより、アモルファスシリコン膜が結晶化するとともに、膜中に水素原子が付与され、Ｓｉ−Ｈ結合が付加される。その結果、水素を含有する多結晶シリコンで構成された第１の接合膜３１が形成される。このような（II）の方法によれば、第１の基材２１の結晶性に依存せず、多結晶シリコンで構成された第１の接合膜３１を効率よく形成することができる。その結果、第１の基材２１の構成材料の選択の幅を広げることができる。
【０１０７】
このときの熱処理の温度は、アモルファスシリコンの結晶化温度や第１の基材２１の耐熱温度等を考慮して適宜設定されるが、好ましくは、６００〜１０００℃程度とされる。
なお、第２の接合膜３２についても、第１の接合膜３１と同様にして成膜することができる。
また、この（II）の方法では、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン膜を形成する方法について説明したが、アモルファスシリコン膜の形成方法は特に限定されず、例えば、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法等の各種化学蒸着法、スパッタリング法等の各種物理蒸着法等が挙げられる。
以上のような（Ｉ）、（II）の方法により、第１の接合膜３１を成膜することができる。なお、第２の接合膜３２についても、第１の接合膜３１と同様にして成膜することができる。
【０１０８】
このようにして形成された各接合膜３１、３２は、前述したように、それぞれ水素を含有する多結晶シリコンで構成されたものとなる。このような各接合膜３１、３２は、その製造方法を適宜選択することにより、電気的特性（キャリアの特性）を設定することができ、ｐｎ接合に基づく半導体特性を有するものとなる。したがって、各接合膜３１、３２は、２つの基材２１、２２を接合するとともに、これらの基材２１、２２の間に、半導体素子を構築することができる。
【０１０９】
また、各接合膜３１、３２は、多結晶シリコンで構成されているため、そのキャリア移動度が高く、優れた半導体特性を示すものとなる。このため、本発明によれば、各基材２１、２２間に、キャリア移動度の高い半導体素子を作り込むことができる。なお、このような半導体素子については、後に詳述する。
なお、各接合膜３１、３２における水素原子の含有率は、１〜４０原子％であるのが好ましく、３〜３０原子％であるのがより好ましい。これにより、各接合膜３１、３２中のＳｉ−Ｈ結合の含有率が最適化されるので、各接合膜３１、３２に、部材間の接合に必要かつ十分な接着性を発現させることができる。
【０１１０】
また、各接合膜３１、３２の平均厚さは、１００ｎｍ〜１０００μｍ程度であるのが好ましく、５００ｎｍ〜５００μｍ程度であるのがより好ましい。各接合膜３１、３２の平均厚さを前記範囲内とすることにより、接合体１の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、より強固に接合することができる。
なお、各接合膜３１、３２の平均厚さが前記下限値を下回った場合は、十分な接合強度が得られないおそれがある。一方、各接合膜３１、３２の平均厚さが前記上限値を上回った場合は、接合体１の寸法精度が著しく低下するおそれがある。
【０１１１】
さらに、各接合膜３１、３２の平均厚さが前記範囲内であれば、各接合膜３１、３２にある程度の形状追従性が確保される。このため、例えば、第１の基材２１の接合面（第１の接合膜３１に隣接する面）に凹凸が存在している場合でも、その凹凸の高さにもよるが、凹凸の形状に追従するように第１の接合膜３１を被着させることができる。その結果、第１の接合膜３１は、凹凸を吸収して、その表面に生じる凹凸の高さを緩和することができる。
【０１１２】
なお、上記のような形状追従性の程度は、第１の接合膜３１の厚さが厚いほど顕著になる。したがって、形状追従性を十分に確保するためには、第１の接合膜３１の厚さをできるだけ厚くすればよい。
また、各接合膜３１、３２を構成する多結晶シリコンの結晶の平均粒径は、１０ｎｍ〜１００μｍ程度であるのが好ましく、５０ｎｍ〜５０μｍ程度であるのがより好ましい。結晶粒径を前記範囲内とすることにより、結晶粒が肥大し過ぎて、粒界の接合強度が著しく低下するのを防止しつつ、多結晶シリコン中のキャリア移動度を十分に高めることができる。その結果、各接合膜３１、３２は、高い接着性と優れた半導体特性とを両立し得るものとなる。
【０１１３】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の接合方法の第２実施形態について説明する。
図７および図８は、本発明の接合方法の第２実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図７および図８中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【０１１４】
以下、接合方法の第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態にかかる接合方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態にかかる接合方法では、第１の被着体４１と第２の被着体４２とを、各接合膜３１、３２にエネルギーを付与する前に重ね合わせて仮接合体５とした後、この仮接合体５にエネルギーを付与して、接合体１を得るようにした以外は、前記第１実施形態と同様である。
【０１１５】
すなわち、本実施形態にかかる接合方法は、第１の基材２１と第２の基材２２とを用意し、第１の基材２１の接合面２３の一部に設定された所定領域３１０に第１の接合膜３１を形成し、第１の被着体４１を作製するとともに、第２の基材２２の接合面２４の一部に設定された所定領域３１０に第２の接合膜３２を形成し、第２の被着体４２を作製する工程と、第１の接合膜３１と第２の接合膜３２とが密着するように、第１の被着体４１と第２の被着体４２とを重ね合わせて、仮接合体５を得る工程と、仮接合体５にエネルギーを付与して、接合体１を得る工程とを有する。
【０１１６】
以下、本実施形態にかかる接合方法の各工程について順次説明する。
［１］まず、前記第１実施形態と同様にして、図７（ａ）〜（ｂ）に示すように、第１の基材２１上に第１の接合膜３１を形成する。また、それと同様に、第２の基材２２上に第２の接合膜３２を形成する。これにより、第１の被着体４１と第２の被着体４２とを得る。
【０１１７】
［２］次に、図７（ｃ）に示すように、第１の接合膜３１と第２の接合膜３２とが密着するように、２つの被着体４１、４２を重ね合わせる。これにより、仮接合体５を得る。
なお、この仮接合体５の状態では、第１の被着体４１と第２の被着体４２との間は接合されていない。このため、前記第１実施形態と同様に、第１の被着体４１と第２の被着体４２とをずらすことにより、これらの相対的な位置を容易に微調整することができる。
【０１１８】
［３］次に、得られた仮接合体５中の各接合膜３１、３２に対してエネルギーを付与する。
具体的には、図８（ｄ）に示すように、仮接合体５に紫外線を照射することにより、エネルギーを付与する。これにより、仮接合体５において、各接合膜３１、３２の界面の分子結合の一部が切断され、活性化される。その結果、各接合膜３１、３２に接着性が発現する。そして、この接着性により、第１の接合膜３１と第２の接合膜３２とが重なった部分において、すなわち、所定領域３１０において、第１の被着体４１と第２の被着体４２とが部分的に接合される。これにより、図８（ｅ）に示す接合体１が得られる。
【０１１９】
なお、仮接合体５に付与するエネルギーは、いかなる方法で付与されてもよく、例えば、前記第１実施形態で挙げたような方法で付与される。
ここでは、仮接合体５にエネルギーを付与する方法として、仮接合体５中の各接合膜３１、３２を加熱する方法、および、各接合膜３１、３２に圧縮力を付与する方法を例に説明する。
【０１２０】
各接合膜３１、３２を加熱する場合、加熱温度を２５〜１００℃程度に設定するのが好ましく、５０〜１００℃程度に設定するのがより好ましい。かかる範囲の温度で加熱すれば、第１の基材２１および第２の基材２２が熱によって変質・劣化するのを確実に防止しつつ、各接合膜３１、３２を確実に活性化させることができる。
また、加熱時間は、各接合膜３１、３２のＳｉ−Ｈ結合を切断し得る程度の時間とすればよく、具体的には、加熱温度が前記範囲内であれば、１〜３０分程度であるのが好ましい。
【０１２１】
また、各接合膜３１、３２は、いかなる方法で加熱されてもよいが、例えば、ヒータを用いる方法、赤外線を照射する方法、火炎に接触させる方法等の各種方法で加熱することができる。
なお、赤外線を照射する方法を用いる場合には、第１の基材２１または第２の基材２２は、光吸収性を有する材料で構成されているのが好ましい。これにより、赤外線を照射された第１の基材２１または第２の基材２２は効率よく発熱する。その結果、各接合膜３１、３２を効率よく加熱することができる。
【０１２２】
また、ヒータを用いる方法または火炎に接触させる方法を用いる場合には、第１の基材２１または第２の基材２２は、熱伝導性に優れた材料で構成されているのが好ましい。これにより、第１の基材２１または第２の基材２２を介して、各接合膜３１、３２に対して効率よく熱を伝えることができ、各接合膜３１、３２を効率よく加熱することができる。
また、各接合膜３１、３２に圧縮力を付与することにより、各接合膜３１、３２に対してエネルギーを付与する場合には、第１の基材２１と第２の基材２２とが互いに近づく方向に、仮接合体５を０．２〜１００ＭＰａ程度の圧力で圧縮するのが好ましく、１〜５０ＭＰａ程度の圧力で圧縮するのがより好ましい。これにより、単に圧縮するのみで、各接合膜３１、３２に対して適度なエネルギーを簡単に付与することができ、第１の接合膜３１と第２の接合膜３２とに、互いに十分な接着性が発現する。なお、この圧力が前記上限値を上回っても構わないが、第１の基材２１と第２の基材２２の各構成材料によっては、各基材２１、２２に損傷等が生じるおそれがある。
【０１２３】
また、圧縮力を付与する時間は、特に限定されないが、１０秒〜３０分程度であるのが好ましい。なお、圧縮力を付与する時間は、圧縮力の大きさに応じて適宜変更すればよい。具体的には、圧縮力の大きさが大きいほど、圧縮力を付与する時間を短くすることができる。
本実施形態にかかる接合方法では、前記第１実施形態にかかる接合方法と同様の作用・効果が得られる。
【０１２４】
≪第３実施形態≫
次に、本発明の接合方法の第３実施形態について説明する。
図９および図１０は、本発明の接合方法の第３実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図９および図１０中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【０１２５】
以下、第３実施形態にかかる接合方法について説明するが、前記第１実施形態または前記第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態にかかる接合方法は、第１の基材２１上の全面に第１の接合膜３１を備える第１の被着体４１と、第２の基材２２上の全面に第２の接合膜３２を備える第２の被着体４２とを用意し、第１の接合膜３１の一部に設定された所定領域３１０と、第２の接合膜３２の一部に設定された所定領域３１０とに、エネルギーを付与するようにした以外は、前記第１実施形態と同様である。
【０１２６】
すなわち、本実施形態にかかる接合方法は、各基材２１、２２の接合面２３、２４の全面に各接合膜３１、３２を形成し、これにより第１の被着体４１および第２の被着体４２を得る工程と、第１の接合膜３１の一部に設定された所定領域３１０と、第２の接合膜３２の一部に設定された所定領域３１０とに、それぞれエネルギーを付与する工程と、第１の接合膜３１と第２の接合膜３２とが密着するように、第１の被着体４１と第２の被着体４２とを貼り合わせて、接合体１を得る工程とを有する。
【０１２７】
以下、本実施形態にかかる接合方法の各工程について順次説明する。
［１］まず、図９（ａ）〜（ｂ）に示すように、第１の基材２１の接合面２３の全面に第１の接合膜３１を形成する。これにより、第１の被着体４１を得る。また、それと同様に、第２の基材２２の接合面２４の全面に第２の接合膜３２を形成する。これにより、第２の被着体４２を得る。
なお、各接合膜３１、３２の形成方法は、マスクを用いないようにした以外は、前記第１実施形態と同様である。
【０１２８】
［２］次に、図９（ｃ）に示すように、第１の被着体４１の第１の接合膜３１の表面３１ａのうち、一部に設定された所定領域３１０に対して選択的にエネルギーを付与する。また、それと同様にして、第２の被着体４２の第２の接合膜３２の表面３２ａの一部に設定された所定領域３１０に対して選択的にエネルギーを付与する。以下、第１の接合膜３１について代表に説明する。
【０１２９】
エネルギーが付与されると、第１の接合膜３１では、所定領域３１０が部分的に活性化される。これにより、第１の接合膜３１のうちの所定領域３１０に接着性が発現する。一方、第１の接合膜３１の所定領域３１０以外の領域には、この接着性はほとんど発現しない。
このような方法によれば、エネルギーを付与する領域を選択することのみで、接合部の領域を容易に制御することができる。
【０１３０】
ここで、第１の接合膜３１に付与するエネルギーは、いかなる方法で付与されてもよいが、例えば、前記第１実施形態で挙げたような方法で付与される。
また、本実施形態では、第１の接合膜３１にエネルギーを付与する方法として、特に、第１の接合膜３１にエネルギー線を照射する方法を用いるのが好ましい。この方法は、第１の接合膜３１に対して比較的簡単に効率よくエネルギーを付与することができるので、エネルギー付与方法として好適である。
【０１３１】
また、本実施形態では、エネルギー線として、特に、レーザー光、電子線のような指向性の高いエネルギー線を用いるのが好ましい。かかるエネルギー線であれば、目的の方向に向けて照射することにより、所定領域３１０に対してエネルギー線を選択的にかつ簡単に照射することができる。
また、指向性の低いエネルギー線であっても、第１の接合膜３１の表面３１ａのうち、エネルギー線を照射すべき所定領域３１０以外の領域を覆うように（隠すように）して照射すれば、所定領域３１０に対してエネルギー線を選択的に照射することができる。
【０１３２】
具体的には、図９（ｃ）に示すように、第１の接合膜３１の表面３１ａの上方に、エネルギー線を照射すべき所定領域３１０の形状に対応する形状をなす窓部６１を有するマスク６を設け、このマスク６を介してエネルギー線を照射すればよい。このようにすれば、所定領域３１０に対して、エネルギー線を選択的に照射することが容易に行える。また、それと同様にして、第２の接合膜３２の表面３２ａの上方に、エネルギー線を照射すべき所定領域３１０の形状に対応する形状をなす窓部６１を有するマスク６を設け、このマスク６を介してエネルギー線を照射すればよい。このようにすれば、第２の接合膜３２の所定領域３１０に対して、エネルギー線を選択的に照射することが容易に行える。
【０１３３】
［３］次に、図１０（ｄ）に示すように、第１の接合膜３１と第２の接合膜３２とが密着するように、２つの被着体４１、４２を貼り合わせる。これにより、所定領域３１０において、第１の被着体４１と第２の被着体４２とが部分的に接合される。これにより、図１０（ｅ）に示す接合体１を得る。
なお、接合体１では、第１の被着体４１と第２の被着体４２との間隙のうち、接合している所定領域３１０以外の領域では、わずかな間隙が生じている（残存している）。したがって、この所定領域３１０の形状を適宜調整することにより、第１の被着体４１と第２の被着体４２との間に、閉空間や流路等を容易に形成することができる。
以上のような前記各実施形態にかかる接合方法は、種々の複数の部材同士を接合するのに用いることができる。
【０１３４】
このような接合に供される部材としては、例えば、トランジスタ、ダイオード、メモリのような半導体素子（半導体装置）、水晶発振子のような圧電素子、反射鏡、光学レンズ、回折格子、光学フィルターのような光学素子、太陽電池のような光電変換素子、半導体基板とそれに搭載される半導体素子、絶縁性基板と配線または電極、インクジェット式記録ヘッド、マイクロリアクタ、マイクロミラーのようなＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）部品、圧力センサ、加速度センサのようなセンサ部品、半導体素子や電子部品のパッケージ部品、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、光記録媒体のような記録媒体、液晶表示素子、有機ＥＬ素子、電気泳動表示素子のような表示素子用部品、燃料電池用部品等が挙げられる。
【０１３５】
＜半導体装置および光電変換素子＞
ここでは、本発明の接合体をフォトダイオード（本発明の半導体装置および光電変換素子）に適用した場合の実施形態について説明する。
図１１は、本発明の半導体装置の一例として、フォトダイオードの構成を示す模式図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図１１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【０１３６】
図１１（ｂ）に示すフォトダイオード３００は、陰極（カソード）３１５と、陰極３１５上に設けられたｎ型半導体層３２０と、ｎ型半導体層３２０上に設けられたｉ型半導体層３３０と、ｉ型半導体層３３０上に設けられたｐ型半導体層３４０と、ｐ型半導体層３４０上に設けられた陽極（アノード）３５０とを有する。
このようなフォトダイオード３００は、図１１（ａ）に示すように、陰極３１５上にｎ型半導体層３２０とｉ型半導体層３３０とをこの順で成膜してなる第１の被着体３７０と、陽極３５０の下面にｐ型半導体層３４０を成膜してなる第２の被着体３８０とを用意し、これらを、前述した本発明の接合方法によって接合してなるものである。すなわち、ｉ型半導体層３３０とｐ型半導体層３４０は、いずれも水素を含有する多結晶シリコンで構成されており、その各接合界面にエネルギーを付与してＳｉ−Ｈ結合を切断することによって発現した接着性によって互いに接合されている。
【０１３７】
これにより、陰極３１５と陽極３５０との間には、ｎ型半導体層３２０、ｉ型半導体層３３０およびｐ型半導体層３４０がこの順で積層してなるｐｉｎ接合が形成される。かかるｐｉｎ接合においては、陽極３５０側から光が入射すると、ｉ型半導体層３３０において、電子と正孔が発生する。発生した電子は陰極３１５側に拡散し、一方、正孔は陽極３５０側に拡散する。その結果、陰極３１５と陽極３５０との間に設けられた外部回路３６０に電流が流れる。この電流は、ｉ型半導体層３３０に入射する光の光量に応じて変化するため、電流量を測定することによって、フォトダイオード３００に入射する光の光量を検出することができる。
【０１３８】
また、このようにして得られたフォトダイオード３００は、本発明の接合方法によりｐｉ接合界面が接合されていることから、ｐｉ接合の密着性が高くなり、接合界面におけるキャリア（電子または正孔）移動を妨げられることが抑制される。したがって、本発明によれば、感度に優れたフォトダイオード３００を容易に作製することができる。
なお、陽極３５０側から光が入射するため、陽極３５０は実質的に透明な材料で構成される。かかる観点から、陽極３５０は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素原子を含有する酸化錫（ＦＴＯ）、酸化インジウム（ＩｎＯ２）、酸化錫（ＳｎＯ２）のような金属酸化物材料で構成される。また、陽極３５０は、光透過性を確保するための平面視形状（例えば、格子状、メッシュ状等）をなすＡｌ、Ｃｕ、Ａｇのような金属材料で構成されていてもよい。
【０１３９】
また、図１１に示すフォトダイオード３００は、ｉ型半導体層３３０とｐ型半導体層３４０とを接合して作製されるが、ｎ型半導体層３２０とｉ型半導体層３３０との界面の接合に、本発明の接合方法を適用するようにしてもよい。
また、ｉ型半導体層３３０は省略されてもよい。この場合、本発明の接合方法により、ｎ型半導体層３２０とｐ型半導体層３４０とが接合され、接合界面にｐｎ接合が形成される。このようにして形成された半導体素子も整流性を示し、ダイオードとして機能する。
【０１４０】
また、このフォトダイオード３００の光の入射面積を大きくとることにより、フォトダイオード３００は、受光に伴って光起電力を発生する電源として利用することができる。すなわち、フォトダイオード３００は、太陽電池としても利用することができる。
このようにして得られた太陽電池は、同種の材料である多結晶シリコン同士を接合することによって製造されている。これにより、接合界面では、シリコン原子同士の接合が生成されることから、接合強度が強固になるとともに、接合界面のキャリアの移動が容易になる。その結果、光電変換効率の高い太陽電池が得られる。
【０１４１】
また、このフォトダイオード３００（太陽電池）は、陰極３１５上にｎ型半導体層３２０およびｉ型半導体層３３０を成膜してなる第１の被着体３７０と、陽極３５０の下面にｐ型半導体層３４０を成膜してなる第２の被着体３８０とを個別に製造した後、これらを接合することによって製造することができる。したがって、陰極上にｎ型半導体層、ｉ型半導体層、ｐ型半導体層および陽極を順次成膜する従来の製造方法に比べて、第１の被着体と第２の被着体とを並行して製造することが可能であるため、フォトダイオード３００の製造タクトタイムの短縮を図ることができる。
【０１４２】
さらに、前述したように、エネルギーを付与してＳｉ−Ｈ結合を切断する前のｉ型半導体層３３０およびｐ型半導体層３４０は、それぞれ、表面の未結合手が水素原子で終端化されているため、化学的に比較的安定であり、耐候性に優れている。したがって、第１の被着体３７０と第２の被着体３８０とを、それぞれ個別に多量に製造しておき、フォトダイオード３００の製造計画にしたがって必要な個数の各被着体３７０、３８０のみにエネルギー付与の工程を行うようにすれば、フォトダイオード３００の製造効率や在庫管理の観点から有効である。すなわち、フォトダイオード３００は、容易に製造可能なものとなる。
【０１４３】
以上、本発明の接合方法、接合体、半導体装置および光電変換素子を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明の接合方法は、前記各実施形態のうち、任意の１つまたは２つ以上を組み合わせたものであってもよい。
また、本発明の接合方法は、必要に応じて、１以上の任意の目的の工程を追加してもよい。
【実施例】
【０１４４】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．フォトダイオード（接合体）の製造
（実施例１）
まず、第１の基材として、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×平均厚さ１ｍｍのステンレス鋼基板を用意し、第２の基材として、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×平均厚さ１ｍｍの石英ガラス基板を用意した。
次いで、ステンレス鋼基板上に、真空蒸着法によりアルミニウムを成膜した。一方、石英ガラス基板上には、真空蒸着法によりアルミニウムを格子状に成膜した。
【０１４５】
次に、ステンレス鋼基板上に成膜したアルミニウム膜上に、以下の条件でｎ型半導体層（平均厚さ１μｍ）を形成した。
＜ｎ型半導体層の成膜条件＞
・成膜方法          ：エピタキシャル成長法（水素雰囲気下）
・原料ガスの組成    ：モノシラン＋ホスフィン
【０１４６】
一方、石英ガラス基板上に成膜したアルミニウム膜上に、以下の条件でｐ型半導体層（平均厚さ１μｍ）を形成した。
＜ｐ型半導体層の成膜条件＞
・成膜方法          ：エピタキシャル成長法（水素雰囲気下）
・原料ガスの組成    ：モノシラン＋ジボラン
【０１４７】
次に、得られたｎ型半導体層の表面とｐ型半導体層の表面に、それぞれ以下に示す条件で紫外線を照射した。
＜紫外線照射条件＞
・雰囲気の組成      ：窒素ガス
・雰囲気の温度      ：２０℃
・雰囲気の圧力      ：１００Ｐａ
・紫外線の波長      ：１７２ｎｍ
・紫外線の照射時間  ：５分
【０１４８】
次に、紫外線を照射した面同士が接触するように、ステンレス鋼基板と石英ガラス基板とを重ね合わせ、これらを接合した。
次いで、ステンレス鋼基板と石英ガラス基板とを３ＭＰａで加圧しつつ、８０℃で加熱し、１５分間維持した。これにより、ステンレス鋼基板と石英ガラス基板との接合強度の向上を図り、フォトダイオード（接合体）を得た。
【０１４９】
（実施例２）
まず、実施例１と同様にして、アルミニウム膜を備えたステンレス鋼基板と、格子状のアルミニウム膜を備えた石英ガラス基板とを用意した。
次に、ステンレス鋼基板上に成膜したアルミニウム膜上に、以下の条件で半導体層（平均厚さ１μｍ）を形成した。
【０１５０】
＜半導体層の成膜条件＞
・成膜方法          ：エピタキシャル成長法（水素雰囲気下）
・原料ガスの組成    ：モノシラン
次に、ホスフィンガス存在下でこの半導体層に熱処理を施し、半導体層中にリンイオンを熱拡散させた。これにより、アルミニウム膜上にｎ型半導体層を形成した。
一方、石英ガラス基板上に成膜したアルミニウム膜上に、上述した半導体層の成膜条件と同様にして半導体層（平均厚さ１μｍ）を形成した。
次に、ジボランガス存在下でこの半導体層に熱処理を施し、半導体層中にホウ素イオンを熱拡散させた。これにより、格子状のアルミニウム膜上にｐ型半導体層を形成した。
【０１５１】
以下、実施例１と同様にして、ｎ型半導体層の表面とｐ型半導体層の表面にそれぞれ紫外線を照射した後、これらの表面同士が密着するように、ステンレス鋼基板と石英ガラス基板とを重ね合わせ、これらを接合した。
次いで、ステンレス鋼基板と石英ガラス基板とを３ＭＰａで加圧しつつ、８０℃で加熱し、１５分間維持した。これにより、ステンレス鋼基板とガラス基板との接合強度の向上を図り、フォトダイオード（接合体）を得た。
【０１５２】
（実施例３）
まず、実施例１と同様にして、アルミニウム膜を備えたステンレス鋼基板と、格子状のアルミニウム膜を備えた石英ガラス基板とを用意した。
次に、ステンレス鋼基板上に成膜したアルミニウム膜上に、実施例１と同様の条件で、ｎ型半導体層を形成した。
【０１５３】
一方、石英ガラス基板上に成膜したアルミニウム膜上にも、実施例１と同様の条件で、ｐ型半導体層を形成した。
次に、ｎ型半導体層の表面およびｐ型半導体層の表面に、フッ酸含有液を用いたエッチング処理を施した。
【０１５４】
以下、実施例１と同様にして、ｎ型半導体層の表面とｐ型半導体層の表面にそれぞれ紫外線を照射した後、これらの表面同士が密着するように、ステンレス鋼基板と石英ガラス基板とを重ね合わせ、これらを接合した。
次いで、ステンレス鋼基板と石英ガラス基板とを３ＭＰａで加圧しつつ、８０℃で加熱し、１５分間維持した。これにより、ステンレス鋼基板と石英ガラス基板との接合強度の向上を図り、フォトダイオード（接合体）を得た。
【０１５５】
（実施例４）
フッ酸含有液を用いたエッチング処理に代えて、水素プラズマ処理を行うようにした以外は、前記実施例３と同様にしてフォトダイオード（接合体）を得た。
（実施例５）
まず、実施例１〜４と同様にして、アルミニウム膜を備えたステンレス鋼基板と、格子状のアルミニウム膜を備えた石英ガラス基板とを用意した。
【０１５６】
次いで、ステンレス鋼基板上に成膜したアルミニウム膜上に、以下の条件で、水素化アモルファスシリコンを主材料とするｎ型半導体層（平均厚さ１μｍ）を形成した。
＜ｎ型半導体層の成膜条件＞
・成膜方法          ：プラズマＣＶＤ法
・原料ガスの組成    ：モノシラン
・キャリアガスの組成：水素
・高周波電力の周波数：１３．５６ＭＨｚ
・チャンバー内圧力  ：１００Ｐａ
・高周波電力の出力  ：１００Ｗ
・不純物イオンの導入：熱拡散法
・不純物ガス        ：ホスフィン
【０１５７】
一方、石英ガラス基板上に成膜したアルミニウム膜上に、以下の条件で、水素化アモルファスシリコンを主材料とするｐ型半導体層（平均厚さ１μｍ）を形成した。
＜ｐ型半導体層の成膜条件＞
・成膜方法          ：プラズマＣＶＤ法
・原料ガスの組成    ：モノシラン
・キャリアガスの組成：水素
・高周波電力の周波数：１３．５６ＭＨｚ
・チャンバー内圧力  ：１００Ｐａ
・高周波電力の出力  ：１００Ｗ
・不純物イオンの導入：熱拡散法
・不純物ガス        ：ジボラン
【０１５８】
次に、得られたｎ型半導体層とｐ型半導体層に、それぞれ温度６００℃×１０時間の熱処理を施した。これにより、水素化アモルファスシリコンを結晶化させ、それぞれ、水素を含有する多結晶シリコンで構成されたｎ型半導体層とｐ型半導体層とを得た。
以下、実施例１と同様にして、ｎ型半導体層の表面とｐ型半導体層の表面にそれぞれ紫外線を照射した後、これらの表面同士が密着するように、ステンレス鋼基板と石英ガラス基板とを重ね合わせ、これらを接合した。
次いで、ステンレス鋼基板と石英ガラス基板とを３ＭＰａで加圧しつつ、８０℃で加熱し、１５分間維持した。これにより、ステンレス鋼基板と石英ガラス基板との接合強度の向上を図り、フォトダイオード（接合体）を得た。
【０１５９】
２．フォトダイオードの評価
２．１  接合強度（割裂強度）の評価
各実施例で得られたフォトダイオードについて、それぞれ層間の接合強度を測定した。
その結果、層間の接着強度が５ＭＰａ以上であり、フォトダイオードは十分な接合強度を有していた。
２．２  光電変換特性の評価
各実施例で得られたフォトダイオードに光を照射した。その結果、各フォトダイオードにおいて、電流を検出することができた。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本発明の接合方法の第１実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図２】本発明の接合方法の第１実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図３】本発明の接合方法の第１実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図４】本発明の接合方法の第１実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図５】接合膜の形成に用いられる成膜装置を模式的に示す縦断面図である。
【図６】接合膜の形成に用いられる成膜装置を模式的に示す縦断面図である。
【図７】本発明の接合方法の第２実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図８】本発明の接合方法の第２実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図９】本発明の接合方法の第３実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図１０】本発明の接合方法の第３実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図１１】本発明の半導体装置の一例として、フォトダイオードの構成を示す模式図（縦断面図）である。
【符号の説明】
【０１６１】
１……接合体  ２１……第１の基材  ２２……第２の基材  ２３、２４……接合面  ３１……第１の接合膜  ３２……第２の接合膜  ３０１……Ｓｉ−Ｈ結合  ３０２……活性手  ３３……空間  ３１ａ、３２ａ……表面  ３１０……所定領域  ４１……第１の被着体  ４２……第２の被着体  ５……仮接合体  ６……マスク  ６１……窓部  １００……成膜装置  １１０……ベルジャ  １１１……金属ベルジャ  １１２……石英ベルジャ  １１５……排気路  １２０……サセプタ  １３０……高周波誘導コイル  １３１……配線  １３２……電源装置  １４０……ノズル  １４１……ガス供給装置  ２００……成膜装置  ２０１……チャンバー  ２０２……供給口  ２０３……排気口  ２３０……下部電極  ２３１……アース線  ２４０……上部電極  ２８０……電源回路  ２８２……高周波電源  ２８３……コンデンサ  ２８４……配線  ３００……フォトダイオード  ３１５……陰極  ３２０……ｎ型半導体層  ３３０……ｉ型半導体層  ３４０……ｐ型半導体層  ３５０……陽極  ３６０……外部回路  ３７０……第１の被着体  ３８０……第２の被着体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005338069.tif 000009
【図９】
0005338069.tif 000010
【図１０】
0005338069.tif 000011
【図１１】
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