JP2007507872A - 平板型構造物、特にシリコンの平板型構造物を製造する方法、前記方法の使用、及び、特にシリコンからこのようにして製造した平板型構造物 - Google Patents

平板型構造物、特にシリコンの平板型構造物を製造する方法、前記方法の使用、及び、特にシリコンからこのようにして製造した平板型構造物 Download PDF

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Abstract

本発明は、平板型の構造物を製造する方法と、この方法で製造された平板型の構造物に関し、特にシリコンによるものに関する。発明にかかる構造物は、少なくとも1つの基板(2)と、上部層(3)と、基板と上部層の間に配された少なくとも1つの中間層(4)を有する。上記中間層(4)は、基板の物質の原子又は分子とは異なる外因性分子又は原子が配列された少なくとも1つの基本物質を有している。本発明によれば、中間層(4)が可塑的に変形可能であり、選択された基本物質内の選択された外因性分子又は原子の存在により、中間層内で微小バブル又は微小空隙部(7)の不可逆的生成を引き起こすような熱処理が平板に対して行われる。
【選択図】図3

Description

本発明は、多層板製造の分野、また薄型ウェーハの製造に関する。
マイクロテクノロジーの分野、特に超小型電子技術(マイクロエレクトロニクス)及び光電子技術の分野では、絶縁層に結合したシリコンウェーハを用いるのが普通であり、さらに詳しくは、シリコンで形成された基板と、シリコンで形成された上部層の間に挟まれた絶縁層により構成される構造物が用いられている。
本発明は、現在の技術と構造物を改良し、これによって性能を向上させ、応用分野を広げることを目的とする。
第1の態様では、本発明は、少なくとも1つの基板と、1つの上部層と、前記基板と前期上部層の間に挟まれ少なくとも1つの中間層とによって構成される平板型の構造物を製造する方法に関する。
本発明によれば、前記方法は基本物質の原子又は分子とは異なる外因性原子又は分子と呼ばれる原子又は分子を含む少なくとも1つの基本物質で構成される中間層を選び、前記構造物に熱処理を加えることによって、前記熱処理の温度範囲内で、中間層が可塑的に変形可能となり、選ばれた基本物質中に、選ばれた外因性原子又は分子が存在するために、中間層内に微小バブル又は微小空隙部が不可逆的に形成される方法により構成される。
本発明によれば、熱処理によって前記微小バブル又は前記微小空隙部が形成され、これによって前記中間層が弱められることが好ましい。
本発明によれば、熱処理によって前記中間層が破断し、その結果、基板と上部層が分離することが好ましい。
本発明はまた、上記の方法により得られた構造物中で前記基板と前記上部層を分離する方法を提供する。
本発明の1つの変形例では、前記分離方法は、前記基板と前記上部層の間に力を加えることによって、前記微小バブル又は微小空隙部の存在によって基板と上部層の間の中間層を破断する方法が提供される。
本発明の、さらにもう1つの変形例では前記分離方法では中間層に化学的作用を加えて前記微小バブル又は微小空隙部の存在によって基板と上部層の間で中間層を破断する方法が提供される。
本発明によれば、前記基板と前記上部層が単結晶シリコンで形成され、前記中間層がドーピングされたシリカで形成されると有利である。
本発明はまた、シリコンで形成された基板と、シリコンで形成された上部層と、誘電体の中間層とで構成された平板型の構造物からなるシリコンウェーハを製造する方法であって、基本物質の原子又は分子とは異なる外因性原子又は分子と呼ばれる原子又は分子を含む少なくとも1つの基本物質によって構成される中間層を選び、前記構造物に熱処理を加えて、前記熱処理の温度範囲内で、中間層が可塑的に変形可能となり、選ばれた基本物質内に、選ばれた外因性原子又は分子が存在することによって、前記中間層内に微小バブル又は微小空隙部が不可逆的に形成されることを特徴とする方法に関するものである。
本発明によれば、前記基本物質がシリカで形成され、外因性原子がリン又はホウ素であり、リン珪酸塩ガラス(PSG)又はホウ素リン珪酸塩ガラス(BPSG)の中間層が形成されることが好ましい。
本発明によれば、リンの濃度が、6%〜14%の範囲内にあることが有利である。
本発明によれば、ホウ素の濃度が、0%〜4%の範囲内にあることが有利である。
本発明によれば、熱処理が、900℃〜1200℃の温度範囲で行われることが有利である。
本発明によれば、前記熱処理の前に、前記基板上又は前記上部層上に前記中間層を形成し、前記上部層又は前記基板を分子ウェーハ結合によって前記中間層に付着することが有利である。
本発明によれば、基板の厚さを低減させるための補足的段階を含むと有利である。
本発明によれば、前記中間層の側面で、基板と上部層がそれぞれ熱酸化ケイ素を含むと有利である。
本発明の1つの変形例によれば、前記微小バブル又は微小空隙部の存在によって前記基板と前記上部層を分離し、前記基板により構成されるウェーハ及び/又は上前記部層により構成されるウェーハが得られるようにすると有利である。
本発明の1つの変形例によれば、前記構造物の前記中間層に化学的作用を加えて、前記微小バブル又は微小空隙部の存在によって基板と上部層を分離し、前記基板により構成されるシリコンウェーハと上部層により構成されるシリコンウェーハを得ると有利である。
本発明によれば、前記中間層の側面で、基板及び/又は前記上部層に突出部を形成すると有利である。
本発明によれば、前記中間層の側面へと延びる直線状の突出部を形成すると有利である。
本発明によれば、前記微小バブル又は微小空隙部のうちの少なくともいくつかが開放状態であり、少なくともその一部がチャネル(通路)を形成していると有利である。
本発明はまた、電子集積回路及び/又は光電子集積回路を製造するために絶縁(S.O.I)板状にシリコンを形成する方法の応用に関するものである。
本発明はまた、少なくとも1つの基板と、1つの上部層と、基板と上部層の間に挟まれた少なくとも1つの中間層とによって構成される平板型の構造物に関するものである。
本発明によれば、前記基本物質が、基本物質の原子又は分子とは異なる外因性原子又は分子と呼ばれる原子又は分子を含む少なくとも1つの基本物質によって構成され、前記構造物に熱処理を加えることによって、前記熱処理の作用により中間層が可塑的に変形可能となり、選ばれた基本物質中に、選ばれた外因性原子又は分子が存在するために、前記中間層内に微小バブル又は微小空隙部が不可逆的に形成されることを特徴とする構造物が提供される。
本発明によれば、前記基板及び前記上部層が単結晶シリコンで形成され、前記中間層がドーピングされたシリカで形成されると有利である。
本発明によれば、前記基本物質がシリカで形成され、外因性原子がリン又はホウ素であり、リン珪酸塩ガラス(PSG)又はホウ素リン珪酸塩ガラス(BPSG)の中間層が形成されると有利である。
本発明によれば、リンの濃度が、8%〜14%の範囲内にあることが好ましい。
本発明によれば、ホウ素の濃度が、0%〜4%の範囲内にあることが好ましい。
本発明によれば、基板及び/又は上部層が、前記中間層内に突出する部分を含むことが好ましい。
本発明によれば、中間層の側面へと延びている直線状の突出部を形成することが好ましい。
本発明によれば、前記微小バブル又は微小空隙部のうちの少なくともいくつかが開放状態であり、少なくともその一部がチャネル(通路)を形成していることが好ましい。
本発明は、添付図面に示された非限定的実施例に関連して述べた構造物及び構造物の製造方法を検討することにより、より良く理解されるであろう。
図1は、例えば、直径が約200mmの平板の形の構造物1を示している。
この構造物はウェーハの形をした基板2と、ウェーハの形をした上部層3と、基板2と上部層3の間にある中間層4とにより構成されている。
一般に、中間層4は、基本物質の原子又は分子とは異なる外因性原子又は分子と呼ばれる原子又は分子を含む少なくとも1つの基本物質で形成され、適当な熱処理が構造物1に加えられると、特に気相状態の微小バブル又は微小空隙部が不可逆的に形成され、前記中間層4が変形してスポンジ状となり、相互関係から見て厚さが増大しやすくなる。
構造物の実施例の1つの例について、図2を参照しながら説明する。
基板2は、厚さが数百ミクロン、例えば、500〜1000ミクロンの範囲の単結晶シリコンによって構成されている。
選択により、また好ましくは、基板2の片面には熱酸化ケイ素の膜5が形成されることが望ましい。
この膜5は、酸化炉の中で、950℃〜1100℃の温度範囲で形成することができ、厚さは約0.5ミクロンとすることができる。
次に、リン及び/又はホウ素を高い割合で含み、又はこれをドープしたシリコン層を上部層3の酸化面5上に形成して、リン珪酸塩ガラス(PSG)又はホウ素リン珪酸塩ガラス(BPSG)型の物質で構成される中間層4を得る。
例えば、中間層4を構成する物質中でのリンの割合を6〜14%とすることができる。このような析出物は、CVD、LPCVD又はPECVD型の蒸着装置により既知の技術を用いて作り出すことができる。
このように構成した中間層4の厚さは、5ミクロンの範囲とすることができる。
選択により、また好ましくは中間層4の表面には化学的洗浄処理、例えば、公知の技術であるRCA型化学的洗浄を行うことが好ましい。
選択により、また好ましくは、洗浄処理の前又は後に、中間層4に化学機械的研磨(CMP)作業を行うことが好ましい。
同じように、上部層3は、選択により、熱酸化ケイ素の膜6を有するシリコンウェーハにより構成することができ、これは選択により、RCA化学的洗浄処理を、また化学機械的研磨(CMP)を行うことができる。
また同様に、上部層3の酸化面6に中間層4を形成することができる。
そのあと、上部層3の酸化面6を中間層4に接触させることによって、基板2と上部層3を組立てて分子ウェーハ結合を得る。これは選択的には、力を加えることにより行い、また好ましくは、基板2と上部層3の間に点支承力を加えて行う。
選択により、界面結合エネルギーを増大させるために、中間層4の変形を起こさないように、すなわち、後で述べるように微小バブルや微小空隙部を生じないように、組立てた構造物1に圧密熱処理を加える。
このようにして構造物が得られ、これは、シリコンで形成された基板と、シリコンで形成された上層部3が電気絶縁材料でできた中間層4で分離された状態となっている。
図3を見ると、上部層3の厚さは基板2の厚さよりもはるかに小さく、1ミクロン以下から数十ミクロンの範囲内にある。
このような薄い基板3は、当初は図2に関して述べたような構造物1を作るのに用いることができる。
しかし、1つの変形例では、薄い上部層3は、当初、図2に関して述べたような構造物1を作るのに用いた厚い上部層3を厚さを薄くすることによって得られる。このような厚さの低減は、既知の研磨、化学反応による作用、又は化学機械的研磨によって行うことができ、また開裂技術(例えば、既知の方法であるスマート・カット法)によって、上に述べた分子ウェーハ結合を行う前に上部層3に5E16Cm−2の用量で陽子をイオン注入することによって実施することができる。
また、基板2の厚さを低減させる作業も行うことができる。
図4で明らかなように、構造物1には、炉の中で、例えば900℃〜1100℃の温度範囲で熱処理を行うことができる。
上記のような選ばれた材質に関しては、選ばれた温度範囲で熱処理を行うと、中間層4は可塑的に変形可能となり、中間層中の微小バブル又は微小空隙部7により構成される気相が不可逆的に形成され、その結果、前記中間層の厚さが増大する。
微小バブル又は微小空隙部7の分量と体積は、中間層4の組成及び構造物1に加えられる熱処理の条件によって左右される。
例えば、5ミクロンから開始して、熱処理後には、中間層の厚さは15〜20ミクロンとなる。
図5で明らかなように、微小バブル又は微小空隙部7は、基板2及び/又は上部層3の面側に開いており、さらに互いに開いて、中間層4の側端に対して開いたチャネル(通路)を形成している。
図6に見られるように、例えばエッチングによって、基板2及び/又は上部層3に突出部8(好ましくは、直線状)を形成し、この突出部8が長方形のノッチ(切込み部)を形成するようにすると有利である。この処置によって微小バブル又は微小空隙部7は互いに連通してチャネルを形成する。
中間層4内に微小バブル又は微小空隙部7を含む上記の構造物1には多くの用途がある。
これは、電気絶縁体を構成する中間層4を挟んで(経由して)厚い基板2上に取付けられたシリコン上部層3上に電子又は光電子集積回路を形成するのに用いることができ、上部層3により構成される表面層と基板により構成される支持層の間のキャパシタンス(静電容量)は、微小バブル又は微小空隙部7が存在するため、特に低くなる。
さらにもう1つの応用例では、微小バブル又は微小空隙部7によって中間層4内に選択的に、しかし意図的に形成されたチャネルを通じて、基板2と上部層3の間に冷却液を循環させることによって構造物を冷却することができる。
さらに有利なもう1つの応用例では、微小バブル又は微小空隙部7を含む構造物1を剥離構造物とすることができる。これは中間層4内に微小バブル又は微小空隙部7が存在することによって、この層の物理的又は化学的強度が弱まるからである。
既知の手段によって、基板2と上部層3の間に力を加えることによって、また例えば、基板2と上部層3の間に細い刃や高圧の水のジェット流を加えることによって、中間層4が破断し、ウェーハを構成する基板2とウェーハを構成する上部層3が、微小バブル又は微小空隙部7の間にある中間層4の材質が破断することにより分離する。
また例えば、フッ化水素酸溶液を用いると、これは、微小バブル又は微小空隙部7が存在するため、基板2と上部層3の間を容易に進むことができるので、中間層4をその側面から化学的作用を加えることができる。
したがって、図3を参照して説明した構造物1から開始して、薄い上部層3によって構成される薄いシリコンウェーハを製造することができる。
こうして得られた薄いシリコンウェーハ3は、例えばプラスチック製の最終的作用支持体に、その面の1つ又はそれ以上を固定することによって、可撓性の電子及び/又は光電子回路を形成することができる。
本発明は、上記の例に限定されない。添付の特許請求の範囲に規定された発明の範囲から逸脱することなしに実施にあたって変更を加えることができる。
当初の状態における、本発明による構造物の断面を示す図である。 製造中の図1の構造物の分解断面図である。 その後の製造段階における、図1の構造物の断面を示す図である。 2次的製造状態における図1の構造物の断面を示す図である。 2次的製造状態における図1の構造物の断面を示す図である。 図1の構造物の変形例を示す図である。

Claims (28)

  1. 少なくとも1つの基板(2)と、上部層(3)と、前記基板と前記上部層の間に挟まれ少なくとも1つの中間層(4)とによって構成される平板型の構造物を製造する方法であって、基本物質の原子又は分子とは異なる外因性原子又は分子と呼ばれる原子又は分子を含む少なくとも1つの基本物質によって構成される中間層(4)を選び、前記構造物(1)に熱処理を加えることによって、前記熱処理の温度範囲内で、中間層が可塑的に変形可能となり、選ばれた基本物質中に、選ばれた外因性原子又は分子が存在するために、中間層内に微小バブル又は微小空隙部(7)が不可逆的に形成されることを特徴とする方法。
  2. 熱処理によって前記微小バブル又は前記微小空隙部(7)が形成され、これによって前記中間層が弱められることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 熱処理によって前記中間層が破断し、その結果、基板と上部層が分離することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 前記構造物中の前記基板と前記上部層を分離する方法であって、前記基板(2)と前記上部層(3)の間に力を加えることによって、前記微小バブル又は微小空隙部(7)の存在によって、基板と上部層の間の中間層を破断することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の方法。
  5. 構造物中の基板と上部層を分離する方法であって、構造物の中間層(4)に化学的作用を加えて、基板と上部層の間の前記中間層を少なくとも部分的に除去することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の方法。
  6. 前記基板(2)及び前記上部層(3)が単結晶シリコンで形成され、前記中間層(4)がドーピングされたシリカで形成されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の方法。
  7. シリコンウェーハを製造する方法であって、
    ・シリコンで形成される基板(2)と、シリコンで形成される上部層(3)と、誘電性中間層(4)とで構成される構造物(1)であって、基本物質の原子又は分子とは異なる外因性原子又は分子と呼ばれる原子又は分子を含む少なくとも1つの基本物質を製造する段階と、
    ・前記構造物に熱処理を加えて、前記熱処理の温度範囲内で、前記中間層が可塑的に変形可能となり、選ばれた基本物質内に選ばれた外因性原子又は分子が存在することによって、前記中間層(4)内に微小バブル又は微小空隙部(7)が不可逆的に形成される段階と、
    によって構成されることを特徴とする方法。
  8. 基本物質がシリカで形成され、外因性原子がリン又はホウ素であり、リン珪酸塩ガラス(PSG)又はホウ素リン珪酸塩ガラス(BPSG)の中間層が形成されることを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. リンの濃度が、6%〜14%の範囲内にあることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. ホウ素の濃度が、0%〜4%の範囲内にあることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  11. 前記熱処理が、900℃〜1200℃の温度範囲で行われることを特徴とする請求項7から10のいずれか1つに記載の方法。
  12. 前記熱処理の前に、前記基板(2)上又は前記上部層(3)上に前記中間層(4)を形成し、前記上部層又は前記基板を分子ウェーハ結合によって前記中間層(4)に付着することを特徴とする請求項7から11のいずれか1つに記載の方法。
  13. 前記中間層(4)の側で、前記基板と前記上部層がそれぞれ熱酸化ケイ素(5、6)を含むことを特徴とする請求項7から12のいずれか1つに記載の方法。
  14. 前記構造物(1)に力を加えることによって、前記中間層が破断し、前記微小バブル又は微小空隙部(7)の存在によって前記基板と前記上部層を分離し、前記基板(2)により構成される前記ウェーハ及び/又は前記上部層(3)により構成されるウェーハが得られることを特徴とする請求項7から13のいずれか1つに記載の方法。
  15. 前記構造物(1)の前記中間層(4)に化学的作用を加えて、前記微小バブル又は微小空隙部(7)の存在によって前記基板と上部層を分離し、前記基板(2)により構成される前記ウェーハ及び/又は上部層(3)により構成されるウェーハが得られることを特徴とする請求項7から14のいずれか1つに記載の方法。
  16. 前記中間層(4)の側面で、前記基板(2)及び/又は前記上部層(3)に突出(8)を形成することを特徴とする請求項1から15のいずれか1つに記載の方法。
  17. 前記中間層(4)の側面へと延びる直線状の突出部(8)を形成することを特徴とする請求項1から16のいずれか1つに記載の方法。
  18. 前記微小バブル又は前記微小空隙部(7)のうちの少なくともいくつかが開放状態であり、少なくともその一部がチャネル(通路)を形成していることを特徴とする請求項1から17のいずれか1つに記載の方法。
  19. 前記上部層(3)及び/又は前記基板(2)の厚さを低減させる補足的段階を含むことを特徴とする請求項1から18のいずれか1つに記載の方法。
  20. 電子集積回路及び/又は光電子集積回路を製造するために絶縁(S.O.I)板状にシリコンを形成することを特徴とする請求項1から19のいずれか1つに記載の方法。
  21. 少なくとも1つの基板(2)と、上部層(3)と、基板と上部層の間に挟まれた少なくとも1つの中間層(4)とによって構成される平板型の構造物であって、基本物質の原子又は分子とは異なる外因性原子又は分子と呼ばれる原子又は分子を含む少なくとも1つの基本物質によって構成される中間層(4)を選び、前記構造物(1)に熱処理を加えることによって、前記熱処理の作用により、前記中間層が可塑的に変形可能となり、選ばれた基本物質中に、選ばれた外因性原子又は分子が存在するために、前記中間層内に微小バブル又は微小空隙部(7)が不可逆的に形成されることを特徴とする構造物。
  22. 前記基板(2)及び前記上部層(3)が単結晶シリコンで形成され、前記中間層(4)がドーピングされたシリカで形成されることを特徴とする請求項21に記載の構造物。
  23. 前記基本物質がシリカで形成され、前記外因性原子がリン又はホウ素であり、リン珪酸塩ガラス(PSG)又はホウ素リン珪酸塩ガラス(BPSG)の中間層が形成されることを特徴とする請求項21又は22に記載の構造物。
  24. リンの濃度が、8%〜14%の範囲内にあることを特徴とする請求項23に記載の構造物。
  25. ホウ素の濃度が、0%〜4%の範囲内にあることを特徴とする請求項23に記載の構造物。
  26. 前記基板及び/又は前記上部層が、前記中間層(4)内に突出する部分(8)を含むことを特徴とする請求項21から25のいずれか1つに記載の構造物。
  27. 前記突出部(8)が直線状であり、側面へと延びていることを特徴とする請求項26に記載の構造物。
  28. 前記微小バブル又は微小空隙部(7)のうちの少なくともいくつかが開放状態であり、少なくともその一部がチャネル(通路)を形成していることを特徴とする請求項21から27のいずれか1つに記載の構造物。
JP2006530396A 2003-09-30 2004-09-23 平板型構造物、特にシリコンの平板型構造物を製造する方法、前記方法の使用、及び、特にシリコンからこのようにして製造した平板型構造物 Active JP4932485B2 (ja)

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