JP2004503942A

JP2004503942A - 基板製造方法及び該方法によって得られた基板

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Publication number: JP2004503942A
Application number: JP2002511385A
Authority: JP
Inventors: オーベルトン−エルブ、アンドレ
Original assignee: Soitec SA
Current assignee: Soitec SA
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: EP1292975B1; KR100738145B1; JP5461593B2; JP5374006B2; US20030129780A1; KR20030047900A; DE60127402T2; US20050151155A1; DE60127402D1; ATE357740T1; WO2001097282A1; FR2810448B1; CN100349278C; US7221038B2; FR2810448A1; JP2012099848A; EP1292975A1; TWI266359B; US6936482B2; WO2001097282B1

Abstract

本発明は、特に光学、電子工学又は光電子工学用の基板を製造する際に第１の材料から成る活性要素（１０、１６）を第２の材料から成る支持体（２）の表面に接合する操作を行う基板製造方法に関する。本発明の方法は、第２の材料から成る支持体（２）の表面上における第１の材料から成る要素の接合対象部位、又は第１の材料から成る活性要素の表面上における支持体（２）への接合対象部位に非晶質材料（６）を蒸着する工程を更に備え、第２の材料が第１の材料よりも希少ではないことを特徴とする。本発明は更に、特に光学、電子工学又は光電子工学用の基板を製造する際に第１の材料から成る活性要素（１０）を第２の材料から成る支持体（２）の表面に接合する操作を行う基板製造方法にも関する。この方法は、活性要素（１０）又は支持体（２）が少なくともその表面上の接合対象部位に多結晶材料を含み、接合に先立ち、この多結晶材料を含む表面上に非晶質材料（６）の層を形成することを特徴とする。

Description

【０００１】
本発明は、基板製造方法、特に、光学、電子工学、又は光電子工学用の基板の製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は活性材料要素を支持体上に移し替えて基板を製造する方法に関するものである。
【０００２】
本発明の一つの目的は、この種の基板の単位コストの低減を支持体と活性材料要素との間の良好な接合の達成に結び付けることである。
【０００３】
本発明によれば、第１の材料から成る活性要素を第２の材料を含む支持体の表面に接合する工程を備えた特に光学、電子工学、或いは光電子工学用の基板の製造方法において、
第２の材料から成る支持体の表面上における第１の材料から成る要素の接合対象部位、又は第１の材料から成る活性要素の表面上における支持体への接合対象部位に、非晶質材料を形成する工程を更に備えたことと、
第２の材料が第１の材料よりも希少ではないこと、
を特徴とする基板製造方法によって、上記の目的が達成されるものである。
【０００４】
ここで、「希少ではない」という表現は、本明細書においては、下記のことを意味する。
・結晶学的品質がより低い材料。この意味では、例えば非晶質材料は多結晶材料よりも希少ではなく、多結晶材料は単結晶材料よりも希少ではない。
・より単純及び／又はより迅速な方法によって得られる材料。この基準によれば、例えば単結晶シリコンは単結晶炭化シリコンよりも希少ではないと考えることができる。特に、単結晶シリコンは単結晶炭化シリコンよりも安価であるということに注意すべきである。
・同様に比較的単純及び／又は迅速な方法によって得られる結晶学的品質のより低い材料。例えば、一般的には比較的多くの欠陥を生じがちなより高速の引き上げ法によって得られる材料。この種の材料はまた一般に安価であり、従って希少ではないと考えられる。
・他の部分に比べて結晶学的品質がより低い材料の層や領域を含む複合材料。例えば多結晶層で被覆された単結晶基板。
【０００５】
通常、希少でない材料は安価である。
【０００６】
希少でない材料は幅広く様々な選択ができ、意図する用途及び対応する製造技術がその選択を条件付ける重要な要件である。
【０００７】
希少でない材料の選択は種々のパラメータに依存し、幾つかの用途では或るパラメータが他のパラメータよりも重要になることもある。幾つかのパラメータがより重要である場合は単結晶材料を選択し、他のパラメータのほうがより重要な場合は単結晶材料を選択しないと言うようなことになる。
【０００８】
例えば、炭化シリコンの層を移し替える場合は、その他の多くの用途の場合と同様に、第２の材料、即ち支持体の幾つかのパラメータは、第１の材料、即ちこの場合の単結晶炭化シリコンのパラメータと等価とすべきである。
【０００９】
また、単結晶炭化シリコンの層を移し替える場合は、それが元の基板から得たものであっても或いはエピタキシャル成長層から得たものであっても、希少でない材料からなる支持体の有利な候補はシリコン基板、更には単結晶シリコン基板であり、その価格コストは単結晶炭化シリコン基板よりもかなり競争力が大きいことは明らかである。
【００１０】
また、単結晶炭化シリコンの層を移し替える場合、第２の材料、即ち支持体として選択する材料は、一般的な炭化シリコン層の技術的加工処理のための厳しい工程に耐え得るものとすることが重要である。炭化シリコンは化学的には高度に不活性な材料であり、機械的、化学的、その他の必要とする加工の条件が厳しいからである。特に炭化シリコンのエピタキシャル成長を含む工程の場合は、例えば第２の材料は高温での処理に耐えなければならず、従ってこの場合の第２の材料には、充分に高い融点と、適正な熱膨張率と、更に場合によっては適正な熱伝導率とが要求される。同様に、原子を炭化シリコンに埋め込んでドープする場合にも第２の材料は高温での熱処理を受けなければならないことがあり、これもまた熱膨張率に関して厳しい要求を課すものである。
【００１１】
また、第２の材料として理想的な候補材料は、基板処理のために通常使用される工程に対して使用者が最小限の変更と最大限の容易さで第１の材料の移し替えを実行できるものであることが重要である。理想的には、第２の材料はシリコン基板に対する仕様に対応した標準規格、例えばＳＥＭＩ標準規格によって定められた仕様を可能な限り満たすものとする。
【００１２】
このような仕様において、上述の使用者に対する容易さと価格コストの低さ以外にも、第２の材料を含む支持体又は第２の材料のみから成る支持体は、基板の成形及び処理（研磨、洗浄、面取り、その他）のための既存プラントに適合するものであることが重要である。シリコン層を移し替える場合、このタイプの支持体はシリコン専用の現在の先端技術を使用した生産ラインで処理できるものであることが理想的である。
【００１３】
例えば、シリコン層で被覆した直径３００ｍｍの基板を製造する場合、一つの有利な組み合わせは、欠陥の少ないシリコン基板から得た層、例えばエピタキシャルシリコン層、或いはチョクラルスキー法などの引き上げ法で得られる基板から得た欠陥の少ないシリコン層を、特に結晶欠陥密度に関しては最善ではない条件下で高速で引き上げられたインゴットから得た中品位のシリコン支持体上に移し替えることである。この場合、得られた３００ｍｍシリコン基板をマイクロエレクトロニクスデバイスの生産ラインに受け入れ可能とするためには、これらの基板は極めて厳しい条件（汚染に関する純度、及び粒子純度）を満たしている必要があり、また種々の工程ステップで課される様々な要求（フォトリソグラフィーステップのための平坦度、高速熱処理のための機械的強度、フォトリソグラフィー工程を妨害せず、基板検出用もしくは多様な搬送系におけるアライメント用の各種センサーの動作に影響を与えない特定反射率、その他）も満たしていることが望ましい。
【００１４】
更に、第２の材料を含む支持体又は第２の材料のみから成る支持体は、層移し替え操作、好ましくは直接ボンディング工程を含む層移し替え操作に好適に適合するものであることが望ましく、また最も重要なことは、支持しようとする要素の材料に適合するものとすることである（本明細書において「直接ボンディング」という用語は当業者が「ウエハボンディング」と称す技術を包含する意味も有している）。
【００１５】
この適合性の一つの側面は、特に熱膨張率に関連している。二種の材料の熱膨張率の違いが大きすぎると、これら材料の積層体は通常の熱処理を適用しただけで直ちに壊れてしまう可能性が高いので使用できなくなる。
【００１６】
殆どの場合、特に単結晶シリコン層で被覆した直径３００ｍｍ基板あるいは炭化シリコン層で被覆した基板の場合、処理ラインの分かり易さ及び支持体と層との適合性の観点から賢明なもう一つの選択は、同じ材料で多結晶のものを使用することである（この場合、インゴット引き上げ及び／又はエピタキシャル成長に比べて低コストである）。
【００１７】
本発明において、好ましくは基板は多結晶支持体上に一つ以上の単結晶層を有するものである。この場合、単結晶層と多結晶支持体を例えば同一材料で製作してもよい。
【００１８】
本発明において、好ましくは基板はそれ自身が多結晶材料の層で被覆された単結晶支持体上に一つ以上の単結晶層を有するものである。この構成は、少なくとも下記の二つの利点を有している。
・多結晶材料の層が金属不純物を捕捉する層となり得る利点。この捕捉は当業者に「ゲッターリング」として知られており、幾つか用途においては極めて有益である。
・多結晶材料の層が例えば熱処理操作時に脱ガス種を捕捉するための領域となり得る利点。
【００１９】
さて、以上のような希少でない材料の選択に関する問題を考慮したうえで、次に非晶質材料の選択について考える。これも幅広く様々な選択が可能である。
【００２０】
第１と第２の二つの材料間の界面は、活性要素の層とその支持体との間により良い導電性が得られるように導電性とすること、及び／又は熱伝導性とすることが有利である。尚、多くの用途においては界面を性能面で元の単結晶基板と完全に等価とする必要はない。この条件は、特に背面側から疑似電荷や熱を除去するために背面に接触が必要な或る種のデバイスに適用されることである。
【００２１】
その他、特にシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板の製造においては、界面は必ずしも導電性である必要はない。
【００２２】
本発明は活性材料要素を多結晶材料支持体の表面に接合する方法にも関する。
【００２３】
マイクロエレクトロニクス、光学、電子工学、及び光電子工学における最終用途に適合するものとして知られているボンディング技術のうち、最も好適なものは接着剤を使用しない直接ボンディング技術である。この直接ボンディング技術では、接触対象表面の粗度と平坦度に関して要求が割合に厳しい。
【００２４】
これらの技術においては、一般には接合の直前、又は基板製造の初期段階において表面研磨が必要である。単結晶支持体、例えば単結晶シリコン支持体への移し替えを目的とする場合は、いずれの基板製造者でも現在使用しているような研磨技術で充分である。但し、充分に強力な洗浄ができ、しかも洗浄後の作業も充分に清浄な環境下で行われ、接合対象表面が粒子、炭化水素、その他による汚染を受けないような方式を採用することは勿論である。
【００２５】
一方、接合面の一つが多結晶材料の面であり、また最も重要なこととして、直接ボンディング、即ち接着剤なしの接合を適用しようとする場合は、これらの直接ボンディング技術は非常に難しくなり、場合によっては無効にさえなることがある点に注意する必要がある。
【００２６】
直接ボンディングに関する上述の問題は、多結晶材料を蒸着技術、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）で得た場合でも、多結晶材料のインゴットからスライスして基板とした場合でも、いずれにせよ発生する問題であり、特に多結晶材料が多結晶シリコンである場合にはしばしば発生する。
【００２７】
これらの問題は、多結晶材料の結晶粒形態の不規則性によるものである。この不規則性は、結晶粒の配向が不完全であり、材料が多少なりとも明瞭な粒界その他を示すからである。従って、多結晶材料の表面を研磨する場合、研磨速度はそれぞれの結晶粒において、或いは粒界上その他で異なってくる。表面研磨によって生じるこの不規則性は研磨に化学成分が使用される場合には更に増強される。これはまた、基板の成形や、ボンディングのための多結晶材料表面の準備に用いられる各種のエッチング、洗浄、その他の工程においても生じることである。
【００２８】
当業者にとって、直接ボンディングのために多結晶材料を研磨する場合に解決しなければならない問題は熟知するところである。これらの問題は、例えば１９９５年のフィリプス・ジャーナル・オブ・リサーチ誌（ＰｈｉｌｉｐｓＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｓｅａｒｃｈ）第４９巻（例えば第１３〜１５頁及び第２６〜３８頁）に述べられている。この論文の著者は、研磨技術とそれらが直接ボンディングの品質に及ぼす影響について種々の分類項目を示している。この問題はまた、多結晶基板への直接ボンディングの場合ほど問題にならない場合、例えば基板の一つに蒸着した多結晶シリコンの中間層を利用して二つのシリコン基板を接合するような場合にも研究者によって報告されている。これらの問題は、例えば下記の文献に述べられている。
【００２９】
・Ｊ．Ｊｉａｏｅｔａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ − Ｉｎｔ．Ｓｏｃ．Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．，３２２３（１９９７）ｐ．２４５，ＭｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇａｎｄＭｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩＩＩ，Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸ，ＵＳＡ，２９−３０Ｓｅｐｔ９７
【００３０】
・Ｍ．ＳａｌｌｅｈＩｓａｍｉｌ，Ｔｅｃｈｎ．ＤｉｇｅｓｔＩＥＥＥＳｏｌｉｄｓｔａｔｅＳｅｎｓｏｒａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒＷｏｒｋｓｈｏｐ（ＩＥＥＥ，ＮｅｗＹｏｒｋ，ＮＹ，ＵＳＡ，１９９２），ｐｐ．６６−８９（ＨｉｌｔｏｎＨｅａｄＩｓｌａｎｄ，ＳＣ，ＵＳＡ，２２−２５Ｊｕｎｅ９２）
【００３１】
・Ｗ．Ｇ．Ｅａｓｔｅｒｅｔａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｗａｆｅｒｂｏｎｄｉｎｇ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＳｏｃｉｅｔｙＰｅｎｎｉｎｇｔｏｎ，ＮＪ，ＵＳＡ），ｐｐ．２２３−２２９：（ｐｈｏｅｎｉｘ，ＡＺ，１３−１８Ｏｃｔ９１）
【００３２】
・Ｙ．Ｉｎｏｕｅ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒ．ｄｅｖｉｃｅｓ（１９９５），ｐ．３５６
【００３３】
・Ｋ．Ｎ．Ｖｉｎｏｄ，Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ９７，１９９７ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓ（ＩＥＥＥ，ＮｅｗＹｏｒｋ，ＮＹ，ＵＳＡ，１９９７）Ｖｏｌ．，ｐｐ．６５３−６５６（Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ，ＵＳＡ，１６−１９Ｊｕｎｅ９７）
【００３４】
本発明のもう一つの目的は、活性材料要素を支持体の表面に接合する工程を備え、その際の活性材料要素と支持体のうちの少なくとも一方が少なくとも接合対象面の表面で多結晶体であり、しかも前述の問題、特に研磨の制御に関連する問題を解決することのできる特に光学、電子工学、又は光電子工学用の基板の製造方法を提案することである。
【００３５】
本発明によれば、第１の材料から成る活性要素を第２の材料から成る支持体の一つの表面に接合する工程を備えた特に光学、電子工学、又は光電子工学用の基板の製造方法において、活性要素又は支持体が少なくともその接合対象面に多結晶材料を含み、接合に先立って該多結晶材料を含む一方又は双方の表面に非晶質材料の層を形成することを特徴とする方法によって上記目的が達成されるものである。
【００３６】
本発明によるこの方法は、特に研磨の制御に関連する問題を解決するものである。非晶質材料の組織は本質的に等方性であり、結晶粒寸法の不均一性の問題を有さない。従って接合工程は、非晶質材料の層が蒸着で得られたものか非晶質化処理によって得られたものかを問わず、非晶質材料に対して直接実行することができる。また研磨を必要とする場合も、非晶質材料の層が蒸着で得られたものか非晶質化処理によって得られたものかを問わず研磨は均一であり、直接ボンディングに充分な程度に平坦な表面が得られる。非晶質材料層の蒸着により位相幾何学的不規則性も改善される。
【００３７】
多結晶材料と非晶質材料は、例えば多結晶材料が蒸着される温度に対して非晶質材料が得られる温度に低下させるなど、温度のみを変えることによって蒸着を停止させることなくほぼ同時に蒸着形成することが好ましい。
【００３８】
本発明によるこの方法は、例えば活性層の材料よりも希少ではない材料として多結晶材料を基板に使用して低コストの基板を製造する際に特に有効である。
【００３９】
多結晶材料製の基板は、一般に単結晶材料製の基板よりも低コストで入手できる。従って、より高い品質、例えば単結晶品質の一つ以上の材料の層又は積層体を支持する目的で多結晶材料製基板を使用することができる。この層又は積層体が基板の活性要素部分を構成し、この部分こそがその物理的性質の故に光学、電子工学、又は光電子工学用の構造の形成に利用されるのである。
【００４０】
この種の用途においては、基板への層の接合を使用するあらゆる層移し替え方法が使用可能である。その一例としてスマートカット（Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ：登録商標）法を挙げることができ、その使用例は仏国特許発明第２６８１４７２号明細書に記載されている。スマートカット法を本発明と組み合わせて使用することは特に有利であり、これは基板の再利用ができるという利点があるからである。即ち、スマートカット法を使用すると活性層を構成する層のみを支持体基板上に移し替えることができ、この層はソース基板のほんの一部分の厚さに相当する層であるため、ソース基板の残りの部分を例えば新しい活性層の切り出しなどによって再利用することができるのである。
【００４１】
スマートカット法によって提供されるようなソース基板の多重再利用との組み合わせで低コストの支持体を利用できる点は、幾つかの用途においては特に有利である。そのような用途としては、例えば直径３００ｍｍの単結晶シリコン基板及び単結晶炭化シリコン基板の製造がある。寸法の大きな単結晶シリコン基板及び単結晶炭化シリコン基板は、インゴット成長に大きなコストがかかることが特徴である。極めて高い結晶品質が要求される場合は、後に作られる部品要素の活性領域を支持するのがこれらの活性層であるため、コストは更に高くなる。例えば直径３００ｍｍの単結晶シリコン基板を製造する場合、シリコンの成長条件は結晶欠陥を最小限に抑えるために最適化しなければならない。
【００４２】
このため、そのようなインゴットの引き上げにおいてはインゴットを特に低速で引き上げる必要があり、それはコストのかかることである。従って、上記の例の二つの材料では、最小限の費用で単結晶シリコン又は単結晶炭化シリコン基板を可能な限り模擬する「模擬基板」を作成することが問題となる。
【００４３】
上述したことのもう一つの特別な事例は、活性層がエピタキシャル層の場合である。この種の層は優れた結晶品質を有することが知られているが、その単位コストは極めて高い。エピタキシャル層は多数回に亘って供試することが可能である（再使用は、例えばエッチング、研磨、洗浄、アニール、水素雰囲気中での平滑化、その他による修復や、同一基板上への更なるエピタキシャル成長によるエピタキシャル層の再生によっても可能である）。
【００４４】
本発明による方法は、今までに得られていたものよりも大きな直径で製造される新しい材料に対しても有利に適用できる。関連分野の技術水準の革新と大規模投資が必要であることから、新らたな直径サイズの高品質材料を入手できる期間は限られており、従ってそのような材料は高価なものとなるが、本発明はこれに対応することができる。
【００４５】
本発明による方法はまた、酸化物層を支持する高結晶品質のシリコン層を、少なくとも移送対象面上に多結晶材料を一体化した支持体上に移し替えてＳＯＩ構造を形成するためにも有効に使用することができる。
【００４６】
本発明による方法は、以下に述べるような幾つかの特徴を単独又は組み合わせで更に備えることができる。
【００４７】
・活性材料要素の接合の前に支持体基板に形成された非晶質材料を研磨することを更に備え、この研磨により２００〜５０００Å、好ましくは１０００Åの非晶質材料を除去する。
【００４８】
・蒸着によって厚さ１０００〜５０００Å、好ましくは３０００Åの非晶質材料の薄膜を形成する。
【００４９】
・非晶質材料によって接合された支持体と活性要素との組合体を熱処理する工程を更に備える（この熱処理は、好ましくは非晶質材料を少なくとも部分的に再結晶化するのに充分な温度で実行する）。
【００５０】
・接合の後に、活性材料から成る部分から活性材料の層を分離する工程を備える。
【００５１】
・接合に先立って、活性材料から成る部分の支持体への接合対象部位の表面下に、予め定められた深さ近傍に拡がる埋込深さで原子種を埋め込む工程を更に備え、その後、埋込深さ近傍の分離深さで活性材料の層を分離する。
【００５２】
本発明はまた、活性要素と多結晶材料から成る表面を有する支持体とを備えた特に光学、電子工学、又は光電子工学用の好適な基板であって、活性要素と多結晶材料から成る面との間に導電性非晶質材料又は非晶質材料から得た材料を更に含むことを特徴とする基板も提供する。
【００５３】
本発明は更に、第１の材料から成る要素と第２の材料から成る支持体とを備えた特に光学、電子工学、又は光電子工学用の基板であって、第２の材料が第１の材料よりも希少ではなく、第１の材料から成る要素と第２の材料から成る支持体との間に導電性非晶質材料又は非晶質材料から得た材料更に含むことを特徴とする基板も提供する。
【００５４】
本発明の方法は、シリコン・オン・インシュレータの製造、或いは大径基板と同等の擬似基板、特に中間絶縁層を含まない基板の製造に等しく良好に適用することができる。
【００５５】
本発明の上述以外の目的と特徴及び利点は、以下の詳細な説明から明らかであり、また図面を参照することによって更に充分に理解される。
【００５６】
以下、本発明を６つの特定の実施形態によって説明するが、勿論、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５７】
第１、第２、第３、及び第５実施形態は、活性層を多結晶支持体基板上に移し替えることを含む接合プロセスに関する。
【００５８】
第４及び第６実施形態は、活性層を、該活性層を受ける面上に多結晶材料の層を有する支持体基板上に移し替えることを含む接合プロセスに関する。
【００５９】
本発明の第１実施形態は、多結晶シリコン支持体上への単結晶シリコン要素の直接ボンディングに用いられる。
【００６０】
支持体２はディスク形状のものであり、例えば直径２００ｍｍ、厚さ７２５μｍの円形ディスク状のものである。
【００６１】
支持体２は、図１ａ及びｂに模式的な断面で示してある。この構造の特徴は単結晶粒４にある。単結晶粒４は、例えば柱状成長基板の場合と同様に支持体２の厚さ全体に亘る結晶粒構造のものでもよい（図１ａ）。但し、支持体２は結晶粒４が不規則に上下左右に積層した結晶粒構造のものでもよい。
【００６２】
図１ａ及びｂに関連して先に述べた支持体２に代えて、多結晶材料の層で被覆されたウエハ３を含む支持体２を使用しても全く等価である。このタイプの支持体２を図１ｃ及びｄに示す。図１ｃとｄに示す支持体もまた、単結晶粒４から成る多結晶シリコン層５が特徴であり、この単結晶粒も多結晶シリコン層５の厚さ全体に亘る結晶粒構造（図１ｃ）或いは前述と同様に上下左右に不規則に積層した構造（図１ｄ）のいずれでもよい。
【００６３】
この種の支持体２は、活性層を支持体２上へ移し替えた後の基板の各種処理、特に熱処理時に起きることのある脱ガスに際して生成原子種を吸収するために特に有効である。
【００６４】
また同様に、いずれも全体的に多結晶シリコン層５で被覆された複数のコンポーネント領域を有するウエハ３から成る支持体２や、やはり多結晶シリコン層５で被覆された非晶質材料ウエハ３から成る支持体２や、或いは極めて優れた熱伝導率及び／又は光に対する透明性及び／又は他の何らかの物理的性質の故に選択された材料のウエハ３をやはり多結晶シリコン層５で被覆したものから成る支持体２を使用しても全く等価である。
【００６５】
いずれの場合も、多結晶シリコン層５は、マイクロエレクトロニクスでの使用には５００Åから数千Åの厚さとし、光電池に使用するときには数十μｍの厚さとすることが好ましい。
【００６６】
尚、支持体２は研磨されるが、通常、その表面は、結局のところ図１に示した状態のように不規則であることに注意すべきである。
【００６７】
支持体２全体が多結晶シリコンから成るものである場合（図１ａ及びｂ）、この支持体は研磨後において最悪の場合は５００Åの範囲で高さが変化している不規則性な表面形態を有する。
【００６８】
ここで、高さ変動が数十Åよりも小さな表面粗度でも直接ボンディングを不都合にするには充分である点に注意すべきである。
【００６９】
従って本発明による方法においては、厚さ３０００Åの非晶質シリコン層６を研磨済みの支持体２に蒸着する（図２ａ）が、蒸着方法自体は当業者に公知の方法、例えば文献「”ＳｉｌｉｃｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｏｒｔｈｅＶＬＳＩＲｅａ”，Ｖｏｌ．１，Ｐｒｏｃｅｓｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｓ．ＷｏｌｆａｎｄＲ．Ｎ．Ｔａｕｂｅｒ，ＬａｔｔｉｃｅＰｒｅｓｓ」の第６章に述べられているような蒸着法によればよい。
【００７０】
その後、非晶質シリコン層６の表面に軽度の機械的及び化学的研磨を行って約１０００Åの厚さぼ非晶質シリコンを表面から除去する。
【００７１】
次に単結晶シリコン基板８を非晶質シリコン層６の研磨済み自由表面に重ね、当業者に公知の直接ボンディング手法により接合を行う（図２ｂ）。このボンディング手法の詳細に関しては、例えばトン及びゲゼール（Ｑ． −Ｙ．ＴｏｎｇａｎｄＵ．Ｇｏｅｓｅｌｅ）による「半導体ウエハボンディング、化学と技術（”ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＷａｆｅｒＢｏｎｄｉｎｇ，ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，ＴｈｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙＳｅｒｉｅｓ，ＷｉｌｅｙＩｎｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，ＮｅｗＹｏｒｋ１９９９）を参照されたい。
【００７２】
非晶質層６が介在する場合としない場合とについて、支持体２と単結晶シリコン基板８との接合の結果を以下の表１に示す。
【００７３】
【表１】

【００７４】
表１で使用している記号は、下記のように接合の質を示している。
−−：多くの未接合領域を含む接合不良又は部分的接合。
− ：少数の未接合領域を含む部分的接合。
＋：赤外線透過で観察可能な僅かな接合欠陥しか含まない全面的接合。
＋＋：赤外線透過で観察可能な接合欠陥を含まない全面的接合。
【００７５】
表１からは、非晶質シリコン層６が多結晶シリコン支持体２上に形成されている場合のみ実際の接合が満足なものとなることが判る。図２に示すように、本実施形態において非晶質シリコン層６を研磨しておくと更に良い結果が得られる。
【００７６】
図３に示す本発明の第２実施形態においては、単結晶シリコン層１０を単結晶ソース基板１２から非晶質層６の表面に移し替えている。
【００７７】
前述の実施形態と同様に、多結晶シリコン支持体２を研磨し、次いで厚さ３０００Åの非晶質シリコン層６を支持体２上に蒸着する。その後、非晶質シリコン層６の自由表面に軽度の機械的及び化学的研磨を施し、約５００Åの非晶質シリコンを除去する（図３ａ）。
【００７８】
単結晶ソース基板１２には、例えば仏国特許発明第２６８１４７２号明細書に記載の方法又はその変形を使用して、水素原子を埋め込むことができる。
【００７９】
ここで、「原子の埋め込み」という用語は、原子、分子、又はイオン種を材料に埋め込んで、埋込側の表面からの特定の深さにおいて材料内のこれらの種の濃度が最大になるようにする原子、分子、又はイオン種による全ての埋め込みを意味する。原子、分子、又はイオン種は、やはり最大値前後に分布するエネルギーで注入される。原子種は、イオンビーム注入装置、即ちプラズマ内への暴露その他によって動作する注入装置によって材料に埋め込むことができる。
【００８０】
このような埋め込みによって脆化領域１４が生成される。
【００８１】
このようにして或る深さで層状に脆化されたソース基板１２は、その後、非晶質シリコン層６の研磨済みの自由表面に重ねられ、直接ボンディングによって接合が形成される（図３ｂ）。次に、支持体２とソース基板１２との組み合わせの全体又は一部分に、単結晶シリコン層１０を脆化領域１４においてソース基板１２から分離する操作が加えられる。
【００８２】
一般的に言えば、このボンディング操作は、機械的応力（せん断、引っ張り、圧縮、超音波、その他）、電気的に発生させた応力（静電場や電磁場の印加）、熱エネルギーによって発生させた応力（放射、対流、伝導、ミクロ空洞中の圧力上昇、その他）などを加える操作を含んでいてもよい。またこの操作は、活性層１０とソース基板１２とが分離する界面に流体（液体又は気体）の連続又は断続ジェットを衝合させることを含んでいてもよい。特に熱に由来する応力は、電磁場、電子ビーム、熱電加熱、低温流体、過冷却液体、その他の使用によって発生させてもよい。
【００８３】
このようにして、単結晶シリコン層１０が非晶質シリコン層６による直接ボンディングによって支持体２上に移し替えられる。
【００８４】
この実施形態の変形例として、別の埋め込み技術（例えばプラズマイオン打ち込み）及び／又はその他の薄層を移し替え技術を用いてもよい。埋め込みは、機械的手段によって脆化させた領域、例えば多孔質領域に対して実施してもよい。
【００８５】
図４に示す第３実施形態ではＳＯＩ基板を製造している。この実施形態でも、非晶質シリコン層６で被覆した多結晶シリコン支持体２（図４ａ）を前記二つの実施形態に関して述べたのと同じやり方で製造して用いている。
【００８６】
一方、ソース基板１２の表面には熱酸化物層１６を当業者に公知の技術によって形成する。第２実施形態に関して述べたのと同様にして、単結晶シリコン基板１２の表面下に原子種を埋め込み、脆化領域１４を形成する。
【００８７】
次に基板１２をシリコン酸化物層１６が非晶質シリコン層６に対面するように支持体２に重ねる（図４ｂ）。
【００８８】
その後、酸化物層１６と単結晶シリコン層１０とを第２実施形態で述べたのと同様のやり方でソース基板１２から分離し、ＳＯＩ基板を形成する。このＳＯＩ基板は、順に積層された多結晶シリコン支持体２、非晶質シリコン層６、シリコン酸化物層１６、及び単結晶シリコン層１０から成っている。
【００８９】
図５に示す本発明の第４実施形態もＳＯＩ基板を製造している。このため、シリコンウエハ３と、シリコン酸化物層１６を有するシリコン基板１２とを組み合わせ、このシリコン基板１２には前述のような埋め込み操作で脆化領域１４を形成してある。但しこの場合、シリコン酸化物層１６は薄く（通常、厚さが１０００Åよりも小）、後続作業における脱ガス種を吸収することはできないので接合が劣化する可能性がある。従って脱ガスの結果として接合界面に泡が形成されないようにするために多結晶シリコン層５をウエハ３上に形成しておき、この層に脱ガス種が吸収されるようにする。次に、満足な接合を得ることを可能にするような多結晶材料の研磨を可能とする技術は未だ存在していないので、表面粗さに関する多結晶材料の欠点を軽減するために非晶質材料層６を多結晶材料上に蒸着する（図５ａ）。注意すべきことは、将来有利な技術が開発された場合、非晶質材料層６の蒸着は任意選択的なものになりうるということである。ここで述べている本発明による方法の実施形態では、多結晶材料５は好ましくは多結晶シリコンであり、非晶質材料６は好ましくは非晶質シリコンである。
【００９０】
ウエハ３と多結晶シリコン層５と非晶質層６とから成る支持体２と、シリコン酸化物層１６を有するシリコン基板１２とを重ね、直接ボンディングによって一体化する（図５ｂ）。
【００９１】
次に酸化物層１６と単結晶シリコン層１０とを第２及び第３実施形態で述べたのと類似のやり方でソース基板１２から分離し、ＳＯＩ基板とする（図５ｃ）。
【００９２】
本発明による方法の第４実施形態では、単結晶シリコンウエハ３、それを被覆する多結晶シリコン層５、更にそれを被覆する非晶質シリコン層６、その上に接合されたシリコン酸化物層１６及び単結晶シリコン層１０が順に積層となったＳＯＩ基板が製造される。
【００９３】
別の実施形態として、多結晶シリコン層５を非晶質シリコン層の形成前に支持体２上ではなく酸化物１６上に蒸着してもよい。同様に、支持体２と酸化物層１６との双方に多結晶シリコン層を蒸着し、その後、いずれか一方又は両方に更に非晶質シリコン層を形成することもできる。
【００９４】
第３及び第４実施形態の変形例として、支持体２上、例えば非晶質材料層６上に酸化物層を形成してもよい。この酸化物層によって、単結晶材料層１０を被覆する酸化物層１６を置き換えることができるが、単結晶材料層１０を被覆する酸化物層１６に追加する酸化物層としてもよい。
【００９５】
第３及び第４実施形態の別の変形例として、シリコンを炭化シリコンで置き換えてもよい。
【００９６】
尚、一般的に一つ以上の酸化物層を別の絶縁体（例えば、窒化物）で置き換えてもよいことは述べるまでもない。
【００９７】
図６に示す本発明の第５実施形態においては、多結晶炭化シリコン上に単結晶炭化シリコンの活性層９を有する基板を製造している。このため、多結晶炭化シリコン支持体７と、前述と同様にして得た脆化領域１４を有する単結晶炭化シリコンソース基板１３とを作製する。次に、現在のところ満足な接合を実現しうる多結晶材料の研磨技術は存在していないので、表面粗さに関する多結晶材料の欠点を軽減するために非晶質材料層６を多結晶炭化シリコン支持体７上に蒸着する（図６ａ）。注目すべきは、多結晶炭化シリコンは前述のように脱ガス種を効率的に吸収しうる点である。別の注目すべき点は、将来、技術が有利に発展した場合に非晶質材料層６の蒸着は任意選択的なものになりうるということである。ここで述べている本発明による方法の実施形態では、非晶質材料６は好ましくは非晶質シリコンとする。
【００９８】
支持体７と基板１３とを重ね合わせ、直接ボンディングにより一体化する（図６ｂ）。
【００９９】
次に、第２、第３、及び第４実施形態で述べたのと同様のやり方で単結晶炭化シリコン層９を炭化シリコンソース基板１３から分離する操作を行い、多結晶炭化シリコン支持体７上に単結晶炭化シリコン活性層９を有する基板とする（図６ｃ）。
【０１００】
図７に示す本発明の第６実施形態においては、低品質の単結晶シリコン支持体１７上に、高品質、例えばエピタキシャル成長で得られるものに相当する欠陥密度の低い単結晶シリコン活性層１５を有する基板を作製している。この活性層の材料は、いわゆる「完全結晶」材料、即ち現時点で市場から入手できるものよりも更に最適化された品質に相当する将来的に市販が要望されている実験室レベルの材料である。その品質は、その電子的及び／又は光学的その他の性質のために利用され、そのために最適化された材料の性質に相当するものである。この高品質のシリコンソース基板１８にも、前述と同様のやり方で脆化領域１４が形成される。
【０１０１】
脱ガス生成物で泡が形成されるという欠点を軽減するため、多結晶シリコン層５は、脱ガス種を吸収するために低品質の単結晶シリコン支持体１７上に形成することが好ましい。次に、現在までのところ満足な接合を得ることを可能にする多結晶材料の研磨技術は未だ存在しないので、表面粗さに関する多結晶材料の欠点を軽減するために非晶質材料層６を多結晶材料上に蒸着する（図７ａ）。ここでも注意すべきことは、将来有利な技術が発展した場合、非晶質材料層６の蒸着は任意選択的なものになりうる点である。本発明による方法のこの実施形態の場合、非晶質材料６は好ましくはシリコンである。
【０１０２】
支持体１７と基板１８を重ね合わせ、直接ボンディングにより一体化する（図７ｂ）。
【０１０３】
次に、高品質の単結晶シリコン層１５を、第２、第３、第４、及び第５実施形態で述べたのと同様のやり方で高品質のシリコンソース基板１８から分離し、低品質の単結晶シリコン支持体１７上に高品質の単結晶シリコン活性層１５を有する基板を作製する（図６ｃ）。
【０１０４】
以上に述べた本発明の実施形態には種々の変形形態を考えることができる。
【０１０５】
例えば、非晶質材料層６を備えた支持体２、７、１７に対しては、これらを基板８又はソース基板１２、１３、１８に接合する前に、非晶質シリコン技術で公知の各種の通常処理、特に水素添加、又は脱ガス、及び各種熱処理、例えば高密度化熱処理などを実行することができる。
【０１０６】
非晶質シリコン層は、好ましくはドーピングによりその電気的性質を改善することができる。
【０１０７】
活性層とその支持体との組合体は一体化の後に熱処理することもでき、このプロセス中に非晶質材料層６に少なくとも部分的に再結晶を生起してもよい。
【０１０８】
更に、前述の各実施形態においては非晶質材料層６を非晶質シリコンの層で形成したが、これ以外の種々の非晶質材料を本発明による方法に用いてもよい。例えばケイ化チタンＴｉＳｉ_２又はケイ化パラジウムＰｄ_２Ｓｉなどのケイ化物を挙げることができる。
【０１０９】
同様に、炭化シリコン活性層を有する基板や直径３００ｍｍのシリコン基板の製造への適用に関して前述したことは、本発明の技術的範囲を逸脱することなく他の多くの材料にも応用することができる。
【０１１０】
特に本発明は、直接ボンディングの達成に充分な多結晶材料の表面品質を得るための研磨方法が未だ知られていないあらゆる適用対象に対して有効である。
【０１１１】
最後に、以上に述べたような本発明による方法の全ての特徴は、前述以外の本発明の新しい実施形態を確立する目的で単独或いは組み合わせて利用できることは述べるまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による移し替え操作に使用するための支持体基板の４つの例ａ〜ｄを示す模式断面図である。
【図２】
本発明による第１実施形態の方法を実施するための図１のａと同様の多結晶材料支持体基板の使用例を示す模式断面図である。
【図３】
本発明による第２実施形態の方法を実施するための図１のａ及び図２と同様の支持体基板の使用例を示す模式断面図である。
【図４】
本発明による第３実施形態の方法を実施するための図１のａと図２及び図３と同様の支持体基板の使用例を示す模式断面図である。
【図５】
本発明による第４実施形態の方法を実施するための図１のｃ及びｄ同様の支持体基板の使用例を示す模式断面図である。
【図６】
本発明による第５実施形態の方法を実施するための図１のａ及びｂと同様の支持体基板の使用例を示す模式断面図である。
【図７】
本発明による第６実施形態の方法を実施するための図１のｃ及びｄと同様の支持体基板の使用例を示す模式断面図である。

Claims

第１の材料から成る活性要素（１０、１６）を第２の材料を含む支持体（２）の表面に接合する工程を備えた特に光学、電子工学或いは光電子工学用の基板の製造方法において、
第２の材料から成る支持体（２）の表面上における第１の材料から成る要素の接合対象部位、又は第１の材料から成る活性要素の表面上における支持体（２）への接合対象部位に、非晶質材料（６）を形成する工程を更に備えたことと、
第２の材料が第１の材料よりも希少ではないこと、
を特徴とする基板製造方法。
第１の材料から成る活性要素（１０、１６）を第２の材料から成る支持体（２）の表面に接合する工程を備えた特に光学、電子工学或いは光電子工学用の基板の製造方法において、前記活性要素（１０、１６）又は支持体（２）が少なくともその表面上の接合対象部位に多結晶材料を含み、接合に先立ち、この多結晶材料を含む表面上に非晶質材料（６）の層を形成することを特徴とする基板製造方法。
非晶質材料層（６）を蒸着によって形成することを特徴とする請求項２に記載の方法。
非晶質材料層（６）を非晶質化処理によって形成することを特徴とする請求項２に記載の方法。
非晶質材料（６）が非晶質シリコンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
接合の前に、支持体（２）上に形成された非晶質材料（６）を研磨する工程を更に含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
前記研磨工程において２００〜５０００Å、好適には１０００Åの非晶質材料（６）を除去することを特徴とする請求項６に記載の方法。
非晶質材料（６）で接合された支持体（２）と活性要素（１０、１６）との組合体を熱処理する工程を更に含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
非晶質材料（６）を少なくとも部分的に再結晶させるのに充分な温度で熱処理工程を実施することを特徴とする請求項８に記載の方法。
接合の後に、第１の材料から成る部分（１２）から第１の材料の層（１０）を分離する工程を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
接合に先立って、第１の材料から成る部分（１２）の支持体（２）への接合対象部位の表面下に、予め定められた深さ近傍に拡がる埋込深さで原子種を埋め込む工程を含み、埋込深さ近傍の分離深さ（１４）で第１の材料の層（１０）を分離することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
支持体（２）が多結晶材料の層で被覆された単結晶材料であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
支持体（２）が多結晶シリコンで作られていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
支持体（２）が多結晶炭化シリコンで作られていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
支持体（２）が単結晶シリコンで作られていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
活性要素（１０）が単結晶シリコンで作られていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
活性要素（１０）が単結晶炭化シリコンで作られていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
活性材料要素（１０）が単結晶材料層（１０）と酸化物などの絶縁体層（１６）とを含むことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
支持体（２）が酸化物などの絶縁体層を含むことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
非晶質材料（６）が導電性であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
蒸着によって厚さ１０００〜５０００Å、好ましくは３０００Åの非晶質材料の薄膜を形成することを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
特に光学、電子工学、又は光電子工学用の基板であって、活性要素（１０）と、多結晶材料表面を有する支持体（２）とを有するものにおいて、
前記活性要素（１０）と前記多結晶材料表面との間に導電性非晶質材料（６）又は非晶質材料から得た材料を更に含むことを特徴とする基板。
特に光学、電子工学、又は光電子工学用の基板であって、第１の材料から成る要素（１０）と、第２の材料から成る支持体（２）とを有するものにおいて、
第２の材料が第１の材料よりも希少ではなく、第１の材料から成る要素と第２の材料から成る支持体との間に導電性非晶質材料（６）又は非晶質材料から得た材料を更に含むことを特徴とする基板。