JP2001503568A - 基盤上に形成された薄層およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は支持部材上に形成された薄層の製造方法にかかるものであり、当該方法は母材中にミクロ空隙層を形成して母材と薄層を区分けすることを目的としたイオン照射工程と、母材と支持部材を密着させる工程と、ミクロ空隙層が母材を分離する温度で行う熱処理工程とを含む。母材および支持部材の少なくとも一方は、熱処理中に両者の熱膨張率の相違に起因して発生する応力に抗して両者の密着が維持されるよう熱処理工程の前に薄肉化処理が施される。

Description

【発明の詳細な説明】 基盤上に形成された薄層およびその製造方法技術分野 本発明は、基盤上に硬質の薄層を形成する方法、特に基盤と薄層に用いられる 材料の熱的な挙動が異なる場合の製造方法に関する。薄層は半導体材料であって も半導体でなくても良い。本発明は、また、当該方法によって得られた構造物に 関する。背景技術 硬質の材料からなる薄層を形成する技術は多く知られている。薄層形成方法は 、使用される材料の種類および形成される薄層の厚さによって異なる。硬質材料 の薄層が部材の表面にプロペリング、スプレー、電気めっき等の方法によって形 成される。薄層は、また、所望の材料の箔を機械または化学研磨によって薄肉化 し、基盤として用いる部材の表面に付着あるいは接着して得ることもできる。 一般に、薄層は部材の表面特性を変更するためにその表面に接着される。 半導体の分野では、たとえば“絶縁体上のシリコン”を製造するために半導体 の薄層が形成される。半導体の薄層を形成するための異なる方法も開発されてい る。最近開発された方法は、半導体にインプラントされた希ガスまたは水素が、 イオン注入の平均深さと同程度の厚さの位置に弱体化層を形成することを利用し たものである。フランス特許２６８１４７２は、この特性を利用して半導体の薄 層を得る方法を開示する。当該方法は、平坦面を有する半導体の母材に下記の処 理を実施するものである： −母材の平坦面にイオン照射を行い、母材表面のイオンの入射深さと同程度の 位置に“ガス状のミクロバブル”を形成し、母材を下方の肉厚領域とその上に形 成された薄層領域に分ける第１の注入工程。ここにおいて、イオンは希ガスまた は水素ガスのイオンから選択する。 −母材の平坦面を少なくともひとつの硬質の材料からなる基盤(または補強板) と密着させる第２の工程。当該密着は、予め熱および／または静電処理された表 面に接着材を塗布して、基盤と母材とを原子間ボンディングさせることで実現す ることができる； −イオン注入を実施した温度よりも高い温度であって、薄層と肉厚領域の剥離 を可能にする温度で母材と基盤を熱処理する第３の工程。シリコンの場合には、 この温度はおよそ４００℃である。 上記の現象について本明細書では以下のように説明することができる。まず、 最初の工程で、半導体材料の母材の平坦な表面に対してイオンビームを照射する 。平坦面は、半導体材料が完全な単結晶の場合には結晶構造面に対して実質上平 行であり、半導体材料が複結晶材料の場合にはすべての結晶粒の同一インデック スを有する主結晶構造面に対して概ね平行である。“ガス状のミクロバブル”層 が母材の一部の領域に形成される。この層はイオンの平均入射深さと同程度の深 さに形成され、母材の内部を２つの領域に区分する：薄層となるべき領域とその 他の領域である。“ガス状のミクロバブル”は、水素ガスまたは希ガスイオンの 母材への注入によって生じたすべての空隙またはミクロな空隙を意味する。空隙 は極めて小さい、つまり、数アトム相当の極めて微小な大きさを有しているか、 半球状かそれ以外の形状である。空隙はガス相を有する場合もあるし、有しない 場合もある。第３の工程で２つの領域の剥離が可能な程度の温度で熱処理を行う 。この剥離は、たとえばミクロバブルの圧力を受けておよび／またはミクロ空隙 が大きくなることによる半導体結晶の再配置によって起こる。 この方法は、結晶質であるか否かにかかわらずすべての硬質材料に対して使用 することができる。この方法は、絶縁材料、導電材料、半絶縁材料およびアモル ファス半導体材料に対して使用することができる。さらに、この方法は使用され る材料の特性を変化させない。 このような水素または希ガスイオンの注入によって結晶質半導体材料以外の材 料にもミクロ空隙を形成することができる。イオン注入ステップによって一定層 の中にミクロ空隙が形成されていれば、次の熱処理によって当該材料を剥離させ ることができる。 さらに、剥離を起こさせるための熱処理は、好ましくはイオン注入ステップの 温度条件、線量、注入エネルギー、他の処理における温度条件等に依存する温度 条件として設定される。したがって、状況によってはイオン注入時の温度よりも 低い温度でアニーリングが起こる。 しかし、形成される薄層と補強部材の熱膨張率が異なるとき、あるいはこれら が非常に隔たっているときは、当該方法は問題を生じる。この場合、熱処理の間 、密着した薄層と補強部材を接着させようとする接着力と、熱膨張率の相違に起 因する力（薄層を補強部材から引き剥がそうとする力）と、イオンの注入で生じ たマイクロ空隙の位置で剥離させる力とが競合することになる。 熱処理時にどの力が強いかを判断することは一般に容易ではない。しかし、補 強部材と薄層の熱膨張率が異なるときには、熱処理時にマイクロ空隙の位置では なく両者の境界面で剥離が起こる可能性が有る。 フランス特許２６８１４７２号の薄層製造方法を実施するために、熱膨張率が 異なることに起因して、所定の温度範囲において２つの材料が接着された状態で 熱処理中に境界近傍の材料が熱処理に耐えられない状況が生じる場合に両者の熱 膨張率が異なると称する。この現象が生じると２つの部材が分離してしまう。発明の開示 上記の問題を解決するために、本発明は、少なくとも一方は薄層状である、補 強部材とイオン注入を受けた母材を接着させたアッセンブリーに対して熱処理を 施すことを開示する。この方法によれば、薄層は他方によって生じた変形を弾性 的に吸収し、両者が剥離することが無い。 本発明によれば、接着される部材の一方を薄層とし熱処理中に他方の部材によ って加えられる変形を吸収させるものである。したがって、ミクロ空隙の位置で 剥離が発生し、所望の薄層を問題無く得ることができる。 本発明の方法は、基盤の上に設けられた第１の材料からなる薄層と第２の材料 からなる基盤を製造する方法であり、当該方法は： −母材の平坦面にイオン照射を行い、母材表面のイオンの入射深さと同程度の 深さの位置にミクロ空隙を形成し、母材を下方の肉厚領域とその上に形成された 薄層領域に区分する第１の注入工程と； −母材の平坦面を基盤と密着させる第２の工程と； −薄層領域と肉厚領域の間で剥離を可能にする温度で母材と基盤を熱処理する 第３の工程とを有し、 当該方法は基盤または母材の少なくとも一方を薄肉化する薄層工程を含むこと を特徴とする。薄肉化された部材の厚さは、熱処理工程において接着された両部 材が両者の熱膨張係数の相違の影響に抗して剥離せずに、ミクロ空隙の位置で剥 離が起きるような厚さである。 母材の方を薄肉化する場合には、イオン注入の前後、基盤との接着の前後に関 わらず、熱処理の前であれば良い。 本発明の他の目的は第２の材料からなる基盤の上に第１の材料からなる薄層を 形成する方法であって： −第１の支持部材の対応する表面上に２つの平行な面を有する第１の材料から なる母材を密着させる工程と； −後の熱処理において２つの材料の熱膨張率の相違によって生じる応力にもか かわらず両部材が密着しているように基盤の密着していない方の表面から母材を 薄肉化する工程と； −薄肉化された母材の自由表面にイオン照射を行い母材の内部のイオンの注入 深さに相当する位置にミクロ空隙を有する領域を形成し、母材からイオン照射を 行った表面とミクロ空隙の層の間の薄層領域を区分けする工程と； −薄層化された基盤のイオン照射を行った面を第２の支持部材の対応する面に 接着する工程と； −マイクロ空隙層に沿って剥離を生じるように最終的に熱処理を行う工程と； −好ましくは、照射するイオンは希ガス又は水素ガスのイオンである。 薄層化は機械研削、機械／化学研磨、化学的手段あるいはこれらの組み合わせ によって行うことができる。 イオン照射工程では、静電気、接着剤または２つの領域を剥離させるのに必要 な最低温度よりも低い焼鈍温度で強化される分子接着を利用した接着によって母 材と基盤との接着を維持することができる。分子接着を補強する焼鈍は薄肉化工 程に依存するいくつかの方法によって行うことができる。 「基盤」と言う言葉は、単一構造の構造物および層構造の構造物のいずれをも 意味するものとする。 本発明はさらに、第２の材料からなる支持部材とその上に搭載された第１の材 料からなる薄層からなる構造物であって上記の方法によって得られたものを対象 とする。 第１の材料がシリコンで第２の材料がシリカである場合には、本発明は特に利 用性が高い。図面の簡単な説明 以下の説明によって本発明を一層良く理解することができ、本発明の上記以外 の利点や特徴が明らかになるはずである。説明は例示であって本発明はこれに限 定されるものではない。 図１は、本発明のイオン注入工程を示す。 図２は、本発明の密着工程を示す。 図３は、本発明の薄肉化工程を示す。 図４は、本発明の最終的な熱処理工程を示す。実施態様の詳細な説明 以下に、イオン注入によって輪郭が定まった薄層の薄肉化工程を例示する。薄 肉化の程度は、熱処理工程において薄層が基盤から剥離することを防ぐ為に必要 な最小限の薄肉化と、熱処理工程においてミクロバブル（ミクロ空隙）が基盤の 方に付着してブリスタを形成しないよう定まる最大薄肉化の中間でなければなら ない。 母材は半導体部材でなくても良い。母材が半導体であれば集積回路が含まれて いても良い。 フランス特許２６８１４７２に開示された方法は、例えば単結晶、シリコンコ ーティングを施す基盤（あるいは補強部材）の特性を利用して全く異なる方法に よって達成することができる。基盤がガラスでなければならない場合、熱膨張係 数がシリコンと十分近くなるような組成のガラスを用いることができる。たとえ ば、液晶スクリーンに用いられるガラスの線膨張係数は４．３×１０^-6／℃であ り、シリコンの線膨張係数は２．６×１０^-6／℃である。これらの線膨張係数は 、フランス特許２６８１４７２の方法に従って３００℃から６００℃の温度で問 題なく熱処理を実施できる程度に互いに近接するものである。 基盤が純粋なシリカである場合は問題を生じる。純粋なシリカの線膨張係数（ ５×１０^-7／℃）はシリコンの線膨張形と大きく離れており、５２５μｍ厚のシ リコン層を５００μｍ厚のシリカ層に密着させて２００℃以上の温度で熱処理す ることはできない。熱処理中、純粋なシリカはシリコン母材に比較すればほとん ど膨張していない。このことによって熱処理中に大きな機械的応力を生じ、両者 は剥離する。 本発明によればシリカ基盤上に設けられたシリコンの薄膜を得ることができる 。本方法を一つの適用例に従って詳細に述べる。 図１に示したように、シリコン母材１の、図中２で示した表面から一般的に３ で示したイオンを照射する。イオンは５×１０¹⁶／ｃｍ²の照射量、１５０ｋｅ Ｖのエネルギーで水素イオンを照射する。ガス状のミクロバブル層４と称する層 がイオンの平均注入深さと同程度の深さに形成される。表面２と層４の間の領域 ５が薄層に当たる。 シリコン母材１は次に、母材１の表面２が支持部材６の表面７と密着するよう に支持部材６に密着させられる。既知の方法で表面２および７をしかるべく前処 理して両者を密着させることができる。たとえば、表面を適当な方法で洗浄する ことによって、エポキシ接着剤又は静電圧力を用いて分子密着法によって密着さ せることができる。 この段階で、母材と支持部材からなる構造物に、母材１と支持部材６の接着力 の強化を目的とした焼鈍処理を施すことが有益である。この焼鈍温度は、２つの 部材間の接着力を強化するに充分な温度であって薄層５が母材の残りの部分から 剥離する温度以下でなければならない。 続いてシリコン母材１を薄肉化する。シリコン母材は、研削、機械又は機械・ 化学研磨によって薄肉化することができる。これらの薄肉化技術は組み合わせて 用いることもできる。例えば、研削は数百ミクロンの厚さの薄層に対して用いる ことができる。研削によって厚さ数ミクロンにわたって応力欠陥を生じる為、こ の欠陥を化学的手段によって除去することができる。２０μｍ／ｈの速さで効果 を発揮する水酸化テトラメチルアンモニウムを８０℃の温度で使用してシリコン を処理することができる。最終的なシリコンの厚さは、薄肉化によって、当該方 法の最終段階で加えられる熱応力を弾性変形で吸収することができる厚さになら なければならない。 上記に示した、薄肉化工程は母材１を支持部材６に密着させる前に実施しても 良く母材１へのイオン注入の前であっても良い。 図３は、母材１に薄肉化処理を施した後の母材／支持部材構造物を示す。薄肉 化で取り除かれた部分は破線で示してあり薄肉化処理を施された残りの部分は番 号１０で示す。 母材１と支持部材６の接着強度を向上させる為に、薄肉化の程度に応じて次第 に高温での焼鈍処理を実施するのが望ましい。シリコン母材と純粋なシリカの支 持部材が使用された場合、支持部材の分子接着で両者が密着させられる。それぞ れの層厚がおよそ５００μｍであれば、両部材を密着させた後に以下の焼鈍処理 を実施するのが望ましい。 −温度１００℃で数時間行う第１の焼鈍 −イオン注入を行った母材の厚さを１００μｍ未満にする薄肉化処理 −温度２００℃で数時間行う第２の焼鈍 −イオン注入を行った母材の厚さを４０μｍ未満にする薄肉化処理 最終段階では、支持部材６とシリコン１の薄肉化処理をされた層１０からなる 対象物を、結晶の再配置とミクロバブル内の圧力上昇によって薄層５と層１０の 残部１１とに分離するに充分な温度で等温熱処理する。この段階を図４に示す。 本発明の方法によって、層１０は熱処理中の膨張による応力によって支持部材 ６から剥離することがない。シリコン層はガス状のミクロバブルの平面で２つの 層に分離し、シリカの支持部材６に付着したシリコンの薄膜５が得られる。 母材の薄肉化と同時にあるいは母材の薄肉化ではなく支持部材の薄肉化が必要 であれば、上記同様の方法を支持部材に適用することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１１月１７日（１９９８．１１．１７） 【補正内容】 請求の範囲 ３．前記薄肉化工程が母材（１）をイオン注入の後で支持部材への密着の前に薄 肉化するものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ４．前記薄肉化方法が支持部材への密着の後であって最終熱処理の前に母材（１ ）を薄肉化するものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ５．第２の材料からなる支持部材上に第１の材料からなる薄層を形成する方法で あって、 −平行な２つの表面を有する前記第１の材料からなる母材を第１の支持部材の 対応する表面に密着させる第１工程と、 −前記母材の他方の面から母材を薄肉化する第２工程と、 −薄肉化された母材の自由表面にイオンを照射するイオン注入第３工程と、 −薄肉化された母材のイオン照射を受けた表面を第２の支持部材の対応する表 面に密着させる第４工程と、 −ミクロ空隙層を境に母材が分離させる温度で行う最終熱処理第５工程とを含 む請求項２に記載の方法。 ６．イオン照射を希ガスおよび水素ガスから選択した元素のイオンによって行う ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載した方法。 ７．薄肉化工程を、機械研削、機械・化学研磨、化学処理、またはこれらの組み 合わせによって行うことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載 の方法。 ８．密着工程を、母材の分離が発生する温度以下の温度で行う焼鈍処理によって 補強した分子接着によって行うことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいず れかに記載の方法。 ９．前記分子接着を補強する焼鈍処理を薄肉化処理の進捗に従って複数回行うこ とを特徴とする請求項８に記載の方法。 １０．シリカ支持部材（６）に形成されたシリコン層（５）を得る為の前記いず れかの請求項に記載した方法の使用。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第２の材料からなる支持部材上に第１の材料からなる薄層を形成する方法で あって、 −前記第１の材料からなる母材（１）の表面（２）にイオン（３）によるイオ ン照射を行い、母材のイオン入射深さと同程度の位置にミクロ空隙層を形成し、 当該層によって母材をイオン照射を受けた表面（２）とミクロ空隙層（４）との 間の薄層領域（５）を含む２つの領域に分割する工程と、 −母材（１）のイオン照射を受けた面（２）を支持部材（６）の対応する表面 に密着させる密着工程と、 −ミクロ空隙層（４）によって母材（１）が２つの領域に分割される為に充分 な温度による熱処理工程を有する方法であって、 −さらに母材（１）および支持部材（６）のうちの少なくとも一方を、薄肉化 された厚さが、密着された両部材が上記の熱処理工程中に両部材の熱膨張係数の 相違で発生する応力に抗して密着を維持することができる厚さであることを特徴 とする方法。 ２．前記薄肉化工程が母材（１）をイオン注入の前に薄肉化するものであること を特徴とする請求項１の方法。 ３．前記薄肉化工程が母材（１）をイオン注入の後で支持部材への密着の前に薄 肉化することを特徴とする請求項１に記載の方法。 ４．前記薄肉化工程がイオン注入の後であって最終熱処理の前に母材（１）を薄 肉化することを特徴とする請求項１に記載の方法。 ５．第２の材料からなる支持部材上に第１の材料からなる薄層を形成する方法で あって、 −平行な２つの表面を有する前記第１の材料からなる母材を第一の支持部材の 対応する表面に密着させる工程と、 −前記母材の他方の面から母材を、後の熱処理工程中、母材と他の部材の熱膨 張係数の相違に起因して発生する応力に抗して密着がはがれない厚さにまで薄肉 化する工程と、 −薄肉化された母材の自由表面をイオンで照射し母材のイオンの入射深さに相 当する位置にミクロ空隙の層を形成し、イオン照射を行った表面と当該層の間の 領域を含む２つの領域に母材を区分するイオン注入工程と、 −薄肉化された母材のイオン照射を受けた表面を第２の支持部材の対応する表 面に密着させる工程と、 −ミクロ空隙層を境に母材を分離させる最終熱処理工程とを含む方法。 ６．イオン照射を希ガスおよび水素ガスから選択した元素のイオンによって行う ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載した方法。 ７．薄肉化工程を、機械研削、機械・化学研磨、化学処理、またはこれらの組み 合わせによって行うことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載 の方法。 ８．密着工程を、母材の分離が発生する温度以下の温度で行う焼鈍処理によって 補強した分子接着によって行うことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいず れかに記載の方法。 ９．前記分子接着を補強する焼鈍処理を薄肉化処理の進捗に従って複数回行うこ とを特徴とする請求項８に記載の方法。 １０．第２の材料からなる支持部材（６）と第１の材料からなる薄層（１）とを 有し、前記請求項に記載した方法のいずれかによって得られた構造物。 １１．第１の材料がシリコンで第２の材料がシリカである請求項１０に記載の構 造物。