JP2001511608A - プラズマ侵入型イオン注入を使用するクラスタツール方法及び装置 - Google Patents

プラズマ侵入型イオン注入を使用するクラスタツール方法及び装置

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JP2001511608A JP2000504917A JP2000504917A JP2001511608A JP 2001511608 A JP2001511608 A JP 2001511608A JP 2000504917 A JP2000504917 A JP 2000504917A JP 2000504917 A JP2000504917 A JP 2000504917A JP 2001511608 A JP2001511608 A JP 2001511608A
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フランソワ ジェイ ヘンリー
ネイサン チェウン
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シリコン ジェネシス コーポレイション
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Abstract

(57)【要約】 プラズマ侵入型イオン注入チャンバ（１２）を使用するクラスタツール（１０）。若干の実施の形態においては、クラスタツールは制御されたへき開プロセスチャンバ（２２）を更に含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） 本発明は、基板（サブストレート）の製造に関する。詳述すれば、本発明は、
プラズマ侵入型イオン注入（ plasma immersion ion implantaion ：“ＰＩＩＩ
”）を用いるクラスタツール装置を使用して基板を処理する装置及び方法を含む
技術を提供する。ＰＩＩＩを用いる本クラスタツール装置は、例えば、半導体集
積回路のための絶縁体上のシリコン基板のようないろいろな基板の製造に使用す
ることができる。更に、本クラスタツール装置は、一般に集積回路の製造にも使
用することができる。しかしながら、本発明が広範な可用性を有しており、多層
集積回路デバイスのための他の基板、半導体デバイスの三次元パッケージング、
フォトニックデバイス、圧電デバイス、マイクロ電子機械システム（“ＭＥＭＳ
”）、センサ、アクチュエータ、類似の、または類似していない材料を使用する
エピタキシャル状基板、太陽電池、フラットパネルディスプレイ（例えば、ＬＣ
Ｄ、ＡＭＬＣＤ）、生物及び生化学デバイス等にも適用可能であることを理解さ
れたい。
【０００２】 デバイスのサイズが小さくなり、ウェーハのサイズが大きくなるにつれて、普
通の“バルク”シリコンウェーハではなく、絶縁体上のシリコン（シリコン・オ
ン・インシュレータ：“ＳＯＩ”）基板のような多層にされた基板上に集積回路
を製造することが望まれてきている。ＳＯＩウェーハを製造するために、いろい
ろな技術が提唱、または使用されてきている。これらの技術は、いろいろな技術
の中でも特に、バルク基板を覆って形成されている絶縁層の上に、シリコン材料
の厚膜を結合することを含んでいる。一般にこのシリコン材料の厚膜は、化学機
械的平坦化のような研削及び研磨技術によって“薄く”される。この技術はＳＯ
Ｉウェーハの製造に使用することが極めて容易であるが、この技術は長い時間を
消費する。更にこの技術は、長時間を要し且つ高価な処理薬品を使用することが
多い研削または研磨技術を使用するために、極めて高価である。また研削は、デ
バイスの性能を劣化させることも分かっている。従って、普通の結合及び研削技
術を使用して作られるＳＯＩウェーハは極めてコスト高であり、多くの限界を有
している。
【０００３】 ＳＩＭＯＸと一般的に呼ばれている“酸素の注入による分離”と呼ばれる技術
も提唱されている。このプロセスの詳細な説明に関しては、本明細書が参照して
いる哲学博士Stanley Wolf, SILICON PROCESSING FOR THE VLSI ERA（第２巻） の66−79頁を参照されたい。要するにこの技術は、普通のビーム・ラインイオン
注入を使用してシリコンウェーハ内に酸素を導入する。不幸にも、普通のＳＩＭ
ＯＸプロセスでは、一般にＳＯＩウェーハを生産するコストが高くなる。このコ
スト高は、シリコンウェーハ内に十分な線量の酸素を注入するのに必要な時間の
長さに由来することが多い。一般に、イオン注入は製造ファシリティにおける最
大のキャピタルコストの１つを表しているから、他のさまざまな集積回路処理動
作のために使用されることが多い普通のＳＩＭＯＸ内に使用するために注入装置
を割当てるのは困難であることが屡々である。更に、多くの製造設備（例えば、
集積回路及びウェーハ）は、そのコストが過大なイオン注入装置を追加する購入
費用を簡単に負担することはできない。従って、普通のＳＩＭＯＸプロセスを使
用して作られた絶縁体上のシリコンウェーハは高コストであることが多く、一般
には製造に長時間を要する。
【０００４】 以上の説明から、費用有効で、且つ効率的な基板製造のための技術が屡々望ま
れていることが理解されよう。
【０００５】 （発明の概要） 本発明によれば、ＳＯＩ基板を生産するための装置及び方法を含む技術が提供
される。詳述すれば、本発明は、プラズマ侵入型イオン注入システムと共に構成
されたクラスタツールを使用して基板を処理するための方法、及びそれによって
得られるデバイスを含むさまざまな技術を提供する。ＰＩＩＩを有する本クラス
タツール装置は、例えば、半導体集積回路のための絶縁体上のシリコン基板のよ
うないろいろな基板を製造するために使用することができる。更に、本クラスタ
ツール装置は、一般に、集積回路並びに他のデバイスの製造に使用することがで
きる。
【０００６】 特定の実施の形態においては、本発明は、新しいクラスタツール装置を使用し
て基板を処理するための技術を提供する。本装置は、特に、ロボットを内蔵して
いる転送チャンバを含む。プラズマ侵入型イオン注入チャンバが転送チャンバに
結合され、また第２のチャンバも転送チャンバに結合されている。第２のチャン
バは、少なくともＣＶＤチャンバ、エッチングチャンバ、ＰＶＤチャンバ、熱焼
鈍チャンバ、結合チャンバ、ＣＭＰチャンバ、熱処理チャンバ、プラズマ処理チ
ャンバ、エピタキシャル成長チャンバ、その他から選択することができる。本装
置は真空を破らずに複数の基板を処理することができ、それにより、いろいろな
要因の中でも特に、プロセスの品質及びデバイスの歩留まりが高まる。
【０００７】 特定の実施の形態においては、本発明は、新しいクラスタツール装置を使用し
て基板を処理するための方法を提供する。本方法は、いろいろな構成要素の中で
も特に、ロボットを内蔵する転送チャンバを使用する。プラズマ侵入型イオン注
入チャンバが転送チャンバに結合され、また第２のチャンバも転送チャンバに結
合されている。第２のチャンバは、少なくともＣＶＤチャンバ、エッチングチャ
ンバ、ＰＶＤチャンバ、熱焼鈍チャンバ、結合チャンバ、ＣＭＰチャンバ、熱処
理チャンバ、プラズマ処理チャンバ、エピタキシャルシリコン（または他の材料
）堆積チャンバ、その他から選択することができる。本方法は真空を破らずに複
数の基板を処理することができ、それにより、いろいろな要因の中でも特に、プ
ロセスの品質及びデバイスの歩留まりが高まる。
【０００８】 代替の特定の実施の形態においては、本発明は、新しいチャンバ構成並びに他
の特色を使用する絶縁体上のシリコン基板を形成するための技術を提供する。本
方法は、例えばシリコンウェーハのようなドナー基板を準備するステップを使用
する。ドナー基板はＰＩＩＩチャンバのような第１のチャンバ内に配置される。
第１のチャンバにおいては、イオン注入またはＰＩＩＩによって、ドナー基板の
表面を通して該表面の下の選択された深さまで粒子が導入される。選択された深
さにおける粒子の濃度が、その選択された深さから上の基板材料が除去されるこ
とを限定する。次に、ドナー基板は第２のチャンバ（第１のチャンバと同一であ
ることもできる）に配置される。結合チャンバである第２のチャンバにおいて、
ドナー基板はレセプタまたはターゲット基板に結合され、多層にされた基板が形
成される。多層にされた基板はＣＣＰチャンバのような第３のチャンバ内に配置
され、基板の選択された領域にエネルギが供給されて基板の選択された深さにお
いて、制御されたへき開（劈開：クリービング）動作が開始される。次いで、伝
播へき開前端を使用してこのへき開動作が遂行され、基板材料の一部分を基板か
ら除去する。好ましい実施の形態においては、結合ステップの前に、ドナー及び
レセプタ基板の表面のプラズマクリーニングステップが遂行され、結合プロセス
を強化する。若干の実施の形態においては、例えば、製造のコストを節約するた
めにドナー基板が再使用される。この場合、再使用されるドナー基板は材料とし
て再度使用される。
【０００９】 本発明を使用することにより、先在する技術より多くの便益が得られる。詳述
すれば、本発明は単一の（または、複数の）クラスタツール装置内において、例
えばＳＯＩウェーハを形成するための単一の解決方法、または装置を提供する。
更に本発明は、周囲状態に曝すことなくチャンバ設計内において遂行され、それ
によって例えば結合された基板が粒子に汚染されるのを防ぐことができる新しい
クリーニング及び結合技術を使用する。本発明は、例えば不適正格子基板上の“
シード”層から膜を成長させるエピタキシャルチャンバ、または分子ビームエピ
タキシー（“ＭＢＥ”）をも提供する。更に本発明は、基板のスループットを高
め、ＳＯＩウェーハ等のような基板の製造に伴う総合コストを減少させるために
、クラスタツール配列内に結合されている高スループットＰＩＩＩツールを使用
する。これらの、及び他の恩恵に関して、以下に説明する。
【００１０】 本発明は、既知のプロセス技術に関連してこれらの、及び他の恩恵を達成する
。しかしながら、本発明の本質及び長所は以下の説明及び添付図面を参照するこ
とによって実現することができる。
【００１１】 （特定実施例の説明） 本発明は、クラスタツール配列に構成されている高容量ＰＩＩＩツールを使用
して基板を製造する技術を提供する。詳述すれば、本発明は、絶縁体上のシリコ
ン基板を製造することができる単一の（または複数の）ツールを提供する。殆ど
の製造ステップが単一のツール上で行われるので、基板製造はより費用有効であ
り、また粒子汚染等も受けにくい。本発明についての特定の詳細は、以下のセク
ションにおいて説明する。読み易くするために、セクションを (1) ＰＩＩＩを 使用するクラスタツール、(2) 絶縁体上のシリコン基板に類別する。
【００１２】 １．ＰＩＩＩを使用するクラスタツール 図１は、本発明によるＰＩＩＩを使用するクラスタツール１０の簡易図である
。本図は単なる例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。当業者
には他の変形、変更、及び代替が明白であろう。クラスタツール１０は、円形、
または丸くした環状形態に構成されている。即ち、ロボット２０を含む転送チャ
ンバ１４が中央領域内に配置され、それを複数のチャンバ（少なくとも、番号１
２、２２、２４、２６、２８、及び３２によって示されている）が取り巻いてい
る。従ってロボット２０は、１つまたは複数のウェーハ１６を所望のアプリケー
ションに依存するチャンバの何れか１つへ挿入し、それから取り出すことができ
る。ロボット２０は、ウェーハ１６を保持するウェーハハンドラー１８を含んで
いる。
【００１３】 アプリケーションに依存して、チャンバは特定のプロセスレシピのために選択
される。詳述すれば、本クラスタツールは、例えば、ＳＯＩウェーハ並びに他の
基板及び集積回路を形成するために組合わせて使用することができるプラズマ侵
入型注入チャンバ１２、制御されたへき開プロセスチャンバ２２、プラズマクリ
ーンチャンバ２４、及び結合チャンバ２６を含むチャンバの新しい配列を使用す
る。クラスタツール１０は、処理中のウェーハをロードし、処理済みのウェーハ
をアンロードするために使用される入力／出力チャンバ２８を更に含む。付加的
なチャンバ３２は、熱処理、化学蒸着（“ＣＶＤ”）、物理蒸着（“ＰＶＤ”）
、プラズマまたは反応性イオンエッチング、その他のようなさまざまな他の処理
を遂行することができる。勿論、本クラスタツールに使用されるチャンバの正確
な構成はアプリケーションに依存する。
【００１４】 図２は、本発明の代替の実施の形態によるＰＩＩＩを使用するクラスタツール
１０の簡易図である。本図は単なる例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するも
のではない。当業者には他の変形、変更、及び代替が明白であろう。理解し易く
するために、図１の参照番号の若干が図２の対応構成要素に使用されている。ク
ラスタツール２００はインラインまたは線形形態に構成されている。即ち、ロボ
ット２０１を含む転送チャンバ２０１は、複数のチャンバ（番号１２、２２、２
４、２６、２８、３２、及び２０３によって示されている）と平行整列されてい
る。従ってロボット２０は、ハンドラー１８上に載っている１つまたは複数のウ
ェーハ１６を、所望のアプリケーションに依存するチャンバの何れか１つへ挿入
し、それから取り出すことができる。
【００１５】 アプリケーションに依存して、チャンバは特定のプロセスレシピのために選択
される。詳述すれば、本クラスタツールは、例えばＳＯＩウェーハその他の基板
及び集積回路を形成するために組合わせて使用することができるＰＩＩＩチャン
バ１２、ＣＣＰチャンバ２２、プラズマクリーンチャンバ２４、及び結合チャン
バ２６を含むチャンバの代替の、新しい配列を使用する。クラスタツール２００
は、処理中のウェーハをロードし、処理済みのウェーハをアンロードするために
使用され、他のチャンバの反対側の中央に配置されている入力／出力チャンバ２
８を更に含む。付加的なチャンバ３２及び２０３は、熱処理、ＣＶＤ、ＰＶＤ、
プラズマまたは反応性イオンエッチング、その他のようなさまざまな他の処理を
遂行することができる。勿論、本クラスタツールに使用されるチャンバの正確な
構成はアプリケーションに依存する。
【００１６】 図３は、本発明のさらなる代替の実施の形態によるＰＩＩＩを使用するクラス
タツール３００の簡易図である。本図は単なる例示に過ぎず、特許請求の範囲を
限定するものではない。当業者には他の変形、変更、及び代替が明白であろう。
クラスタツール３００は、例えばＳＯＩウェーハを製造するように構成されてい
る。理解し易くするために、先行図面の参照番号の若干が図３の対応構成要素に
使用されている。クラスタツール３００は丸くされた、または円形配列に構成さ
れているが、インラインまたは線形形態に構成することもできる。
【００１７】 この実施の形態においては、チャンバは、例えばＳＯＩウェーハを形成するた
めの特定プロセスレシピのために選択されている。詳述すれば、このクラスタツ
ールは、ＰＩＩＩチャンバ１２、ＣＣＰチャンバ２２、プラズマクリーンチャン
バ２４、及び結合チャンバ２６を使用している。クラスタツール３００は、処理
中のウェーハをロードし、処理済みのウェーハをアンロードする入力／出力チャ
ンバ２８も含んでいる。熱処理チャンバ３０３、ＣＶＤまたはＰＶＤチャンバ３
０７、プラズマまたは反応性イオンエッチングチャンバ３０１、その他のチャン
バも含んでいる。
【００１８】 各クラスタツールは、電源、真空ポンプ、及び所望アプリケーションのための
薬品源に結合されている。好ましい実施の形態においては、チャンバを含む全ク
ラスタツールを真空にするために真空ポンプが使用されている。プラズマにエネ
ルギを供給する高周波電位を供給するために電源が使用されている。各クラスタ
ツールは、制御及びプログラムレシピに使用される主制御パネルも含んでいる。
詳述すれば、レシピがメモリ内に配置され、マイクロプロセッサ型のコンピュー
タアーキテクチャを使用して制御される。本発明によれば、コンピュータソフト
ウェアまたはプログラムの形状のいろいろなレシピを格納し、使用することがで
きる。以下に、これらの、及び他の特色に関して詳細に説明する。
【００１９】 上述したクラスタツールはある数のチャンバ及びいろいろな型のチャンバを使
用するものとしたが、もし望むならば、どのような数のチャンバも、そして異な
る型でさえも使用することが可能である。例えば、チャンバの数は６またはそれ
以下まで、そして４またはそれ以下までさえ減らすことができる。更に、ＣＶＤ
、ＰＶＤ、及びエッチングのためのチャンバは、アプリケーションに依存して使
用しないこともできる。プロセスに依存して、例えばＰＩＩＩチャンバ及び結合
チャンバだけを含んでいることが望ましいこともあり得る。勿論、使用されるチ
ャンバの型及びそれらの構成はアプリケーションに依存する。しかしながら、各
チャンバの若干の詳細に関して以下に説明する。
【００２０】 Ａ．プラズマ侵入型イオン注入（“ＰＩＩＩ”）チャンバ ＰＩＩＩチャンバは、プラズマ侵入型イオン注入プロセスを行うアセンブリで
ある。単なる例としての図４は、クラスタツール内に統合することができる本発
明によるＰＩＩＩシステム４００の簡易図である。ＰＩＩＩシステム４００は、
真空ポンプ（図示してない）に接続されている真空ポート４１８を有する真空チ
ャンバ４１４を含んでいる。システム４００は、一連の誘電体窓４２６を含んで
おり、これらの窓はOリングによって真空封じされ、また取り外し可能なクラン プによって真空チャンバ４１４の上面４２２に取付けられている。これらの誘電
体窓４２６の若干には、高周波プラズマ源４４０が、外側シールド／接地内に配
置されているヘリカルまたはパンケーキアンテナ４４６を有するシステム内に取
り外し可能なように取付けられている。各アンテナの冷却は、アンテナを通して
冷却流体を通過させることによって達成される。典型的には、より高い電力の場
合にだけ冷却が要求される。高周波プラズマ源４４０が取付けられていない窓４
２６は、チャンバ４１４内を覗くポートとして使用できる。各プラズマ源４４０
が取り外し可能になっているために、システム内の真空を破らずに組合わされて
いる誘電体窓４２６を掃除することも、またはプラズマ源４４０を取り外すこと
もできる。ガラス窓が使用されているが、石英またはポリエチレンのような他の
誘電体材料も窓材料として使用することができる。
【００２１】 各アンテナ４４６は、マッチング回路網及び結合用コンデンサを通して高周波
発生器４６６に接続されている。各アンテナ４４６は、それぞれのアンテナ４４
６と並列に接続されている同調用コンデンサ４５８をも含んでいる。各同調用コ
ンデンサ４５８は、コントローラ４６２からの信号によって制御される。同調用
コンデンサ４５８を個々に調整することによって、発生するプラズマの均一性を
維持するように各高周波アンテナ４４６からの出力電力を調整することができる
。アンテナへの電力を調整するために、ゼロ反射電力同調のような他の同調法も
使用することができる。高周波発生器４６６は、コントローラ４６２からの信号
Ｅによって制御される。コントローラ４６２は、マッチング回路網への信号Ｆに
よってアンテナ４４６への電力を制御する。システムは、ウェーハ４６７を保持
するサセプタ４６５をも含んでいる。このサセプタは、他の基板材料を保持する
こともできる。
【００２２】 以下に単なる例として、例えば、本明細書が参照しているChung ChanのＰＣＴ
出願PCT/US96/11213に開示されているＰＩＩＩチャンバを説明する。要約すれば
、このＰＣＴ出願は、ＰＩＩＩ装置が複数の源を含んでいるようなＰＩＩＩを使
用する非質量分離技術を開示している。従来のビーム・ライン注入に比して注入
の均一性を改善し、またコストを引き下げるために複数の源が使用されている。
更に、本ＰＩＩＩチャンバを、イオンシャワー等のような非質量分離技術によっ
て置換することができる。
【００２３】 特定の実施の形態においては、本ＰＩＩＩチャンバはいろいろな処理技術を遂
行する。ＰＩＩＩプロセスの１例が、図５の簡易断面図５００に示されている。
この図は単なる例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。当業者
には他の変形、変更、及び代替が明白であろう。ＰＩＩＩチャンバにおいては、
材料の薄膜と名付けた材料領域５０３の厚みを限定する選択された深さまで、シ
リコンウェーハ５０１の上面５０２を通して選択されたエネルギを持った粒子５
０９が注入される。図示のように、粒子は選択された深さ（ｚ0）において所望 の濃度５１１を有している。代替として、粒子は、例えばシリコンウェーハを通
して分布させることができる。更にまた、粒子はドーピングの目的に使用される
特定の濃度を有することができる。
【００２４】 アプリケーションに依存して、いろいろな粒子を使用することができる。例え
ば、層転移プロセスにおいては、一般に小質量の粒子を選択して材料領域が損傷
する可能性を減少させる。即ち、小質量の粒子は、選択された深さまで基板材料
を通って容易に走行し、粒子が走行する材料領域を実質的に損傷させることがな
い。例えば、小質量の粒子（即ち、エネルギを持った粒子）は、殆どどのような
帯電した（例えば、正または負）、及び／または中性の原子または分子、または
電子等であることができる。特定の実施の形態においては、粒子は、水素及びそ
の同位元素のイオン、ヘリウム及びその同位元素及びネオンのような希ガスイオ
ンを含む中性の、及び／または帯電した粒子であることができる。粒子は、ガス
（例えば、水素ガス、水蒸気、メタン、及び他の水素化合物）のような化合物か
ら導出された粒子、及び他の軽い原子質量粒子であることもできる。代替として
粒子は、上述した粒子、及び／またはイオン、及び／または分子種、及び／また
は原子種のどのような組合わせであることもできる。ドーピングのような他の実
施の形態においては、一般的に粒子は、ホウ素担持粒子、燐担持粒子、砒素担持
粒子、その他のようなイオン種である。更に別の実施の形態においては、絶縁材
料は、酸素、窒素、水、及び他の種の注入によって形成させることができる。イ
オンシャワー、その他のような他の非質量分離技術も使用することができる。勿
論、使用される技術はアプリケーションに依存する。
【００２５】 Ｂ．制御されたへき開プロセス（“ＣＣＰ”）チャンバ ＣＣＰチャンバは、制御されたへき開プロセスを行うアセンブリである。ＣＣ
Ｐプロセスは、材料の膜を制御された技法でバルク基板から分離する。即ち、膜
を切離す、即ち分離させるために使用されるエネルギは過大でなく、それによっ
て実質的に滑らかな、そして均一に切離された膜が形成される。このプロセスは
、材料の膜をバルク基板から切離すためのエネルギ（または応力）を供給できる
アセンブリ内で行う。ＣＣＰプロセスの詳細に関しては、本明細書が参照してい
るHenleyらの暫定出願第60/046,276号（代理人ドケット第18419-000100）を参照
されたい。
【００２６】 特定の実施の形態においては、ＣＣＰチャンバは、膜の一部分をバルク基板か
ら切離す、または分離させるために制御されたエネルギを使用する。図６−９は
、本発明の実施の形態によるＣＣＰチャンバの簡易図である。これらの図は単な
る例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。当業者には他の変形
、変更、及び代替が明白であろう。本チャンバの動作を説明するために、へき開
エネルギの選択的位置決めを使用して注入された基板６００の簡易断面図を例え
ば図６に示す。注入されたウェーハは、選択された深さ６０３において材料領域
６１２の制御されたへき開動作を行うための選択的なエネルギの配置、または位
置決め、またはターゲッティングのステップ６０１を受ける。好ましい実施の形
態においては、選択されたエネルギ配置６０７は、基板の選択された深さ６０３
の縁または隅領域付近で行われる。
【００２７】 １つの、または複数のインパルスがエネルギ源６１１を使用して供給される。
源の例は、いろいろな源の中でも特に、化学的な源、機械的な源、電気的な源、
及び熱シンクまたは源を含む。化学的源は、粒子、流体、ガス、または液体のよ
うなさまざまなものを含むことができる。これらの化学的な源は、材料領域内の
応力を増加させるための化学反応を含むこともできる。化学的な源は、フラッド
、時間的な変化、空間的に変化、または連続として導入される。他の実施の形態
においては、機械的な源が、回転、並進、圧縮、膨張、または超音波エネルギか
ら導出される。機械的な源は、フラッド、時間的な変化、空間的に変化、または
連続として導入することができる。さらなる実施の形態においては、電気的な源
は、フラッド、時間的な変化、空間的に変化、または連続として導入される印加
電圧、または印加電磁場から選択される。更に別の実施の形態においては、熱源
またはシンクが、放射、対流、または伝導から選択される。この熱源は、さまざ
まな熱源の中から特に、光子ビーム、流体ジェット、液体ジェット、ガスジェッ
ト、電／磁場、電子ビーム、熱電加熱、炉等から選択することができる。熱シン
クは、流体ジェット、液体ジェット、ガスジェット、低温流体、過冷却液体、熱
電冷却手段、電／磁場、その他から選択することができる。先行実施の形態と同
様に、熱源はフラッド、時間的な変化、空間的に変化、または連続として印加さ
れる。更にまた、アプリケーションに依存して上述したどの実施の形態を組合わ
せることも、または分離することさえもできる。源の型に依存して、制御された
エネルギを基板に向けて望ましく導くように、源はチャンバ内、またはチャンバ
外に選択的に配置される。若干の実施の形態においては、エネルギは基板に向か
って空間的な技法、並びに絶対技法でも制御される。さらなる実施の形態におい
ては、基板から材料の膜を自由にするのに単一のパルスで十分である。勿論、使
用される源の型はアプリケーションに依存する。
【００２８】 特定の実施の形態においては、エネルギ源は、本発明の実施の形態によって加
圧された（例えば、圧縮された）流体ジェットであることができる。図７は、本
発明の実施の形態による制御されたへき開プロセスを遂行するために使用される
流体ノズル６０８からの流体ジェットの簡易断面図である。流体ジェット６０７
（または、液体ジェットまたはガスジェット）は基板の縁領域に衝突して制御さ
れたへき開プロセスを開始する。圧縮された、または加圧された流体源からの流
体ジェットは、選択された深さ６０３におけるある領域に導かれ、例えば機械的
な、化学的な、熱的な力を使用して基板からある厚みの材料領域６１２をへき開
する。図示のように、流体ジェットは基板を、選択された深さ６０３において互
いに他から分離した領域６０９及び領域６１１を含む２つの領域に分離する。流
体ジェットは、基板６００から材料６１２を分離させるための制御されたへき開
プロセスを開始させ、維持するように調整することもできる。アプリケーション
に依存して、所望の制御されたへき開プロセスを達成するように流体ジェットの
方向、位置、及び大きさを調整することができる。流体ジェットは、液体ジェッ
ト、またはガスジェット、または液体及びガスの組合わせであることができる。
更に、流体ジェットは、基板の周辺の周りに空間的に位置決めされている複数の
流体ジェット源であることができる。複数の流体ジェット源は、その厚みの材料
を制御された技法で除去するために、選択された技法でパルス化することができ
る。
【００２９】 好ましい実施の形態においては、エネルギ源は、例えば圧縮された静的な流体
のような圧縮源であることができる。図８は、本発明の実施の形態による圧縮さ
れた流体源６０７の簡易断面図である。圧縮された流体源６０７（例えば、加圧
液体、加圧ガス）は、基板６００の周辺または周囲を取り囲んでいるシールされ
たチャンバ６２１に印加される。図示のようにチャンバは、例えばOリング６２ ５等によってシールされ、基板の外縁を取り囲んでいるデバイス６２３によって
外囲されている。チャンバは、注入される材料の選択された深さにおいて制御さ
れたへき開プロセスを開始させるために基板６００の縁領域に加えられるＰCに 維持された圧力を有している。基板の外面または面は、例えば１気圧またはそれ
以下の周囲圧力であることができる圧力ＰAに維持されている。より高いチャン バ内の圧力と、周囲圧力との間には圧力差が存在する。この圧力差が、選択され
た深さ６０３における注入される領域に力を加える。選択された領域における注
入済みの領域は、どの結合された領域をも含む取り囲み領域よりも構造的に弱い
。力は、制御されたへき開プロセスが開始されるまで、圧力差を介して加えられ
る。制御されたへき開プロセスは、その厚みの材料６０９を基板材料６１１から
分離させ、選択された深さにおいてその厚みの材料６０９を基板材料６１１から
分割する。更に、圧力ＰCは、基板６１１からの“てこの作用”によって材料領 域６１２を分離させる。へき開プロセス中、チャンバ内の圧力は、制御されたへ
き開プロセスを開始させ、維持して材料６１２を基板６００から分離させるよう
に調整することもできる。アプリケーションに依存して、所望の制御されたへき
開プロセスを達成するために圧力の大きさを調整することができる。流体圧は、
液体、またはガス、または液体とガスとの組合わせから導出することができる。
更に、流体ジェットは基板の周縁の周りに空間的に位置決めされている複数の流
体ジェット源であることができる。複数の流体ジェット源は、その厚みの材料を
制御された技法で除去するために選択された技法でパルス化することができる。
【００３０】 特定の実施の形態において、本発明は、複数のエネルギ源を使用する制御され
た伝播へき開を提供する。図９に示すように、この制御された伝播へき開は、複
数の連続インパルスを使用してへき開プロセス７００を開始させ、そして多分伝
播させる。この図は単なる例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではな
い。当業者には他の変形、変更、及び代替が明白であろう。図示のように、イン
パルスは基板の縁に導かれ、基板の中心に向かってへき開前端を伝播させて基板
から材料層を除去する。この実施の形態においては、源が複数のパルス（即ち、
パルス１、２、及び３）を連続的に基板に印加する。パルス１ ７０１は基板の
縁７０３に導かれてへき開動作を開始させる。パルス２ ７０５もパルス１の一
方の側の縁７０７に導かれ、へき開前端を膨張させる。パルス３ ７０９は膨張
しているへき開前端に沿ってパルス１の反対縁７１１に導かれ、基板から材料層
を更に除去する。これらのインパルス、またはパルスの組合わせが、基板から材
料層の制御されたへき開動作７１３を与える。
【００３１】 上述した実施の形態は、ＣＣＰチャンバプロセスの若干の例を記述している。
これらのＣＣＰチャンバは、いろいろなハードウェア及び／またはソフトウェア
技術を使用して実現することができる。従って、この実施の形態が特許請求の範
囲を限定することを意図してはいない。当業者には他の変形、変更、及び代替が
明白であろう。
【００３２】 Ｃ．結合チャンバ 結合チャンバは、ドナー及びレセプタウェーハを結合して多層にされた基板構
造を形成させるアセンブリである。結合チャンバは、ドナー及びレセプタウェー
ハを一時的に、または恒久的に結合させるためにいろいろな技術を使用すること
ができる。ウェーハを結合する若干の技術はHenleyらが記述しているが、限定さ
れるものではない。ウェーハの結合は、本明細書を通して記述されてもいるが、
最も注目に値するのは以下のものである。
【００３３】 図１０−１５は、本発明による上記結合チャンバにおいて遂行することができ
る技術の簡易図である。これらの図は単なる例示に過ぎず、特許請求の範囲を限
定するものではない。図１０は、下側サセプタ１５０３及び上側サセプタ１５０
１を示している。例えば上側サセプタは、図示のように正及び負のｚ方向に運動
することができる可動静電チャックである。プロセスの例は、ロボットによって
下側サセプタ上にレセプタ基板を配置することによって遂行される。上側サセプ
タが下向き方向（例えば、負のｚ方向）に運動し、レセプタ基板１５０７を拾い
上げてそれを図示の位置まで上方へ移動させる。レセプタ基板１５０７は酸化物
の膜１５１１を有し、膜１５１１は表面１５１５を有している。次にロボットは
ドナー基板１５０５を下側サセプタ上に配置する。ドナー基板１５０５は酸化物
の膜１５０９を含み、膜１５０９は表面１５１７を有している。２つの表面１５
１５及び１５１７をクランプする前に、プラズマクリーン１５１３動作が遂行さ
れ、表面を活性化する。プラズマクリーンプロセスは、酸素担持プラズマ、アル
ゴン担持プラズマ、その他のようないろいろなクリーニングプラズマを使用する
ことができる。二酸化炭素ガスその他を使用する低温クリーニングのような他の
乾式クリーニング法も使用することができる。プラズマクリーンプロセスは、爾
後の結合プロセスを改善する。
【００３４】 次いで、例えば図１１に示すように、上側及び下側サセプタが近づけられ、基
板の表面が合わされる。図示のように、１５１５が表面１５１７に接触する。こ
れら２つの表面の間に機械的な力または静電力が加えられ、ドナー基板とレセプ
タ基板との間に恒久的な、または一時的な結合が発生する。２つの基板を結合さ
せた後に上側サセプタはレセプタ基板を解放し、図１２に示すように下側基板上
に結合されて多層にされた基板１７０１が残される。これによりクラスタツール
内のロボットは、もし望むならば、結合されて多層にされた基板をさらなる処理
のために拾い上げることができる。
【００３５】 図１３−１５は、本発明による上記結合チャンバにおいて遂行することができ
る代替結合技術の簡易図である。これらの図は単なる例示に過ぎず、特許請求の
範囲を限定するものではない。図１３は、結合チャンバ１８００の簡易図であっ
て、ベース１８１３、第１の基板サイト１８１９、第２の基板サイト１８１５を
含んでいる。第１の基板サイト１８１９はドナー基板１８０３を含み、このドナ
ー基板は表面１８０９を有し、表面１８０９はその上に酸化物の膜１８０５を有
している。第２の基板サイト１８１５はレセプタ基板１８０１を含み、このレセ
プタ基板は表面１８１１を有し、表面１８１１はその上に酸化物の膜１８０７を
有している。これらのサイトは、回転可能なデバイス１８１７、即ち“ヒンジ”
によって互いに結合されており、“凪の貝殻”状に動作する。先行の実施の形態
と同様に、このチャンバ内においてプラズマクリーニングプロセスで表面１８１
１、１８０９を清浄にすることができる。
【００３６】 基板の表面を互いに結合させるために、例えば図１４に矢印で示すように、２
つのサイトを互いに他方に向けて運動させる。これら２つの表面間に機械的力ま
たは静電力を加えて、ドナー基板とレセプタ基板との間に恒久的な、または一時
的な結合を発生させる。２つの基板を結合させた後にサイト１８１５が基板１８
０１を解放し、例えば図１５に示すように、２つのサイトはベースに向かって戻
るように下方へ運動する。図示のように、結合されて多層にされた基板１００１
が第１の基板サイト１８１９上に存在する。クラスタツール内のロボットは、も
し望むならば、結合されて多層にされた基板をさらなる処理のために拾い上げる
ことができる。
【００３７】 上述したプロセスは単なる例示に過ぎない。他の変形、変更、及び代替を遂行
することができる。これらの結合技術は、いろいろな技術の中でも特に、熱結合
、陽極結合、及びプラズマ強化結合を含む。勿論、使用される技術の型はアプリ
ケーションに依存する。
【００３８】 Ｄ．プラズマクリーンチャンバ プラズマクリーンチャンバは、プラズマクリーニングプロセスを行うアセンブ
リである。このチャンバは、以下に説明するようなプラズマクリーン、またはス
トリッププロセスを遂行することができるどのようなプラズマチャンバであるこ
ともできる。特定の実施の形態においては、プラズマクリーンは、レセプタウェ
ーハとドナーウェーハとを結合するためのチャンバにおいて行われ、結合プロセ
スの清潔さを維持して結合性能を強化する。クリーニングチャンバは、選択性ク
リーニングプロセスを遂行するために、中性の、または帯電したプラズマの何れ
かを発生することができる。本クリーニングチャンバはＰＩＩＩプロセスをも強
化する。この場合には、ＰＩＩＩプロセスは実質的に清潔な表面（不均一な注入
等を減少させる傾向がある）に対して遂行される。普通のどのようなクリーニン
グチャンバも使用することができる。
【００３９】 Ｅ．熱処理チャンバ 熱処理チャンバは、熱処理（例えば、酸化）を行うアセンブリである。熱処理
チャンバは、広く知られ、使用されているものであることができる。例えば、熱
処理チャンバは、拡散チャンバ、急速熱焼鈍チャンバ、または他のどのようなチ
ャンバであることもできる。このチャンバは、例えばシリコン基板の表面を酸化
または加熱することができる。普通のどのような熱処理チャンバも使用すること
ができる。
【００４０】 Ｆ．熱焼鈍チャンバ 熱焼鈍チャンバは、１つまたは複数のウェーハ、または１つまたは複数の膜を
焼鈍するアセンブリである。熱焼鈍チャンバは、広く知られ、使用されているも
のであることができる。例えば、熱処理チャンバは、拡散チャンバ、急速熱焼鈍
チャンバ、または他のどのようなチャンバであることもできる。このチャンバは
、例えばシリコン基板内の損傷を焼鈍することができる。熱焼鈍チャンバは不純
物をも打ち込むことができる。ＰＩＩＩステップの後に、ベータ焼鈍ステップを
遂行することもできる。他のプロセスも遂行することができる。
【００４１】 Ｇ．化学蒸着（“ＣＶＤ”）チャンバ ＣＶＤチャンバは、堆積プロセスを行うアセンブリである。転送チャンバの周
りに、そしてそれに結合させた複数のＣＶＤチャンバを構成することができる。
殆どの場合、ＣＶＤチャンバはチャンバ内の処理条件を保存するために環境から
シールされているが、環境に露出させることもできる。ＣＶＤチャンバは、半導
体薄膜、導電性薄膜、誘電体薄膜のようないろいろな薄膜を堆積させるために使
用することができる。
【００４２】 Ｈ．物理蒸着（“ＰＶＤ”）チャンバ ＰＶＤチャンバは、スパッタ堆積プロセスを行うアセンブリである。転送チャ
ンバの周りに、そしてそれに結合させた複数のＰＶＤチャンバを構成することが
できる。ＰＶＤチャンバは、タングステン、チタン、窒化チタン、銅、アルミニ
ウムその他のような、いろいろな材料を堆積させることができる。使用されるＰ
ＶＤチャンバは、アプリケーションに依存する。
【００４３】 Ｉ．プラズマエッチングチャンバ プラズマエッチングチャンバは、反応性イオンエッチングプロセスを行うアセ
ンブリである。プラズマエッチングチャンバは、ＥＣＲ、ＴＣＰ、ＩＣＰ、ＤＰ
Ｓその他のような、多くの設計の１つを有することができる。エッチングチャン
バは、金属層、ポリシリコン層、または誘電体層をエッチングすることができる
。使用されるエッチングチャンバは、アプリケーションに依存する。
【００４４】 Ｊ．入力／出力チャンバ 入力／出力チャンバは、ウェーハを処理のためにクラスタツール内に入力し、
そして処理が完了した時にウェーハを転送チャンバから出力するアセンブリであ
る。入力／出力チャンバは、一般に、転送チャンバに結合されていてウェーハを
転送チャンバへ供給し、転送チャンバから供給する。転送チャンバは、Applied
Materials、Eaton、その他の会社によって製造されているようなクラスタツール
製品内に広く使用されている。
【００４５】 Ｋ．エピタキシャル堆積チャンバ エピタキシャル堆積チャンバは、単結晶シリコンのようなエピタキシャル層を
堆積によってウェーハ上に形成させるアセンブリである。堆積チャンバは一般的
に、エピタキシャルシリコンの化学蒸着と呼ばれる技術を使用する。シリコンは
類似の、または類似していない材料上に堆積させることができる。堆積チャンバ
は、カリフォルニア州サンタクララのApplied Materials、またはアリゾナ州フ ェニックスのASMのような機械販売業者から選択されたチャンバであることがで きる。本クラスタツールは、１つまたはそれ以上の実施の形態において、このよ
うな堆積チャンバと組合わせることができる。
【００４６】 ２．絶縁体上のシリコン基板 本発明による絶縁体上のシリコン基板の製造プロセスを要約すれば、以下の通
りである。 1. クラスタツール内にドナー基板を準備し、 2. ドナー基板を熱処理炉チャンバ内に配置し、 3. ドナー基板の表面を覆う酸化物層を形成させ、 4. ドナー基板をＰＩＩＩチャンバ内へ移動させ、 5. ＰＩＩＩチャンバにおける膜の厚みを限定するために、選択された深さま
でドナー基板内に粒子を導入し、 6. クラスタツール内にレセプタ基板を準備し、 7. レセプタ基板を熱処理炉チャンバ内に配置し、 8. レセプタ基板の表面を覆う酸化物層を形成させ、 9. 酸化物層を有するドナー基板及びレセプタ基板をクリーニングチャンバ内
に配置し、 10. 各基板のプラズマクリーニングを一緒に、または別個に遂行し、 11. 基板を結合チャンバ内に配置し、 12. 注入済みの面をレセプタ基板に接合させることによってドナー基板をレ セプタ基板に結合し、 13. 基板をＣＣＰチャンバ内に配置し、 14. へき開動作を開始させることなく、選択された深さにおける注入済みの 領域のグローバル応力（または、エネルギ）を増加させ（オプション）、 15. 結合された基板の選択された領域に応力（または、エネルギ）を与え、 その選択された深さにおいて制御されたへき開動作を開始させ、 16. 結合された基板に付加的なエネルギを与えて制御されたへき開動作を持 続させ、その厚みのシリコン膜をシリコンウェーハから自由にし、 17. 制御されたへき開プロセスにより分離された材料の膜を除去し、ドナー 基板及びレセプタ基板からの膜を含む多層にされた基板を残し、 18. 多層にされた基板を最終結合チャンバ内に配置し、 19. 結合を完了させ、 20. もし必要ならば、多層にされた基板上のその厚みの膜の表面を研磨し、 そして 21. その厚みの膜上にエピタキシャル層を形成する（オプション）。 上記ステップのシーケンスは、多層にされた基板構造の１つまたは複数の選択さ
れた領域に加えられるエネルギを使用して制御されたへき開動作を開始させ、本
クラスタツール装置による１つまたは複数のへき開前端を形成させるステップを
提供する。この開始ステップは、基板に加えられるエネルギの量を制限すること
によって、へき開プロセスを制御された手法で開始させる。基板の選択された領
域に付加的なエネルギを加えてへき開動作を持続させ、へき開動作のさらなる伝
播を発生させることも、または開始ステップからのエネルギを使用してへき開動
作のさらなる伝播を発生させることもできる。ステップのこのシーケンスは単な
る例示であり、特許請求の範囲を限定するものではない。上記ステップのシーケ
ンスに関するさらなる詳細を、図面を参照して以下に説明する。
【００４７】 図１６−２１は、本発明による絶縁体上のシリコン基板のための製造プロセス
を受けている基板の簡易断面図である。図１６に示すように、プロセスはシリコ
ンウェーハ２１００のような半導体基板を準備することから開始される。基板、
またはドナーは除去される材料領域２１０１を含み、この領域は材料から導出さ
れる薄い比較的均一な膜である。シリコンウェーハは、上面２１０３、下面２１
０５、及び厚み２１０７を含む。材料領域は、シリコンウェーハの厚み２１０７
内に厚み（ｚ0）を含んでいる。オプションとして、基板の上面を誘電体層２１ ０２（例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン）で覆う。このプ
ロセスは、本クラスタツール装置において絶縁体上のシリコンウェーハを製造す
るための以下のステップのシーケンスを使用して、材料領域２１０１を除去する
ための新しい技術を提供する。
【００４８】 ＰＩＩＩチャンバにおいて、シリコンウェーハの上面を通して選択された深さ
まで選択されたエネルギを持った粒子２１０９を注入し、材料の薄膜と名付けた
材料領域の厚みを限定する。図示のように、粒子は選択された深さ（ｚ0）にお いて所望の濃度２１１１を有している。エネルギを持った粒子をシリコンウェー
ハ内に注入するために、いろいろな技術を使用することができる。これらの技術
は、例えばApplied Materials、Eaton Corporation、Varian、その他の会社が製
造しているビームラインイオン注入装置を使用するイオン注入を含む。好ましく
は、注入は、ＰＩＩＩチャンバにおけるプラズマ侵入型イオン注入技術を使用し
て行う。勿論、使用される技術はアプリケーションに依存する。
【００４９】 アプリケーションに依存して、材料領域の損傷の可能性を減少させるために、
一般的には小質量の粒子が選択される。即ち、小質量の粒子は、選択された深さ
まで基板材料を通って容易に走行し、粒子が横切る材料領域を実質的に損傷させ
ることがない。例えば、小質量の粒子（即ち、エネルギを持った粒子）は、殆ど
どのような帯電した（例えば、正または負）、及び／または中性の原子または分
子、または電子等であることができる。特定の実施の形態においては、粒子は、
水素及びその同位元素のイオン、ヘリウム及びその同位元素及びネオンのような
希ガスイオンを含む中性の、及び／または帯電した粒子であることができる。粒
子は、ガス（例えば、水素ガス、水蒸気、メタン、及び他の水素化合物）のよう
な化合物から導出した粒子、及び他の軽い原子質量粒子であることもできる。代
替として、粒子は、上述した粒子、及び／またはイオン、及び／または分子種、
及び／または原子種のどのような組合わせであることもできる。
【００５０】 特定の実施の形態においては、注入済みのターゲットウェーハの焼鈍ステップ
が遂行される。好ましい実施の形態においては、本発明は、基板のグローバルエ
ネルギまたはビルトインエネルギを増加させるために熱源を使用する。前述した
ように、グローバルエネルギまたはビルトイン応力は増加するが、本発明による
へき開動作は開始されない。特定の実施の形態においては、シリコンウェーハは
このへき開動作を使用して分離することができる。へき開動作を開始させる前に
、ＰＩＩＩチャンバ内に、及び上述したチャンバのような別のチャンバ内にも存
在させることができる例えば、炉、ホットプレート、フラッドランプのような熱
源を使用してウェーハを加熱する。この熱源は、ウェーハの温度を約450℃及び それ以上、または約500℃及びそれ以上まで増加させる。殆どの実施の形態にお いては、ウェーハは選択された温度まで加熱され、約１分またはそれ以下、また
は30秒またはそれ以下、または20秒またはそれ以下、または10秒またはそれ以下
、または数秒またはそれ以下の間維持される。ウェーハは、制御されたへき開動
作を開始させることなく、選択された注入済みの領域に対する損傷、または応力
を増加させるように加熱される。微小気泡も形成され得るが、一般的には選択さ
れた注入済みの領域に損傷を発生させるためには不要である。この実施の形態に
おいては、制御されたへき開動作が開始される前に、加熱されたウェーハは例え
ば20℃のような室温に戻ることが許される。ウェーハ温度が室温になってもウェ
ーハ内のビルトインエネルギのかなりな部分は残る。ウェーハは他の温度に維持
することもできる。基板を結合した後に焼鈍が行われるような実施の形態におい
ては、ベータ焼鈍ステップも基板間の、例えばターゲットとドナーとの間の結合
強度を改善する。
【００５１】 プロセスは、図１７に示すように、注入済みのシリコンウェーハを、加工片即
ちターゲットウェーハに接合するステップを使用する。加工片は、誘電体材料（
例えば、石英、ガラス、窒化シリコン、二酸化シリコン）、導電性材料（シリコ
ン、ポリシリコン、III／V族材料、金属）、及びプラスチック（例えば、ポリイ
ミドをベースとする材料）で作られているようなさまざまな他の型の基板である
こともできる。しかしながら、この例では加工片はシリコンウェーハである。
【００５２】 特定の実施の形態においては、シリコンウェーハは、結合チャンバにおいて低
温熱ステップを使用して互いに接合、または融合させる。低温熱処理は、一般的
に注入された粒子が過大な応力を材料領域に加えないようにする（過大な応力が
加わるとへき開動作は制御できなくなる）。１つの面においては、低温結合プロ
セスは、自己結合プロセスによって遂行される。詳述すれば、一方のウェーハが
剥がされてそれから酸化が除かれる（または、一方のウェーハは酸化されない）
。ウェーハ表面上にＯ−Ｈ結合を形成させるために、クリーニング溶液でウェー
ハの表面を処理する。ウェーハを清潔にするために使用される溶液の例は、Ｈ2 Ｏ2−Ｈ2ＳＯ4の混合体である。ドライヤーがウェーハ表面を乾燥させ、残留液 体または粒子をウェーハ表面から除去する。清潔にしたウェーハの面を酸化した
ウェーハの面に対して配置することによって、自己結合が発生する。
【００５３】 好ましくは、自己結合プロセスは、プラズマクリーニングチャンバにおけるプ
ラズマクリーニングにより、結合されるウェーハ表面の一方を活性化することに
よって発生させる。詳述すれば、プラズマクリーニングは、アルゴン、アンモニ
ア、ネオン、水蒸気、及び酸素のようなガスから導出したプラズマを使用してウ
ェーハの表面を活性化する。活性化されたウェーハ表面２２０３は、酸化物のコ
ート２２０５をその上に有している他方のウェーハの面に対して配置される。こ
れらのウェーハは、露出したウェーハ面を有するサンドイッチされた構造になる
。一方のウェーハを他方に自己結合させるために、選択された量の力がウェーハ
の各露出面に加えられる。
【００５４】 代替として、一方のウェーハを他方の上に結合するために、ウェーハ表面上に
配置した接着剤を使用する。接着剤は、エポキシ、ポリイミド型材料等を含む。
スピン・オン・ガラス層を使用して一方のウェーハ表面を、別のウェーハの面上
に結合することができる。これらのスピン・オン・ガラス（“ＳＯＧ”）材料は
、いろいろな材料の中でも特に、アルコールをベースとする溶剤等と混合される
ことが多いシロキサンまたは珪酸塩を含む。ＳＯＧをウェーハの表面に塗布した
後にそれを硬化させるのに屡々必要な温度が低いので（例えば、150−250℃）、
ＳＯＧは望ましい材料である。
【００５５】 代替として、他のいろいろな低温技術を使用してドナーウェーハをターゲット
ウェーハに接合することができる。例えば、静電結合技術を使用して２つのウェ
ーハを接合することができる。詳述すれば、一方または両方のウェーハを帯電さ
せて他方のウェーハ表面を引きつける。更に、広く知られているいろいろな技術
を使用して、ドナーウェーハをターゲットウェーハに融合させることができる。
勿論、使用される技術はアプリケーションに依存する。
【００５６】 ウェーハを図１８に示すようにサンドイッチ構造２３００に結合した後に、本
方法は、基板材料を除去して絶縁体２３０５及びターゲットシリコンウェーハ２
２０１の上を覆う基板材料の薄膜２１０１を得るための制御されたへき開動作を
含む。制御されたへき開は、ＣＣＰチャンバにおいてエネルギ源によってドナー
及び／またはターゲットウェーハ上に選択的にエネルギ２３０１、２３０３を加
える、または位置決めする、またはターゲットにすることによって行われる。例
えば、１つまたは複数のエネルギインパルスを使用してへき開動作を開始させる
ことができる。１つまたは複数のインパルスは、いろいろなエネルギ源の中でも
特に、機械的源、化学的源、熱シンクまたは源、及び電気的源を含むエネルギ源
を使用して供給される。
【００５７】 制御されたへき開動作は、前述した技術その他の何れかによって開始され、図
１８に示されている。例えば、制御されたへき開動作を開始させるプロセスは、
エネルギ２３０１、２３０３を基板の選択された領域に供給して基板の選択され
た深さ（ｚ0）において制御されたへき開動作を開始させ、その後に伝播へき開 前端を使用してへき開動作を行わせて基板材料の一部分を自由にし、基板から取
除く。特定の実施の形態においては、本方法は、前述したように単一のインパル
スを使用してへき開動作を開始させる。代替として、本方法は開始インパルスを
使用し、続いて基板の選択された領域に別のインパルス、または連続インパルス
を使用する。代替として、本方法は、へき開動作を開始させるインパルスを供給
し、基板に沿って走査されるエネルギによってへき開動作を維持させる。代替と
して、基板の選択された領域を横切ってエネルギを走査させて制御されたへき開
動作を開始、及び／または維持させることができる。
【００５８】 オプションとして、基板材料のエネルギまたは応力をへき開動作を開始させる
ために必要なエネルギレベルに向かって増加させるが、本発明による基板に１つ
のインパルス、または複数の連続インパルスを印加する前はへき開動作を開始さ
せるには不十分である。化学的、機械的、熱的（シンクまたは源）、または電気
的のようないろいろな源を、単独または組合わせて使用して基板のグローバルエ
ネルギ状態を上昇または低下させることができる。化学的源は、粒子、流体、ま
たは液体であることができる。これらの源は、材料領域内の応力を増加させるた
めの化学反応を含むこともできる。化学的源は、フラッド、時間的な変化、空間
的に変化、または連続として導入される。他の実施の形態においては、機械的源
が、回転、並進、圧縮、膨張、または超音波エネルギから導出される。機械的源
は、フラッド、時間的な変化、空間的に変化、または連続として導入することが
できる。さらなる実施の形態においては、電気的源が、印加電圧または印加電磁
場から選択され、フラッド、時間的な変化、空間的に変化、または連続として導
入される。更に別の実施の形態においては、熱源またはシンクは、放射、対流、
または伝導から選択される。この熱源は、いろいろな源の中でも特に、光子ビー
ム、流体ジェット、液体ジェット、ガスジェット、電／磁場、ガスジェット、電
子ビーム、熱電加熱、及び炉から選択することができる。熱シンクは、流体ジェ
ット、液体ジェット、ガスジェット、低温流体、過冷却液体、熱電冷却手段、電
／磁場、その他から選択することができる。先行の実施の形態と同様に、熱源は
フラッド、時間的な変化、空間的に変化、または連続として印加される。また更
に、上述した実施の形態は何れも、アプリケーションに依存して組合わせること
も、または分離することさえもできる。勿論、使用される源の型はアプリケーシ
ョンに依存する。前述したように、グローバル源は、制御されたへき開動作を開
始させるためにエネルギを供給する前にはへき開動作を開始することなく、材料
領域内のエネルギまたは応力のレベルを増加させる。
【００５９】 好ましい実施の形態においては、本方法は、温度を、基板内へ粒子を導入する
温度より低く維持する。若干の実施の形態においては、へき開動作の伝播を開始
させるためにエネルギを導入するステップ中、基板温度は−200乃至450℃に維持
される。基板温度は、400℃より低い、または350℃より低い温度に維持すること
もできる。好ましい実施の形態においては、本方法は、室温より十分に低い条件
において発生するへき開動作を開始させ、維持するために熱シンクを使用する。
【００６０】 熱処理チャンバにおいては、図１９に示すように、若干の実施の形態に従って
ターゲットウェーハと材料領域の薄膜との間に最終結合ステップが遂行される。
１つの実施の形態においては、一方のシリコンウェーハはその上を覆っている二
酸化シリコンの層を有しており、この層は材料の薄膜をクリーニングする前に面
を覆うように熱的に成長させられたものである。二酸化シリコンは、例えば化学
蒸着のようないろいろな他の技術を使用して形成させることもできる。ウェーハ
表面間の二酸化シリコンは、このプロセスにおいて熱的に融合される。
【００６１】 若干の実施の形態においては、ターゲットウェーハ、または材料領域の薄膜（
ドナーウェーハから）の何れかからの酸化したシリコン表面は、更に押し付けら
れ、酸化雰囲気２４０１に曝される。酸化雰囲気は、水蒸気酸化、水素酸化等の
場合には拡散炉内にあることができる。圧力と酸化雰囲気とが組合わされて、２
つのシリコンウェーハは酸化物表面、または界面２３０５において互いに融合し
合う。これらの実施の形態は、高い温度（例えば、700℃）を必要とすることが 多い。
【００６２】 代替として、２つのシリコン表面を互いに更に押しつけ、２つのウェーハの間
に電圧を印加する。印加電圧はウェーハの温度を上昇させ、ウェーハ間に結合を
誘起させる。この技術は、ウェーハ間に結合動作を開始させるのに機械的力を実
質的に必要としないので、結合プロセス中にシリコンウェーハ内に導入される結
晶欠陥の量を制限する。勿論、使用される技術はアプリケーションに依存する。
【００６３】 これもまた図１９に示すように、ウェーハを結合した後の絶縁体上のシリコン
はターゲット基板を有し、その基板をシリコン材料の薄膜が覆っており、またタ
ーゲット基板とシリコン薄膜との間にはサンドイッチされた酸化物層を有してい
る。シリコン材料の薄膜の切離された表面は粗く（２４０４）、仕上げが必要で
あることが多い。仕上げは、研削及び／または研磨技術の組合わせを使用して行
われる。若干の実施の形態においては、切離された表面を覆う例えば研磨材料を
回転させ、該表面から不完全性または表面粗さを除去するような技術を使用して
、切離された表面を研削するステップを遂行する。Discoと呼ばれる会社製の“ バックグラインダ”のような機械をこの技術に使用することができる。
【００６４】 代替として、図２０に示すように、化学機械的研磨または平坦化（“ＣＭＰ”
）技術によって薄膜の切離された表面を仕上げる。ＣＭＰにおいては、回転プラ
テン２５０３に取付けられた研磨表面２５０１にスラリー混合体が直接塗布され
る。このスラリー混合体は、スラリー源に結合されているオリフィスによって研
磨表面に伝送することができる。スラリーは、研磨材、及び例えばＨ2Ｏ2、ＫＩ
Ｏ3のような酸化材、硝酸第二鉄を含む溶液であることが多い。研磨剤は、ホウ 珪酸ガラス、二酸化チタン、窒化チタン、酸化アルミニウム、三酸化アルミニウ
ム、硝酸鉄、酸化セリウム、二酸化シリコン（コロイドシリカ）、窒化シリコン
、炭化シリコン、グラファイト、ダイヤモンド、及びそれらの何等かの混合体で
あることが多い。この研磨材は、脱イオン水及び酸化材等の溶液内で混合される
。好ましくは、溶液は酸性である。
【００６５】 この酸溶液は、一般的に研磨プロセス中にウェーハからのシリコン材料と相互
作用する。研磨プロセスは、好ましくはポリウレタン研磨パッドを使用する。こ
の研磨パッドの例は、Rodelによって製造され、商品名IC-1000で販売されている
ものである。研磨パッドは選択された速度で回転する。薄膜を有するターゲット
ウェーハを拾い上げるキャリヤヘッドが、選択された量の圧力をターゲットウェ
ーハの裏側に印加し、選択された力を薄膜に加える。研磨プロセスは、図２１に
示されているように、ほぼ選択された量の薄膜材料を除去し、爾後の処理のため
に比較的滑らかな薄膜表面２６０１を提供する。
【００６６】 若干の実施の形態においては、酸化物の薄膜が、ターゲットウェーハを覆って
いる材料の薄膜上に存在している。この酸化物層は、上述したように熱焼鈍ステ
ップ中に形成され、材料の薄膜をターゲットウェーハに恒久的に結合させる。こ
れらの実施の形態においては、仕上げプロセスは最初に酸化物を除去するように
選択的に調整され、次に薄膜を研磨してプロセスが完了する。勿論、これらのス
テップのシーケンスは、特定のアプリケーションに依存する。
【００６７】 以上にシリコンウェーハについて説明したが、他の基板も使用することができ
る。例えば、基板は殆どどのような単結晶質、多結晶質であることも、または非
晶質型基板であることさえできる。更に、基板は砒化ガリウム、窒化ガリウム（
ＧａＮ）、その他のようなIII／V属材料製であることができる。多層にされた基
板を、本発明により使用することもできる。多層にされた基板は、絶縁体上のシ
リコン基板、半導体基板上のいろいろなサンドイッチされた層、及び他の多くの
型の基板を含む。更に、上述した実施の形態は、概ね、ＣＣＰチャンバ内におい
て制御されたへき開動作を開始させるためにエネルギのパルスを供給するものと
している。このパルスは、制御されたへき開動作を開始させるために基板の選択
された領域を横切って走査されるエネルギによって置換することができる。エネ
ルギは、制御されたへき開動作を持続、または維持するために基板の選択された
領域を横切って走査させることもできる。当業者ならば、本発明によって使用す
ることができるさまざまな代替、変更、及び変化を容易に理解することができよ
う。
【００６８】 以上に特定の実施の形態を完全に説明したが、いろいろな変更、代替構造及び
等価物を使用することができる。従って、以上の説明及び添付図面は、特許請求
の範囲によって限定されている本発明の範囲を限定するものではないことを理解
されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態によるＰＩＩＩを使用する装置を示す簡易図である。
【図２】 本発明の実施の形態によるＰＩＩＩを使用する装置を示す簡易図である。
【図３】 本発明の実施の形態によるＰＩＩＩを使用する装置を示す簡易図である。
【図４】 本発明の実施の形態によるＰＩＩＩの簡易図である。
【図５】 本発明の実施の形態によるＰＩＩＩの簡易図である。
【図６】 本発明の実施の形態によるＣＣＰチャンバプロセスの簡易図である。
【図７】 本発明の実施の形態によるＣＣＰチャンバプロセスの簡易図である。
【図８】 本発明の実施の形態によるＣＣＰチャンバプロセスの簡易図である。
【図９】 本発明の実施の形態による他のチャンバプロセスの簡易図である。
【図１０】 本発明の実施の形態による他のチャンバプロセスの簡易図である。
【図１１】 本発明の実施の形態による他のチャンバプロセスの簡易図である。
【図１２】 本発明の実施の形態による他のチャンバプロセスの簡易図である。
【図１３】 本発明の実施の形態による他のチャンバプロセスの簡易図である。
【図１４】 本発明の実施の形態による他のチャンバプロセスの簡易図である。
【図１５】 本発明の実施の形態による他のチャンバプロセスの簡易図である。
【図１６】 本発明によるＳＯＩプロセスの簡易図である。
【図１７】 本発明によるＳＯＩプロセスの簡易図である。
【図１８】 本発明によるＳＯＩプロセスの簡易図である。
【図１９】 本発明によるＳＯＩプロセスの簡易図である。
【図２０】 本発明によるＳＯＩプロセスの簡易図である。
【図２１】 本発明によるＳＯＩプロセスの簡易図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/02 Ｈ０１Ｌ 27/12 Ｅ 27/12 21/265 Ｊ Ｆ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁体上のシリコン基板のためのクラスタツールプロセスで
    あって、上記プロセスは、 ドナー基板を準備するステップと、 上記ドナー基板を第１のチャンバ内に配置し、上記ドナー基板の表面を通して
    上記表面の下の選択された深さまで粒子を導入するステップと、 を含み、 上記選択された深さにおける上記粒子の濃度が、上記選択された深さより上の
    除去される基板材料を限定するようになっており、 上記プロセスは、更に、 上記ドナー基板を第２のチャンバ内に配置し、上記ドナー基板の上記表面がタ
    ーゲット基板の面と対面して多層にされた基板が形成されるように、上記ドナー
    基板を上記ターゲット基板に接合するステップと、 上記多層にされた基板を第３のチャンバ内に配置し、上記基板の選択された領
    域にエネルギを供給して上記基板の上記選択された深さにおいて制御されたへき
    （劈）開動作を開始させ、次いで、伝播へき開前端を使用して上記へき開動作を
    行って上記基板材料の一部分を自由にして上記基板から除去するステップと、 を含んでいることを特徴とするプロセス。
  2. 【請求項２】 上記導入ステップは、１回または複数回のビームラインイオ
    ン注入のステップであることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  3. 【請求項３】 上記導入ステップは、１回または複数回のプラズマ侵入型イ
    オン注入のステップであることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  4. 【請求項４】 上記粒子は、水素ガス、ヘリウムガス、水蒸気、メタン、及
    び水素化合物から導出された粒子、及び他の軽い原子質量粒子であることを特徴
    とする請求項１に記載のプロセス。
  5. 【請求項５】 上記粒子は、中性の、または帯電した分子、または原子から
    なるグループから選択されるか、または電子であることを特徴とする請求項１に
    記載のプロセス。
  6. 【請求項６】 上記粒子は、エネルギを持っていることを特徴とする請求項
    １に記載のプロセス。
  7. 【請求項７】 上記エネルギを持った粒子は、上記表面を通って上記表面の
    下の上記選択された深さまで貫通する十分な運動エネルギを有していることを特
    徴とする請求項６に記載のプロセス。
  8. 【請求項８】 上記エネルギを供給するステップは、上記制御されたへき開
    動作を維持させて上記基板材料を上記ドナー基板から除去し、材料の薄膜を生じ
    させることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  9. 【請求項９】 上記エネルギを供給するステップは、上記基板材料内の制御
    された応力を増加させ、上記制御されたへき開動作を維持させて上記基板材料を
    上記ドナー基板から除去し、材料の薄膜を生じさせることを特徴とする請求項１
    に記載のプロセス。
  10. 【請求項１０】 上記ドナー基板に付加的なエネルギを供給し、上記制御さ
    れたへき開動作を維持させて上記基板材料を上記ドナー基板から除去し、材料の
    薄膜を生じさせるステップを更に含んでいることを特徴とする請求項１に記載の
    プロセス。
  11. 【請求項１１】 基板を処理するための装置であって、上記装置は、 ロボットを内蔵している転送チャンバと、 上記転送チャンバに結合されているプラズマ侵入型イオン注入チャンバ（“Ｐ
    ＩＩＩ”）と、 上記転送チャンバに結合されている第２のチャンバと、 を備えていることを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 上記第２のチャンバは、ＣＶＤチャンバ、エッチングチャ
    ンバ、ＰＶＤチャンバ、熱焼鈍チャンバ、結合チャンバ、ＣＭＰチャンバ、熱処
    理チャンバ、エピタキシャル堆積チャンバ、プラズマ処理チャンバ、及び気相表
    面クリーニングチャンバからから選択されることを特徴とする請求項１１に記載
    の装置。
  13. 【請求項１３】 上記装置は、クラスタツールであることを特徴とする請求
    項１１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 上記ＰＩＩＩチャンバは、複数の源を含んでいることを特
    徴とする請求項１１に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 上記ＰＩＩＩチャンバは、基板の表面を通して上記表面の
    下の選択された深さまで粒子を導入するために採用されており、上記選択された
    深さにおける上記粒子の濃度が、上記選択された深さより上の除去される基板材
    料を限定するようになっていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 上記ＰＩＩＩチャンバは源に結合されており、上記源は、
    水素ガス、ヘリウムガス、水蒸気、メタン、及び水素化合物から導出された粒子
    、及び他の軽い原子質量粒子であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 上記第２のチャンバは、ＣＣＰチャンバであることを特徴
    とする請求項１１に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 上記ＣＣＰチャンバは、基板の選択された領域にエネルギ
    を供給して制御されたへき開動作を開始させることを特徴とする請求項１７に記
    載の装置。
  19. 【請求項１９】 上記ＣＣＰチャンバは、熱源またはシンク、機械的源、化
    学的源、及び電気的源から選択されることを特徴とする請求項１７に記載の装置
    。
  20. 【請求項２０】 上記化学的源は、粒子、流体、ガス、または液体から選択
    されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 上記化学的源は、化学反応を生じさせることを特徴とする
    請求項１９に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 上記化学的源は、フラッド、時間的な変化、空間的に変化
    、または連続であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 上記化学的源は、回転源、並進源、圧縮源、膨張源、また
    は超音波源から選択されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 上記機械的源は、フラッド、時間的な変化、空間的に変化
    、または連続であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 上記電気的源は、印加される電圧、または印加される電磁
    場から選択されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 上記電気的源は、フラッド、時間的な変化、空間的に変化
    、または連続であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 上記熱源またはシンクは、放射、対流、または伝導から選
    択されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 上記熱源は、光子ビーム、流体ジェット、液体ジェット、
    ガスジェット、電／磁場、ガスジェット、電子ビーム、熱電加熱、及び炉から選
    択されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 上記熱シンクは、流体ジェット、液体ジェット、ガスジェ
    ット、低温流体、過冷却液体、熱電冷却手段、及び電／磁場から選択されること
    を特徴とする請求項１９に記載の装置。
  30. 【請求項３０】 上記熱源またはシンクは、フラッド、時間的な変化、空間
    的に変化、または連続から選択されることを特徴とする請求項１９に記載の装置
    。
  31. 【請求項３１】 上記転送チャンバに結合されている第３のチャンバを更に
    備え、上記第３のチャンバは、ＣＶＤチャンバ、エッチングチャンバ、ＰＶＤチ
    ャンバ、熱焼鈍チャンバ、結合チャンバ、ＣＭＰチャンバ、熱処理チャンバ、エ
    ピタキシャル堆積チャンバ、及びプラズマ処理チャンバからから選択されること
    を特徴とする請求項１１に記載の装置。
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