JP2010532928A - 基板の再利用方法、積層化ウェーハの作製方法、及び適切な再利用を施したドナー基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 再利用されたドナー基板の汚染が大幅に軽減される再利用方法、積層化ウェーハの作製方法、及び適切な再利用を施したドナー基板を提供する。
【解決手段】 本発明は、基板表面の第１の領域に、特に、基板の縁部に沿って、基板の残りの第２の領域の表面に対して突出する段差状の残留物を有する基板の再利用方法であって、第１の領域が、基板の残りの第２の領域の表面の平面に対応する平面内にあり、及び／又は基板の縁部に向かって面取りされた、改質ゾーン、特に、イオン注入ゾーンを備える方法に関する。再利用方法は、第１の領域における基板の表面が、材料の除去前の改質ゾーンの高さよりも低い位置にあるように実行される材料除去ステップを備える。また、本発明は、再利用基板を使用する積層化ウェーハの作製方法と、第１の領域の表面が、第２の領域の表面より低い位置にある再利用基板とに関する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板表面の第１の領域に、特に、基板の縁部に沿って、基板の残りの第２の領域に対して表面から突出する段差状の残留物がある基板の再利用方法に関する。また、本発明は、積層化されたウェーハの作製中に、再利用された基板から別の基板に層が転写される、積層化されたウェーハの作製方法に関する。更に、本発明は再利用されたドナー基板に関する。

基板の再利用、特に、半導体技術において使用される半導体基板の再利用は、作製プロセスにおいて重要な役割を担う。作製プロセス中に、層、特に、薄層は、典型的にドナー基板と呼ばれる基板から、通常、ハンドル基板と呼ばれる別の基板に転写される。ドナー基板の残りを再使用することで、ドナー基板の材料を再使用できる。このように材料を再使用することで、新しい材料のコストを低く抑えることができる。

ウェーハの再利用は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）タイプのウェーハの作製プロセスとして使用可能な、いわゆる、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ^ＴＭプロセスの１つの利点である。図１ａ〜図１ｆは、このようなＳＯＩウェーハのプロセスを概略的に示すが、この方法により、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）のようなシリコン以外の材料をハンドル基板に転写することもできる。

この場合、ドナー基板は、シリコンウェーハ１であり、ドナー基板１から層が転写されるハンドル基板は、第２のシリコンウェーハ３である。最終ＳＯＩ構造に絶縁層を設けるために、ドナー基板１に酸化処理を施し、少なくとも、後に付着が行われるドナー基板１の主要表面上に絶縁層５を作成する（図１ｂ）。図１ｃは、ドナー基板１内に所定の分割エリア７を作成するステップを示し、このステップを達成するために、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ^ＴＭプロセスにおいて、原子種９をドナー基板１に注入して、絶縁層５を有するドナー基板１の主要表面に本質的に平行である所定の分割エリア７を作成する。

次に、ドナー基板１は、絶縁層５及び所定の分割エリア７と共に、特に、接合によって、第２のシリコンウェーハ３に取り付けられる（図１ｄ）。その後、熱処理（又は機械／化学処理又はそれらの組み合わせ）を実行することによって分離されて、絶縁層５と共にドナー基板１からハンドル基板３へ層１１が転写される（図１ｅ）。図１ｆに、分離ステップの結果が示されている。図の左手側は、転写層１１、絶縁層５、及びドナーシリコン基板３を有するＳＯＩ基板１３を示し、右手側は、ドナー基板１の残部１５を示す。

ドナー基板の残部１５は、典型的に、縁部に沿って段差状の残留物を与え、接合プロセス中にウェーハ１及び３の縁部で付着がなかった結果であるカラー（ｃｏｌｌａｒ）又はコロナ（ｃｏｒｏｎａ）状の構造１７を形成する。これは、ウェーハの縁部の剥がれに起因し、これにより、２つのウェーハが互いに接触しない。このように、分離中、ハンドル基板３に付着されたドナー基板１の表面の一部が転写される一方で、縁部分１７は、ドナー基板１の残り１５とともに残る。

その後の連続作製においてドナー基板１の残部１５を再使用する前に、段差状の残留物１７を除去して、基板を平坦化する必要がある。このような平坦化を行うために、特開平１１−２９７５８３号公報には、周辺の段差を除去するための残りの研磨と、その後の表面全体の仕上げ研磨とが提案されている。米国特許第７，０２２，５８６号明細書には、レーザビーム、水、空気、又は別の流体のジェット流の適用のようなさまざまな方法、ショック波の適用、又はイオンで段差状残留物に衝突を加えることによる段差の除去が提案されている。残留物を除去した後は、表面全体が研磨される。米国特許出願公開第２００６／０１１５９８６号明細書には、スピンオンガラスによる円形の凹部（ｒｅｃｅｓｓ）のマスキング中、残留物をエッチャントにさらすことで残留物を選択的に除去することが開示されている。あるいは、ウェーハの中心に対してよりも、残留物が位置する円周部分に対して、より強い圧力をかける研削プロセスが提案されている。最後に、米国特許第６、５９６、６１０号明細書には、基板の縁部が面取りされている場合、イオン注入ゾーンの上方にある残留物のすべての領域が、そのあとの作製ランにおいてウェーハを再使用する前に除去されるように、ウェーハの残部をエッチング又は熱処理する方法が開示されている。

しかしながら、再使用されたドナー基板をＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ^ＴＭプロセスで再使用すると、化学処理ステップ又は熱処理ステップの後、ドナー基板の表面が汚染されていることが観察された。

以上のことから、本発明の目的は、後続する層転写プロセス中に、表面が汚染される危険性を低減する基板の再利用方法を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。改質ゾーンの高さで材料の除去が停止する先行技術の方法のすべてとは対照的に、本発明による方法は、改質ゾーンで停止せず、段差状の残留物の領域にある材料をより多く除去する。本発明の方法には、後続する熱処理又は化学処理中の制御されていない分離によって、再利用されたドナー基板の表面を汚染させ得る欠陥を示す注入ゾーン付近の汚染領域を残すことで、再利用されたドナー基板が汚染されてしまう事態が大幅に軽減されるという利点がある。

本明細書の文脈において、「少なくとも部分的」という表現は、基板の縁部において面取りされている領域の一部に、改質ゾーンが最終的に残りうることを意味する。

除去後、基板の第１の領域の表面が、除去前の改質ゾーンの高さより少なくとも１μｍ、好ましくは、少なくとも２μｍ、特に、５μｍ、更には、特に、１０μｍだけ低い位置になるように除去が行われうることが好ましい。第１の領域において、このような厚みをもつ材料ボリュームが除去されると、汚染領域のほとんどが基板の残りから除去されることになる。

あるいは、第１の領域でしか除去を行わないこともできる。この方法を段差状の残留物を有する基板の領域に制限することで、先行技術において適応されたような追加の段差研磨がないため、ドナー基板の更に貴重な材料が残る。先行技術の追加の段差研磨では、段差状の残留物を除去し、平坦で均等な表面を得るために、前面すべてを数μｍ分、研磨していた。

好ましい実施形態によれば、基板の再利用方法は、基板に少なくとも第１の再利用ラン(ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｒｕｎ)をすでに施しており、基板の第１の領域が第２の改質ゾーン、特に、第２のイオン注入ゾーンを備える場合、追加の材料除去ステップを含みうる。この実施形態において、追加の材料除去ステップは、基板の第１の領域からの材料の除去が、除去後、第１の領域にある基板の表面は、再度、第２の改質ゾーンの高さよりも低くなるように除去されるように行われる。このようにして、再度、注入ゾーン付近の汚染領域からの汚染を防止又は少なくとも軽減することができるため、後続のプロセスステップにおける望ましくない分離の危険性を更に低減させることができる。

基板の第１の領域の表面が、除去前の第２の改質ゾーンの高さより少なくとも１μｍ、好ましくは、少なくとも２μｍ、特に、５μｍ、更には、特に、１０μｍだけ低くなっているように除去が行われうることが好ましい。上述したように、第１の領域において、対応する厚みをもつ材料ボリュームが除去されると、汚染領域のほとんどが基板の残りから除去されることになる。

上述した実施形態に関して、第２の改質ゾーンは、基板の第１の領域を越えて基板の第２の領域中まで横方向に延伸することで、基板の第３の領域を形成することができ、基板の第３の領域の表面が、除去前の少なくとも第１の領域の第２の改質ゾーンの高さより少なくとも１μｍ、好ましくは、少なくとも２μｍ、特に、５μｍだけ低くなっているように除去が行われうることが有益である。第３の領域は、少なくとも１００μｍ、特に、少なくとも１５０μｍだけ第２の領域中へ延伸しうることが有益である。

材料を基板の厚み方向に除去するだけでなく、横方向にも除去することで、基板がすでに再利用されていると、ドナー基板とハンドル基板との間が付着しないという問題が縁部で生じるだけでなく、再利用されたドナー基板に段差が存在するため、基板の第１及び第２の領域が交差する付近での領域にも生じるといことに着目されたい。

従って、後続する作製ランにおいて制御されていない分離を防止するために、本発明に従って再度有益に除去される新しい段差状の残留物が、第３の領域に存在する。制御されていない分離に関する危険性の低減、ひいては、表面汚染の危険性の低減は、後続する作製ランにおいて、ハンドル基板との付着が生じうる場所での再利用されたドナー基板の表面積の縮小との兼ね合いによる。

除去後、第１及び第３の領域における表面の高さが同じ高さにあるように、除去が行われうることが有益である。このようにして、１回のプロセスステップで、第１及び第３の領域に対して除去が実現されうる。

好ましい実施形態によれば、各再利用ランの後、改質ゾーンが基板の第２の領域中へ横方向に更に延伸するように、この方法を少なくとも一回繰り返しうる。ランごとに、材料が転写されていないドナー基板の領域の成長に伴い、ドナー基板とハンドル基板との間の付着欠如が、基板の中心の方へ徐々に移動する。ランごとに材料が除去される領域を拡大することによって、典型的に、イオン注入によって改質された改質ゾーン全体が除去されて、後続する作製プロセスステップにおいて、制御されていない分離の危険性が低い状態が保たれる。

除去は、研削によって実行されうることが有益である。この方法は、基板の一部のみから材料を選択的に除去することができるため、本発明の方法を実行するのに適している。しかしながら、ドライエッチング、ウェットエッチング、又は研磨のような他の方法が使用されてもよい。

１つの変形例によれば、エッチングは、第２の領域の表面の上方に又は表面上に、マスク及び／又は、好ましくは、第２の領域の中心から縁部へ半径方向に流れる保護流体を供給することを備えうる。このようにして、第２の領域の表面が効率的に保護されうると同時に、第１の領域のエッチングが実行されうる。

段差状の残留物を有する側面とは反対の側面上にエッチング溶液が供給され、特に、毛管により第１の領域２１に誘導されうることが有益である。背面側でのエッチング溶液の供給は実用化が容易であり、基板の縁部領域にエッチングを制限しやすくなる。これは、マスク及び／又は保護流体と組み合わせて特に有効である。

基板は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、歪みシリコン、又はＧａＡｓのようなＩＩＩ−Ｖ族半導体ウェーハでありうることが好ましい。特に、シリコンゲルマニウムのような高価な基板の場合、この方法は、付着が起こるエリアから除去される材料の量を減らせるため有益である。このようにして、より多くの回数、１つのウェーハを再利用することができる。これらの材料は、歪み（引張又は圧縮）状態又は応力解放状態で使用されうる。

基板は、Ｓｉウェーハ、バッファ層、特に、勾配ＳｉＧｅバッファ層、及びＳｉＧｅ層を備えうる。基板は、少なくとも、突出する段差状の残留物に歪みＳｉ層を更に備えうることが好ましい。特に、Ｇｅ含有の基板の場合、Ｇｅ原子の捕獲が可能であるため、改質ゾーンの除去は重要である。

この方法は、好ましくは、第１の領域の材料を除去するステップの後、好ましくは研磨によって表面全体を処理するステップを更に備えうる。この場合、表面に存在しうる欠陥が、再使用の準備が整った基板を得るために除去されうる。しかしながら、この追加ステップは、多くの材料を除去する必要がない。典型的に、全表面上にわたって、１００ｎｍ〜３００ｎｍの材料除去で十分である。

また、本発明は、請求項１７に記載の積層化ウェーハの作製方法に関する。この方法の一例を、図１ａ〜図１ｆに対して上述する。本発明によれば、積層化ウェーハの作製方法は、上述したように再利用された基板を使用する。この再利用方法により、改質ゾーンのみが縁部から除去されるのではなく、改質ゾーンの下にある材料も除去されるため、後続する作製プロセスにおいて、上記に規定した汚染領域から生じるダスト粒子による汚染の危険性が低減され、それにより、再利用ウェーハを使用する先行技術と比較すると、熱処理又は化学処理中に制御されていない分離の危険性が低減する。

各再利用ランの間に層が転写されると共に、上述した再利用方法の１つに従って各再利用ラン後に再利用された同一の基板を毎回使用して、ステップａ）〜ｄ）を少なくとも一回繰り返すことが有益である。この方法を適用することによって、より多くのプロセスランが１つの基板で実行されうるだけでなく、前述したように、同時に、各作製ランにおいて、制御されていない分離の危険性が低減される。

積層化ウェーハは、歪みシリコン・オン・インシュレータ、又はＳｉＧｅオン・インシュレータでありうることが好ましく、この場合、ドナー基板は、歪みシリコン層及び／又はシリコンゲルマニウム層を備える。高品質シリコンゲルマニウム基板は高価であるため、すでに注入されたイオンにより危険性を低減すると同時に、ドナー基板の再使用回数を最大限にできる作製プロセスを実現することが重要である。

本発明はまた、請求項２０に記載の再利用されたドナー基板に関する。本願の導入部に記載したような作製プロセスにおいてすでに役割を果たしたドナー基板の場合、段差状の表面の供給は、制御されていない分離の危険性を低減して積層化ウェーハを作製できるようにする方法で、イオンがすでに注入されたすべての部分が除去されたことを示す。

第１の領域の表面は、第２の領域の表面より少なくとも２μｍ、特に、５μｍ、更には、特に、１０μｍだけ低く位置しうることが好ましい。典型的に、本発明の方法に関して上記に規定したような改質ゾーンは、基板の第２の領域にある表面と同じ高さにあるため、第１の領域において少なくとも２μｍの厚みを有するボリュームを除去することで、第１の領域に存在する可能性のある汚染物質のほとんどが確実に除去される。

第１の領域は、基板の縁部に沿って、少なくとも３００μｍ、特に、少なくとも５００μｍ、更に、特に、少なくとも１０００μｍ、更には、特に、少なくとも１５００μｍにわたって、表面の横方向に延伸しうることが有益である。これにより、ドナー基板が再使用される前、イオン注入が実現された領域全体が除去される。これにより、熱処理又は化学処理が行われる後続する作製プロセス中に、制御されていない分離が起こる危険性を防ぐことができる。

ドナー基板は、シリコン（Ｓｉ）ウェーハ、歪みシリコンウェーハ、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）ウェーハ、ゲルマニウム（Ｇｅ）ウェーハ、又はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）のようなＩＩＩ−Ｖ族半導体のウェーハでありうることが好ましい。特に、これらの基板は、上述したＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ^ＴＭのような層転写プロセスにおいて使用され、従って、制御されていない分離の危険性を確実に低減することが重要である。これらの材料は、歪み（引張又は圧縮）状態又は応力解放状態で使用されうる。

積層化された基板を作製するための従来の層転写プロセスであるＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ^ＴＭタイプのプロセスを示す。 積層化された基板を作製するための従来の層転写プロセスであるＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ^ＴＭタイプのプロセスを示す。 積層化された基板を作製するための従来の層転写プロセスであるＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ^ＴＭタイプのプロセスを示す。 積層化された基板を作製するための従来の層転写プロセスであるＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ^ＴＭタイプのプロセスを示す。 積層化された基板を作製するための従来の層転写プロセスであるＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ^ＴＭタイプのプロセスを示す。 積層化された基板を作製するための従来の層転写プロセスであるＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ^ＴＭタイプのプロセスを示す。 本発明の方法の第１の実施形態を示す。 本発明の方法の第１の実施形態を示す。 本発明の方法の第１の実施形態を示す。 本発明の方法の第１の実施形態を示す。 本発明の第２の実施形態を示す。 本発明の第２の実施形態を示す。 本発明の第３の実施形態を示す。 本発明の第３の実施形態を示す。 本発明によるウェットエッチングプロセスを示す。 本発明によるウェットエッチングプロセスを示す。

以下、本願を通して、本発明により処理される基板の表面が、基板の上側にあるということが常に考慮される。このように、この構成において、別のものより高い位置にある表面とは、該当する領域における基板の厚みが、他の領域のものより大きいということを意味する。

図２ａ及び図２ｂは、基板を再利用するための本発明の方法の第１の実施形態を示す。図２ａは、再利用前の基板１７’を示すのに対して、図２ｂは、再利用後の同じ基板１７’’を示す。特徴が互いに対応するものである場合、図１ａ〜図１ｆですでに使用している参照番号が再使用される。

基板１７’、１７’’は、図１ｆに関連して開示されているように、ドナー基板１の残り１７に対応し、この対応する記載は、参照により本明細書に援用されたものとする。このようにして、この実施形態において、基板１７’は、基板１７’の縁部に向かって段差状の残留物１９を有するシリコンウェーハである。段差状の残留物１９が存在する領域を、第１の領域２１と規定する。段差状の残留物１９の間にある凹部の表面２３を、第２の領域２５と規定する。凹部は、図１ａ〜図１ｆと組み合わせて記載した層転写の結果である。

図２ａは、基板１７’の側面断面図を示す。このように、段差状の残留物１９は、図の左手側と右手側に現れる。基板１７’に向かって上面から見ると、段差状の残留物１９は、基板１７の縁部に沿って存在し、カラー又はコロナ状の構造を表すことが分かる。

基板１７の第１の領域２１は、本質的に、基板１７’の第２の領域２５の表面２３の平面に対応する平面に、改質ゾーン２７を更に備え、典型的に、基板の縁部の剥がれにより、基板の縁部に向かって下向きにわずかに面取りされる。

点線で示した改質ゾーン２７は、基板１７の第１の領域２１にあるエリアであり、層転写プロセスであるＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ^ＴＭプロセス中、このエリアに、イオン、特に、水素及び／又は希ガスイオン（ｒａｒｅ ｇａｓ ｉｏｎ）が注入される。このように、改質ゾーンは、本質的に、上述した所定の分割エリア７に対応する。実際、すでに上述したように、この領域において、ハンドル基板３とドナー基板１との間で付着起こらなかった理由であった段差状の残留物１９は、縁部に向かってわずかに面取りされることで、イオン注入（図１ｃ）中、改質ゾーン２７も縁部に向かってわずかに面取りされた状態になる。

ウェーハの縁部の図２ｂに、この状況を拡大図で示す。縁部の剥がれは、典型的に、数百μｍの高さを有するものであってもよく、更に、ウェーハの厚みの半分程度のものであってもよい。

段差状の残留物１９は、実際に、図１ａ及び図１ｆに関して上述したような転写層１１及び絶縁層５に対応する２つの層、すなわち、シリコン層１９ａ及び二酸化シリコン層１９ｂを備える。従って、第１の領域２１と第２の領域２５との間の交差する点での段差状の残留物１９の高さは、典型的に、基板１７からハンドル基板３に転写された転写層１１及び絶縁層５の厚みに対応する。

典型的に、段差状の残留物は、積層化ウェーハの作製プロセス及び所望の最終構造に応じて、約２００ｎｍの厚みを有するが、この厚みは変動してもよいが、典型的に５０ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲内に留まる。表面の横方向において、第１の領域２１は、少なくとも３００μｍ、特に、少なくとも５００μｍ、更に、特に、少なくとも１０００μｍ、更には、特に、少なくとも１５００μｍの幅ｗを有する。

段差状の残留物１９があるため、基板１７’は、図１ａ〜図１ｆに関して上述したような積層化ウェーハの作製プロセスにおいて直接再使用できない。本発明によれば、段差状の残留物１９を除去するために、再利用プロセスが実現される。再利用プロセス中に、材料除去プロセスステップが実行される。材料除去プロセスは、研削する材料とは関係なく、研削が効率的かつ高速であるという利点を有する研削プロセスであり、ドナーの前面の保護を必要としないが、ウェット及びドライエッチングのような他の材料除去プロセスが適用されてもことができる。エッチングプロセスには、ドナーの横方向の最外縁部にある注入ゾーンの残留物が簡単に除去されるという利点がある。更に、ドライエッチングは非常に精度が高い。

段差状の残留物１９を除去するためにウェッチエッチングが適用される場合、本発明の変形例に従って、以下の有益なウェットエッチング手順が適用される。このプロセスを図５ａに示す。基板１７’の縁部領域のみに作用を及ぼすようにエッチャント溶液６１を制限するために、基板１７’の正面側６５付近にマスク６３を設ける。その結果、エッチャント溶液６１は、本質的に、基板１７’の縁部領域２１に作用を及ぼす。ここで、基板１７’の特性及び特徴を詳細に説明するために、図２ａの記載は、本明細書に参照により援用されたものとする。

この実施形態において、エッチャント溶液６１は、背面側６７を介して適用される。基板１７’の縁部とマスク６３の横方向拡張部６９との間の毛管作用を利用して、エッチング溶液６１は領域２１に達し、この領域に制限されていた材料の除去が達成されうる。

マスク６３は、領域２５及び２１の間の移行付近、特に、領域２５及び２１の間の移行に多くとも１〜２μｍ内で、マスク６３は、第２の領域の表面２３と接触状態になりうるように構成される。このようにして、エッチング溶液によって第２の領域２５の表面２３への作用が効率的に防止されうる。

マスク６３を使用する代わりに、又はこれに追加して、エッチング溶液６１から保護するために、表面２３上にわたって広く及ぶ保護流体７１が供給される。流体７１は、典型的に、中心領域に供給され、基板１７’の縁部に向かって流れる。流体７１は、領域２５及び２１の間の移行付近にあるボア７３（点線）を介して表面２３から除去されうる。このようにして、表面側６５で、２つの流れ６１及び７１は、反対方向に流れることで、エッチング溶液６１の作用が及ばないように領域２５が更に保護される。

さまざまな可能なプロセスパラメータを制御することによって、エッチングの深さに対する最適化された結果が達成されうる。特に、流体７１の選定は重要である。流体７１は、例えば、希釈水（ＤＩＷ）などの液体、又は窒素、アルゴンなどの気体、イソプロピルアルコール、ＩＰＡ、又はそれらの任意の混合物でありうる。流体６１及び７１の流れは、約１００から最大５０００ｓｃｃｍの範囲のものになるように選択される。また、基板１７’の回転速度は、ある役割を担いうるものであり、１００から最大３０００ｒｐｍの間で選択される。最後に、プロセス時間そのものも重要な役割を担い、プロセスを制御するために使用されうる。

図５ｂは、図５ａに示すウェットエッチングプロセスの結果を示す。点線は、エッチング前の状況を示すのに対して（例えば、図５ａ）、実線は、エッチング後の基板１７’’を示す。領域２１に対応する領域２１’において材料が除去されており、又は領域２１よりもわずかに、特に、１μｍから最大でも２μｍだけ（図示したように）領域２１’より大きい。横方向の広がり「Ｉ」は、マスク６３が表面２３とどこで接触状態にあるかということだけでなく、使用される流体にも依存する。ガス状流体の場合、領域２１’の横方向の広がりＩは、本質的に、マスクによって決定されるが、横方向の広がりは、液体流体を使用することで変化させることもできる。エッチャント溶液６１との希釈効果により、横方向の広がり「Ｉ」は、ガス状流体の場合より短い。更に、除去された材料の高さ「ｈ」を制御するために、典型的に、５〜１５分のプロセス時間が使用されうる。

図２ｃに、この材料除去ステップの結果を示す。先行技術とは異なり、材料の除去は、改質ゾーン２７の高さでは停止せず、より多くの材料を除去し続けることで、除去後、第１の領域２１にある基板１７’’の表面３１は、基板１７’において材料を除去する前の改質ゾーン２７の高さよりも低くなる。このようにして、基板１７’’は、依然として段差状の表面構造を有するが、今度は、第２の領域２５の表面２３が、第１の領域２１の表面３１より上方にある逆の状況である。

本発明によれば、基板１７’’の第１の領域２１の表面３１が、除去前に改質ゾーン２７の高さより、少なくとも１μｍ、好ましくは、少なくとも２μｍ、特に、１０μｍ低くなるように除去が実行される。

図２ｃから分かるように、材料の除去は、第１の領域２１でしか実行されないため、第２の領域２５での基板１７’’の厚みが低減せず、ひいては、ドナー基板１７’’の再使用回数を最適化できるという利点が得られる。

最終的に、特に、研削のような材料除去後、改質ゾーン２７の一部が、縁部の剥がれ（図２ｄを参照）により、ドナー基板１７’’の縁部にとどまるか、又は研削表面にある欠陥が多すぎれば、エッチング（ドライ又はウェット）及び／又は縁部の研磨及び／又は熱処理のような追加のプロセスステップが実行されうる。

第１の実施形態による方法には、図１ａ〜図１ｆに対して上述したような積層化ウェーハの作製プロセスにおいて引き続き基板を使用している間、熱処理又は化学処理中に制御されていない分離の危険性が低減されうるという利点がある。これは、先行技術と比較して、第１の領域からより多くの材料を除去することで、改質ゾーン付近に欠陥がある領域に起因し、且つ後続する熱処理及び／又は化学処理中にドナー基板を汚染してしまう可能性のある第１の領域の汚染領域からの汚染の危険性が低減されうる。

図３ａ及び図３ｂは、基板を再利用するための本発明の方法の第２の実施形態を示す。図３ａは、図１ａ〜図１ｆに関して記載したような積層化ウェーハの作製プロセスにおいて、ドナー基板１として図２ｂに示す基板１７’’を使用することで達成された基板１７’’’を示す。特徴が互いに対応する場合、図１ａ〜図１ｆにおいてすでに使用した参照番号を再度使用する。

基板１７’’’は、低位置にある表面３１を有する第１の領域２１を備える。表面３１が低位置にあることで第１の領域２１に材料転写が生じないため、第１の領域２１において、基板１７’’’の厚みｄは、本質的に、図２ｂに示す基板１７’’の第１の領域２１の厚みｄに相当する。実際、ハンドル基板３との付着は起こらない（図１ｄに示すステップ）。第１の領域２１にすぐ隣接して、基板１７’’’は、基板１７’’の縁部領域に対応する第２の段差状の残留物３５を有する第３の領域３３を備え、第３の領域３３も、第１の領域２１に加えて、図１ｄに示すプロセスステップ中にハンドル基板３に付着しない。このように付着しないのは、典型的に、前の表面処理ステップの結果である縁部の剥がれに起因する。

基板１７’’’の中心に向かって第３の領域３３の次に、層（図１ｆの層１１を参照）が転写され、図２ａ及び図２ｂに示す第２の領域２５よりも広くない改質された第２の領域２５’に対応する領域が位置する。

第１及び第３の領域２１、３３にある点線は、図１ｂに示す積層化ウェーハの作製プロセスの所定の分割エリア形成ステップ中にすでに注入された注入イオンを有する領域に、本質的に対応する第２の改質ゾーン３７を示す。第１及び第３の領域２１及び３３では、ハンドル基板３への付着が起こらないため、分離も生じず、従って、改質ゾーン３７は、図２ａに示す基板１７’に残った改質ゾーン２７のように、基板１７’’’に残る。

典型的に、第２の段差状の残留物３５は、少なくとも１００μｍ、特に、約１５０μｍの幅ｗ２を有し、転写層１１及び絶縁層５の厚みに相当し、ひいては、約２００ｎｍの高さを有する。その結果、段差状の残留物３５も、第１の実施形態に関して図２ａに示したように、２つの層であるシリコン層３５ａと、絶縁層、ここでは二酸化シリコン３５ｂとを備える。

以下、図３ｂは、第１のものに類似した第２の補助材料除去プロセスステップの結果を示し、このステップの間、第１及び第３の領域２１、３３から材料が除去されることで、除去後、第１及び第３の領域２１、３３のそれぞれの表面３９及び４１は、材料除去前の第２の改質ゾーン３７の高さより低い。

この実施形態において、表面３９及び４１は同じ高さにあるが、これらの高さが、第２の改質ゾーン３７の高さより下方であれば、異なる高さのものであってもよく、第１の実施形態の場合のように、後続する積層化ウェーハの作製ランにおいて、第２の改質ゾーン３７にある注入ゾーン付近の領域の欠陥に結合された汚染領域が本質的に除去されるので、第１及び第３の領域３９、４１にある十分な材料が除去され、制御されていない分離の危険性が低減される。典型的に、基板１７’’’’の第１及び／又は第３の領域の表面が、材料の除去前の第２の改質ゾーン３７の高さより、少なくとも１μｍ、好ましくは、少なくとも２μｍ、特に、５μｍだけ低くなるように、材料除去が実行される。

また、この実施形態において、材料の除去は、第１及び第３の領域に制約されるため、中心ゾーン２５’において材料が除去されず、再使用の回数が最適化されたままである。

追加の材料除去を伴う第２の実施形態において、第１の実施形態と同じ有益な効果が達成されうる。第１及び第２の実施形態は、組み合わせ可能であることが好ましい。

第１の実施形態の変形例によれば、段差状の残留物１９は、２つの層、すなわち、シリコン層１９ａ及び二酸化シリコン層１９ｂではなく、シリコン層１９ａのみしか備えていない。この状況は、絶縁層５がドナー基板１上に与えられず（図１ｂを参照）、ハンドル基板３上に与えられる場合に生じうる。また、第２の実施形態の変形例によれば、第２の段差状の残留物３５は、例えば、絶縁層がハンドル基板上に設けられる場合、２つの層であるシリコン層３５ａ及び絶縁層３５ｂではなく、この場合も、シリコン層３５ａしか備えていない。

第１及び第２の実施形態のさらなる変形例によれば、再利用方法の間に、追加のプロセスステップが実行されてもよい。これらの追加のプロセスステップは、基板の表面から欠陥を除去するための研磨ステップ、及び／又は追加の熱処理を備えうる。この場合、１００ｎｍ〜３００ｎｍを研磨することが好ましいが、先行技術から既知のプロセスにあるように、数μｍを研磨することは不要である。

図２ｃ、図２ｄ、図３ａ、及び図３ｂは、本質的に平行である表面２３及び３１を示す。しかしながら、材料除去プロセスは、表面２３及び３１間の角度がゼロとは異なるように実行されうることで、表面が互いに対して面取りされる。表面３１及び２３間の角度は、例えば、最大４５°になりうる。この場合、縁部にある改質ゾーンの除去が確保される。

第１及び第２の実施形態に対してすでに上述したように、再利用された基板１７’’及び１７’’’’は、図１ａ〜図１ｆに対して記載したもののような積層化ウェーハの作製方法において、本発明に従って使用される。これにより、積層化ウェーハの作製プロセス中に、注入領域付近の汚染領域を本質的に除去することによって、制御されていない分離の危険性が低減するという利点が得られる。このような危険性の低減は、ドナー基板の再利用ランごとに横方向に成長する材料が除去されることによる転写可能な材料の損失と相殺する関係にある。実際、再利用ランごとに、材料が除去される領域の幅は、約１５０μｍだけ成長する。

図４ａ及び図４ｂは、本発明の第３の実施形態を表し、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ^ＴＭタイプの積層化ウェーハの作製プロセスにおいて使用されたドナー基板４１、４１’を示し、従って、図２ａに示すドナー基板１７’のように、基板４１の縁部で第１の領域４５の段差状の残留物４３を表す。

第１及び第２の実施形態とは異なり、この実施形態において、シリコンウェーハが、ドナー基板としてではなく、歪みＳＯＩウェーハを得るために使用される構造として作用する。基板４１は、シリコンバルクウェーハ４７を備え、その上に、勾配シリコンゲルマニウムバッファ４９が設けられ、ゲルマニウムの濃度は、層の厚みとともに成長して、バッファ層４９の格子定数を継続的に変化させる。約２０％のゲルマニウムの濃度を有するシリコンゲルマニウム層５１が、バッファ層４９上に設けられ、このシリコンゲルマニウム層５１上にわたって、歪みシリコン層５３が設けられる。このシリコン層５３は、異なる格子定数を有する層上に成長されるため歪みが生じる。

このような構造において、図１ｂに示すような熱絶縁層の代わりに、絶縁層３としてＴＥＯＳ層５５が使用される。層転写後、基板４１’は、図４ｂに示すような構造を有し、ハンドル基板に転写されていない基板４１の部分に対応する段差状の残留物４３は、ＴＥＯＳ絶縁層５５からの残留部分、歪みシリコン層５３からの一部分、及びシリコンゲルマニウム２０％層５１の残りの小さな部分を備える。注入イオンを含む改質ゾーン５７が、凹部５９に対応する高さに与えられる。次に、この基板は、図２ａ及び図２ｂに対して記載したように再利用されることで、このような基板も本発明の方法を利用でき、すなわち、改質ゾーン５７に存在する汚染物質により制御されていない分離が起きる危険性を低減させることができる。加えて、本発明により、改質ゾーンを除去することで、１つ以上の層がＧｅを含む場合、Ｇｅ原子を捕獲する可能性のある欠陥が除去されるという利点が得られる。更に、イオン注入ステップを含む歪みＳＯＩ作製プロセスにおいて再利用及び再使用されると、得られた構造は、図３ａ及び図３ｂに示すように、補助材料除去ステップとともにさらなる再利用処理を受けることは言うまでもない。

歪みＳＯＩタイプの基板の代わりに、本発明は、シリコンゲルマニウム２０％層で終わり、その上に絶縁層５を直接設けることができる基板に適用されてもよい（図１ｂを参照）。

第１及び第２の実施形態の場合のように、第３の実施形態においても、絶縁層５５は、歪みシリコン層５３そのものの代わりに、ハンドル基板３に設けられてもよい。

更に、ＳｉＧｅ層５１は、歪みシリコン層５３の分離後、ＳｉＧｅ層を初期の厚みまで再び成長させる必要はないが、ドナー基板を再使用できるように、残りのＳｉＧｅ層５１上に新しい歪みＳｉ層を成長されるのには十分な厚みであることが好ましい。

Claims (23)

1. 基板の表面の第１の領域（２１）に、特に、前記基板の縁部に沿って、前記基板の残りの第２の領域（２５）の表面（２３）に対して突出する段差状の残留物（１９）を有する基板の再利用方法であって、前記第１の領域（２１）が、前記基板の残りの第２の領域（２５）の表面（２３）の平面に対応する平面内にあり、及び／又は、前記基板の前記縁部に向かって面取りされた、改質ゾーン（２７）、特に、イオン注入ゾーンを備え、
   前記第１の領域（２１）において材料の除去が実行され、前記材料の除去後、前記第１の領域（２１）にある前記基板の表面（３１）が、少なくとも部分的に、特に、全体的に、前記材料の除去前の前記改質ゾーン（２７）の高さより低い位置にある、基板の再利用方法。
2. 前記材料の除去後、前記第１の領域（２１）にある前記基板の表面（３１）が、前記材料の除去前の前記改質ゾーン（２７）の高さより、少なくとも１μｍ、好ましくは、少なくとも２μｍ、特に、５μｍ、更に、特に、１０μｍだけ低い位置にあるように、前記材料の除去が実行される、請求項１に記載の基板の再利用方法。
3. 前記材料の除去が、前記第１の領域（２１）においてのみ実行される、請求項１又は２に記載の基板の再利用方法。
4. 前記基板の前記第１の領域（２１）が、第２の改質ゾーン（３７）、特に、第２のイオン注入ゾーンを備え、前記基板の前記第１の領域（２１）から再度材料を除去するステップを備え、再度の前記材料の除去後、前記第１の領域（２１）にある前記基板の表面（３９）が、再度の前記材料の除去前の前記第２の改質ゾーン（３７）の高さより低い位置になるように、再度の前記材料の除去が実行される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法がすでに施された基板の再利用方法。
5. 前記第１の領域（２１）にある前記基板の表面（３９）が、再度の前記材料の除去前の前記第２の改質ゾーン（３７）の高さより、少なくとも１μｍ、好ましくは、少なくとも２μｍ、特に、５μｍだけ低い位置になるように、再度の前記材料の除去が実行される、請求項４に記載の基板の再利用方法。
6. 前記第２の改質ゾーン（３７）が、前記基板の前記第１の領域（２１）を越えて前記基板の前記第２の領域（２５）中まで横方向に延伸することで、前記基板の第３の領域（３３）を形成し、前記基板の前記第３の領域の表面が、再度の前記材料の除去前の少なくとも前記第１の領域（２１）にある前記第２の改質ゾーンの高さより、少なくとも１μｍ、好ましくは、少なくとも２μｍ、特に、５μｍ、更に、特に、１０μｍだけ低い位置にあるように、再度の前記材料の除去が実行される、請求項４又は５に記載の基板の再利用方法。
7. 前記第３の領域（３３）が、前記第２の領域（２５）中へ、少なくとも１００μｍ、特に、少なくとも１５０μｍだけ延伸する、請求項６に記載の基板の再利用方法。
8. 再度の前記材料の除去後、前記第１の領域（２１）の表面の高さと前記第３の領域（２１、３３）の表面の高さとが同一の高さにあるように、再度の前記材料の除去が実行される、請求項４〜７のいずれか一項に記載の基板の再利用方法。
9. 請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法が少なくとも一回繰り返され、各再利用ラン後、前記第２の改質ゾーン（３７）が、更に前記基板の前記第２の領域（２５）中へ横方向に延伸する、基板の再利用方法。
10. 前記材料の除去が、研削によって、及び／又は、ドライエッチング又はウェットエッチング、及び／又は研磨、特に、前記縁部の研磨によって実行される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の基板の再利用方法。
11. 前記ドライエッチング又は前記ウェットエッチングが、前記第２の領域（２５）の表面の上方に又は表面上に、マスク（６３）及び／又は、好ましくは、前記第２の領域（２５）の中心から前記縁部へ半径方向に流れる保護流体（７１）を供給する工程を含む、請求項１０に記載の基板の再利用方法。
12. 前記段差状の残留物（１９）を有する側面と反対の側面（６７）上にエッチング溶液（６１）が供給され、特に、毛管により、前記第１の領域（２１）に誘導される、請求項１０又は１１に記載の基板の再利用方法。
13. 前記基板が、Ｓｉウェーハ、ＳｉＧｅウェーハ、Ｇｅウェーハ、ＧａＡｓウェーハ、歪みシリコンウェーハ、又はＩＩＩ−Ｖ族半導体ウェーハである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の基板の再利用方法。
14. 前記基板が、Ｓｉウェーハ、バッファ層、特に、勾配ＳｉＧｅバッファ層、及びＳｉＧｅ層を備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の基板の再利用方法。
15. 少なくとも突出する前記段差状の残留物（１９）に、歪みＳｉ層を更に備える、請求項１４に記載の基板の再利用方法。
16. 前記第１の領域（２１）の前記材料の除去のステップの後、好ましくは、研磨によって、前記表面の全体を処理するステップを更に含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の基板の再利用方法。
17. 積層化ウェーハの作製方法であって、
    ａ）ドナー基板（１）として請求項１〜１６のいずれか一項に従って再利用された前記基板を使用するステップと、
    ｂ）前記ドナー基板（１）内に所定の分割エリア（７）を形成するステップと、
    ｃ）前記ドナー基板（１）をハンドル基板（３）に、特に、接合によって取り付けるステップと、
    ｄ）前記ドナー基板（１）から前記ハンドル基板（３）へ層（１１）を転写させて前記積層化ウェーハ（１３）を形成するために、前記所定の分割エリア（７）で前記ドナー基板（１）を分離するステップと、
    を備える、積層化ウェーハの作製方法。
18. 各再利用ラン中に層が転写されると共に、請求項６〜１３のいずれか一項に従って再利用された同一の基板を毎回使用して、ステップａ）〜ｄ）が少なくとも一回繰り返される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記積層化ウェーハ（１３）が、歪みシリコン・オン・インシュレータ、又はＳｉ_ｘＧｅ_１−ｘ・オン・インシュレータであり、前記ドナー基板（１）が、歪みシリコン層及び／又はＳｉ_ｘＧｅ_１−ｘ層を備え、ここでｘが０％〜１００％である、請求項１７又は１８に記載の積層化ウェーハの作製方法
20. 第１の領域（２１）及び第２の領域（２５）を有する再利用ドナー基板であって、特に、前記基板の縁部に沿った前記第１の領域（２１）が、特に、少なくとも、前記基板の前記第１の領域（２１）及び前記第２の領域（２５）が交差する点で、前記基板の前記第２の領域（２５）より低い位置にある、再利用ドナー基板。
21. 前記第１の領域（２１）の表面（３１）が、前記第２の領域（２５）の表面（２３）より、少なくとも２μｍ、特に、５μｍ、更に、特に、１０μｍだけ低い位置にある、請求項２０に記載の再利用ドナー基板。
22. 前記基板の縁部に沿った前記第１の領域（２１）が、前記基板の表面上にわたって、少なくとも３００μｍ、特に、少なくとも５００μｍ、更に、特に、少なくとも１０００μｍ、及び更には、特に、少なくとも１５００μｍだけ横方向に延伸する、請求項２０又は２１に記載の再利用ドナー基板。
23. 前記基板（１）が、Ｓｉウェーハ、ＳｉＧｅウェーハ、Ｇｅウェーハ、ＧａＡｓウェーハ、歪みシリコンウェーハ、又はＩＩＩ−Ｖ族半導体ウェーハである、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の再利用ドナー基板。
    
    
    

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