JP2013513963A - 基板を再利用する方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも電磁放射の波長に対して実質的に透明な材料の支持基板（２５）を再利用する方法であって、前記方法は、ａ）初期基板（１０）を用意するステップと、ｂ）初期の粗さを有する支持基板（２５）の接合面上に中間層（１５）を形成するステップ（Ｓ１）であって、前記中間層（１５）は少なくとも電磁放射の波長に対して実質的に透明な材料のものである、ステップと、ｃ）初期基板（１０）の接合面（１０ｂ）および／または中間層（１５）のいずれかの上に電磁放射吸収層（２４）を形成するステップ（Ｓ２）と、ｄ）初期基板（１０）を支持基板（２５）に電磁放射吸収層（２４）を介して接合するステップ（Ｓ３）と、ｅ）支持基板（２５）および中間層を通して電磁放射吸収層（２４）の照射を実行して、初期基板からの支持基板（２５）の分離を引き起こすステップ（Ｓ４）とを含む。

Description

本発明は半導体製造プロセスの分野に関し、例えば、３次元積層型「システムオンチップ」デバイスを形成するために、またはオプトエレクトロニクス要素、（光）起電要素、および電子要素を転写するために、層および基板の接続および分離が実行される。層の材料は、例えば、ＩＶ族材料（Ｓｉ、Ｇｅ…）、ＩＩＩ／Ｖ族材料（ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｓ…）の中で選ぶことができ、材料は用途に応じて極性、無極性、または半極性とすることができる。

半導体製造の分野において、半導体材料または絶縁材料の膜または層を接続および／または除去することが、多くの場合、実際に、有用または必要である。一方、電子要素、光起電要素、および／またはオプトエレクトロニクス要素の３次元構想を含む最終的な積層型構造体を準備することが望ましいことがある。他方、高純度の材料および高結晶品質の薄膜を支持基板上で適切に取り扱ってもよく、初期の支持基板（以後、初期支持基板）から最終の支持基板（以後、最終支持基板）にこれらの膜を転写するための有効な手段を保有することが必要である。

さらに、ある種の半導体材料はバルク基板または自立構造の基板として利用することができないことがあり、格子不整合および／または熱膨脹係数の問題が生じることがあるにもかかわらず支持基板上で処理されなければならない。機能性の半導体材料層を支持体から除去する方法が必要とされる。

例えばシリコン層などの機能性の半導体層の区域では、層転写を可能にする方法を利用できるようにすることはやはり有用である。実際には、そのような半導体層の機能化は電子回路、光起電要素（例えば、Ｇｅシード層および三重接合活性層を含む）、および／またはオプトエレクトロニクス要素に関係することがある。半導体層の「前面」および「背面」の両方を比較的容易に露出させ、操作し、接合することができると、処理済みの半導体層が支持基板上にあり、それにより、あるタイプの機能変更が可能である場合、機能要素を導入し、機能要素を埋め込み、次に、後で必要に応じて再露出させることが可能になる。したがって、この機能化のステップに好都合な初期支持基板上の薄層の一方の面に電子回路を導入することができ、次に、露出および機能化された「前部」表面を中間基板に接合することができる。初期基板支持体を除去することにより、機能性の薄層の「背面」に他の回路を用意することができる。露出された「背面」は、例えば熱放散のために、例えば、生成された機能性の中央部の動作に適合する支持体にさらに転写することができる。

さらに、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、またはＩｎＡｌＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族材料は太陽電池用途で非常に有用であり、ＧａＮ、ＡＩＧａＮ、またはＩｎＧａＮなどのＩＩＩ−窒化物材料は発光ダイオード、レーザダイオード、および関連するデバイスなどの発光デバイスで使用するために半導体産業でかなり重要である。ＧａＮは、オプトエレクトロニクス用途ならびに高周波高電力の電子デバイスにとって有望な材料である。少量の格子欠陥と高品質表面とを示すＧａＮまたはＩｎＧａＮの層を用意できることが重要である。

ＩＩＩ−Ｖ材料およびＩＩＩ−Ｎ材料を様々な表面および支持材料上に用意することができる方法を保有することがこれらの技術分野では重要である。ＩＩＩ−Ｖ材料をエピタキシによって基板表面に成長させる技法では、十分な品質のＩＩＩ−Ｖ成長を可能にするには高い結晶品質と成長基板の適切な格子定数とが必要であり、そのため、ＩＩＩ−Ｖ材料の場合は下にあるシード支持基板の選択が制限される。

エッチング技法によってＩＩＩ−Ｖ層に接近することが予測されるシステムでは、これは問題であり、ＩＩＩ−Ｖ材料の劣化をもたらすことがある。

ＩＩＩ−Ｎ基板の特定の面を露出させることができることも重要である。実際には、極性ｃ面のＩＩＩ−Ｎ材料は特定の原子表面終端を有することが一般的であり、その結果、一方の表面はＩＩＩ族からの元素によって終端され、他方の表面は窒素原子によって終端される。

上述に関連するすべての場合において、薄膜もしくは薄層またはそれらの積層を基板から切り離す、または剥離する方法が必要である。その上、さらに、後続の使用のために基板を再利用するのに、基板を破壊することなく、そのような切り離しまたは剥離を行う必要がある。

文献のＥＰ０８５８１１０は、基板と部材との間に分離層をもつ透明基板上に存在する切り離し部材を前記基板から剥離するための剥離方法を開示しており、分離層は透明基板を通して入射光で照射され、分離層内および／または界面で剥離が引き起こされ、切り離し部材が基板から切り離される。

しかし、例えば、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）で製作された透明基板を通して分離層をレーザビームで照射する場合、分離層が形成された基板の表面上に望ましくないトポロジーまたは欠陥が生成される。この表面トポロジーは３０ｎｍとなることがある。

照射および剥離の後に基板を再利用できるようにするには、この表面トポロジーを除去しなければならない。表面トポロジーの高さを考慮して、基板のかなりの厚さを、各照射および剥離の後に、例えば研磨によって除去しなければならない。このために、基板の再利用能力はかなり制限される。

さらに、サファイア基板または炭化ケイ素基板などの透明基板の研磨は、一般に、基板の材料が硬いために時間が長くかかり、高価である。

欧州特許第０８５８１１０号公報

上述した問題を解決する目的で、本発明は、少なくとも電磁放射の波長に対して実質的に透明な材料の支持基板を再利用する方法を提案し、前記方法は、
− 初期基板を用意するステップと、
− 支持基板の面に中間層を形成するステップであって、前記中間層は少なくとも電磁放射の波長に対して実質的に透明な材料のものである、ステップと、
− 初期基板の接合面および／または中間層のいずれかの上に電磁放射吸収層を形成するステップと、
− 初期基板を支持基板に電磁放射吸収層を介して接合するステップと、
− 支持基板および中間層を通して電磁放射吸収層の照射を実行して、初期基板からの支持基板の分離を引き起こすステップと
を含む。

支持基板と電磁放射吸収層との間に中間層が存在するために、電磁放射は、もはや支持基板の表面のすぐ近くではなく中間層の表面で電磁放射吸収層に当たる。したがって、透明な支持基板と吸収層との間の界面で生じることがある過剰な量のエネルギーが、今では、中間層と吸収層との間の界面で、すなわち、支持基板から十分に離れた場所で生じて、支持基板の表面上への表面トポロジーの生成が避けられる。中間層に表面トポロジーが存在しても、この層は照射の後に除去されるのでそれほど重大でない。

本発明の方法によれば、支持基板および中間層を通して照射を実行して、初期基板からの支持基板の分離を引き起こした後でさえ、支持基板の接合面の粗さは変更されない。実際には、この方法は、照射を実行するステップの後に、中間層を除去して支持基板を回復させるステップをさらに含むことができる。この除去するステップの後に、支持基板の接合面は初期の粗さと実質的に同様の粗さを示す。したがって、支持基板は、特定の準備のステップなしにそれ自体再使用することができる。

本発明の全体的なプロセスの概略図である。 新しい層を形成するために初期基板の一部を除去する本発明の例示のプロセスの概略図である。 図２の新しい層が機能化されて機能性の層を生成し、かつ／またはさらなる層が新しい層に接合される本発明の例示のプロセスの概略図である。 図２の新しい層が機能化されて機能性の層を生成し、かつ／またはさらなる層が新しい層に接合される本発明の例示のプロセスの概略図である。 イオン注入ならびに最終基板への接合が使用される本発明の例示のプロセスの概略図である。 イオン注入ならびに最終基板への接合が使用される本発明の例示のプロセスの概略図である。 イオン注入ならびに最終基板への接合が使用される本発明のさらなる例示のプロセスの概略図である。 イオン注入ならびに最終基板への接合が使用される本発明のさらなる例示のプロセスの概略図である。

図１は本発明の全体的なプロセスの概略図を示す。

図１に示されるように、本発明は、支持基板２５の接合面２５ｂ上に中間層１５を形成するステップ（図１のＳ１）と、初期基板１０の接合面１０ｂおよび／または中間層１５のいずれかの上に電磁放射を吸収する層（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｌａｙｅｒ、以下、電磁放射吸収層）２４を形成するステップＳ２と、接合するステップＳ３と、接合された構成要素（ｂｏｎｄｅｄ ｅｎｔｉｔｙ、以下、接合構成要素）を可視光放射および／または紫外線放射などの電磁放射で照射するステップＳ４と、中間層１５を支持基板２５から除去するステップＳ５とを含む。

層の接合には、分子接合、共晶接合、熱接合、加圧接合、または陽極接合を含むことができる。一例として、接合は、１つまたは複数の酸化物の接合層（図１には図示せず）を使用して達成することができ、１つまたは複数の酸化物の接合層は、接合される基板の面の一方または両方に付加することができる。酸化物の接合層用の材料の適切な例は二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）である。接合する目的ための二酸化ケイ素材料は、熱的にまたはＬＰＣＶＤもしくはＰＥＣＶＤなどの化学気相化学堆積技法で層に設けることができる。

対照的に、接合を行うのに接着層の使用はありえない。接着剤は、エピタキシまたは他の機能化のステップなどの後続のプロセスの間に構造体が処理にかけられる温度に耐えられないことになる。

電磁放射吸収層２４に関して、この層の組成は、選んだ波長でレーザなどの放射源によって放出される電磁放射を吸収し、吸収したエネルギーの効果の下で接合構成要素を分離できるようにするように選ばれる。したがって、一般に、本発明で基板１０を変更するためのプロセスにおいて、支持基板２５の分離は電磁放射吸収層２４の化学的変化および／または物理的変化に基づく。

「接合構成要素の分離」の意味することは、接合構成要素を形成する各元素の結合エネルギーが、電磁放射の印加の前よりもその後に弱くなることである。互いから元素を実際に切り離すには、この切り離しが実際に望まれる場合、機械力などの追加のエネルギーの印加を必要とすることがある。

吸収層の性質に応じて、吸収されたエネルギーは様々な効果、例えば、原子レベルの振動、昇華、特有の拡散、またはガスの形成を生じさせることになり、それは、上述で定義したような分離または化学反応を本質的にもたらす。したがって、純粋な熱効果ならびに光化学を含む機構が分離機構の背後にあることがある。

本発明のプロセスでは、吸収層２４は、Ｓｉ_xＮ_y：Ｈ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓｉ_xＮ_y、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、またはＩｎ、Ｇａ、およびＡｌのうちの１つまたは複数の混合窒化物、またはポリＳｉ、または単結晶Ｓｉからなる群から選択された少なくとも１つの材料を適切に含むことができる。吸収層は、例えば、イオン注入によって水素をドープした非晶質シリコンをさらに含むことができる。水素含有量は、好ましくは、少なくとも２原子百分率である。

変形では、いくつかの後続の分離のためのいくつかの照射を行うことができるように、いくつかの吸収層２４を接合層に導入および埋め込むことができる。

電磁放射吸収層２４の内部剥離および／または界面剥離を引き起こす任意のタイプの電磁放射には、例えば、Ｘ線、紫外線、可視光線、赤外線（熱線）、レーザビーム、ミリ波、マイクロ波、および放射線（ガンマ線）を使用することができる、それらの中で、レーザビームは、電磁放射吸収層の剥離（アブレーション）を容易に引き起こすことができるので好ましい。

レーザビームを発生させるレーザの例にはガスレーザおよび固体レーザ（半導体レーザ）が含まれ、エキシマレーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、Ａｒレーザ、ＣＯ₂レーザ、ＣＯレーザ、およびＨｅ−Ｎｅレーザが、好ましくは、使用することができる。それらの中で、エキシマレーザはより好ましく使用される。エキシマレーザは高エネルギーをもつレーザ光を出力することができるガスレーザであり、レーザ媒体として希ガス（Ａｒ、Ｋｒ、およびＸｅ）およびハロゲンガス（Ｆ２およびＨＣｌ）を組み合わせることによって典型的な４つのタイプのレーザ光を出力することができる（ＸｅＦ＝３５１ｎｍ、ＸｅＣｌ＝３０８ｎｍ、ＫｒＦ＝２４８ｎｍ、ＡｒＦ＝１９３ｎｍ）。

レーザ照射は、好ましくは、本発明の枠組みにおいて、支持基板２５および中間層１５を横切って実行される。したがって、後者の支持基板２５および中間層１５は、分離機構をもたらすのに使用される可視光放射および／または紫外線放射の波長に対して実質的に透明でなければならず、すなわち、支持基板の材料は、使用される波長で、例えば約１０¹ｃｍ^-1未満の弱い光吸収係数を有するか、または吸収層２４の材料よりも大きい透過光学帯（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｂａｎｄ）を有する。吸収層２４は、適切には、非晶質の形態のＳｉ_xＮ_y：Ｈ、Ｓｉ₃Ｎ₄のタイプの材料、または例えば多結晶の形態で堆積されたＩＩＩ−Ｎ材料とすることができる（後者は、工業的な事情では単結晶形態よりも高価でない）。これらの材料により、典型的な支持体材料の吸収波長を超えたままである波長で照射を実行することができる。本発明の範囲内の別の適切な可能性は、可視光放射および／または紫外線放射などの電磁放射を吸収する層２４としてＩＩＩ−Ｎ材料を使用することである。初期基板１０などの基板がそれ自体ＩＩＩ−Ｎ材料であり、それを処理をして機能性を導入することができる場合、吸収層２４と同じＩＩＩ−Ｎ材料層の使用は、好ましくは、二酸化ケイ素の接合層などの接合層によって分離される２つのＩＩＩ−Ｎ層（機能性の層および犠牲の電磁放射吸収層）を用いて行われることになる。吸収層として使用することができるＩＩＩ−Ｎ材料の中で、ＧａＮ（３．４ｅＶの禁止帯の観点から３６０ｎｍ未満の吸収波長をもつ）、ＡｌＮ（６．２ｅＶの禁止帯の観点から１９８ｎｍ未満）、ＩｎＮ（０．７ｅＶの禁止帯の観点から２３０ｎｍ未満）を挙げることができる。Ｎｄ／ＹＡＧレーザまたはエキシマレーザを使用して、電磁放射吸収層２４の分解または他の効果を誘起することができ、それにより、分離をもたらすことができる。

アルミニウム、ガリウム、およびインジウムを組み合わせる三元または四元窒化物材料は、電磁放射吸収層２４の材料、例えばＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮとしても使用することができる。これらの窒化物材料は、気体窒素を生成することにより分解するらしいので、特に有用である。それらの禁止帯は波長吸収の明瞭な閾値を定め、その閾値のポイントで、材料はほとんど完全な透明からほとんど完全な吸収への移行を示す。さらに、それらの融点は、材料が分解する温度よりも非常に高く、材料は、溶融するとき周囲の基板への付随的損傷が最小である。

分離機構が機能しうるようにするため、支持基板２５および中間層１５は、吸収層２４を照射するのに使用することになる波長領域の紫外光および／または可視光などの電磁放射に対して実質的に透明であるか、または高い透過率を有することが必要である。吸収層２４の好ましい最小厚さは１０ｎｍである。吸収層を堆積させるとき、支持基板の両側に層を形成させないように注意する。実際には、支持基板の裏面に同様に形成された吸収層が照射を完全に吸収することがあり、埋められた吸収層２４の吸収を妨害し、分離ステップを阻止することがある。

サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）を使用するのは支持基板２５にとって適切な選択であるが、それは、一般に使用されるレーザ源に対応する３５０ｎｍよりも高い波長で高い透過率が観測されるからである。サファイアは、例えば、約１００ｎｍから３５０ｎｍまでの範囲にある波長などのより短い波長に対しても適切である。支持基板２５に対する他の適切な選択には、以下の種類、すなわちＬｉＴａＯ₃（２７０ｎｍよりも高い波長で実質的に透明）、ＬｉＮｂＯ₃（２８０ｎｍよりも高い波長で実質的に透明）、ＭｇＯ（２００ｎｍよりも高い波長で実質的に透明）、ＣａＦ₂、ＭｇＦ₂、またはガラスのうちの少なくとも１つで製作された材料が含まれる。他の材料が、上述で列記したものと同じ高い透過率値を示さない場合でさえ分離を得るのに好適であることもあるが、その場合、より高い電磁放射エネルギーを必要とすることがあり、それは産業環境では望ましくない。

中間層１５は、吸収層２４を照射するために使用される電磁放射の波長に対して実質的に透明な材料を含む。中間層の材料は、とりわけ、一般に使用されるほとんどのレーザビームの波長に対応する１００ｎｍから１２００ｎｍにある波長に対して透明な材料から選択される。

中間層１５は、さらに、好ましくは、特に、化学エッチングによって、または研磨によって容易に除去することができ、例えば、ＳｉＯ₂、もしくはＢおよび／またはＰによるドープＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＬｉＦ、ＣａＦ₂、およびＭｇＦ₂などの断熱特性を示す材料で製作される。

しかし、支持基板２５が、ホウ素ドープされた石英ガラスなどのガラス基板を含む場合、中間層２５は、好ましくは、機械研磨または化学機械研磨によって除去されるホウ素ドープされた石英ガラスのようなガラス質材料で製作される。中間層１５は、好ましくは、支持基板２５よりも高い濃度のホウ素を含有し、その結果、中間層１５のエッチング速度は支持基板２５のエッチング速度よりも高く（例えば、１０／１の比）、それにより、選択エッチングが可能になる。

中間層の厚さは少なくとも１０ｎｍであり、好ましくは少なくとも５０ｎｍである。より一般的には、中間層の厚さは、例えば、１０ｎｍと５００ｎｍとの間に含まれうる。

大量の光の使用を必要とすることになる入射光（電磁放射）のあまりにも大きい損失を避けるために、中間層の材料は入射光の波長に関して少なくとも９０％の透過率を有することが好ましい。

中間層は、とりわけ、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）で製作することができる。一般に１μｍよりも薄い本発明の中間層の厚さを考慮すると、ＳｉＯ₂は電磁放射の多くの波長に対して透明である。ＳｉＯ₂は、一般に使用されるほとんどのレーザビームの波長に対応する１００ｎｍ以上の波長に関して９０％以上の透過率を有する。

ステップＳ５において、中間層１５は、中間層の材料を除去するのに好適な任意の技法により支持基板２５から取り除くことができる。比較的に費用効率の高い技法である化学エッチングまたは研磨が、好ましくは、中間層を除去するのに使用される。

支持基板２５および中間層１５の材料に関して、中間層１５を支持基板２５から選択的に除去しやすくする材料を当業者は選ぶことが好ましい。例えば、中間層１５の材料は、好ましくは、支持基板の材料よりも大きいエッチング速度および／または研磨速度を有するように選ばれる。中間層および支持基板の材料は、さらに、同じ化学的性質であるが異なる結晶学のものとすることができ、その結果、材料の一方、すなわち支持基板の材料は、他方、すなわち中間層の材料よりも研磨するのが困難である。その場合、中間層と支持基板との間の界面の検出は研磨速度の変化を検出することによって行われる。

前に説明したように、支持基板の接合面に中間層が存在するために、支持基板は、ステップＳ１からＳ５の前の初期の粗さと同様の粗さを示す。したがって、ステップＳ５の後、支持基板は少なくとも表面の粗さに関して状態が回復され、支持基板はそれ自体再使用することができる。したがって、本発明のプロセスは、ステップＳ５におけるような中間層の除去の後に、回復された支持基板を使用する１つまたはいくつかのさらなるステップをさらに含む。このようにして回復された基板は、とりわけ、エピタキシャル成長に使用し、別の基板に接合し、または上述のようなステップＳ１からＳ５を繰り返すことができ、それには特別な追加の準備処理を伴わない。

本発明による好ましい実施形態では、本発明に従って支持基板２５を再利用するプロセスにおいて、初期基板１０の一部は、層１００を形成するために、好ましくは電磁放射吸収層を照射するステップの前に除去される。本発明によれば、層１００は、代替として、１つの材料の単層または異なる材料の複数（積み重ね）のサブレイヤ（いくつかのサブレイヤは同じ材料とすることができる）上に構成することができる。そのようなプロセスの一例が図２に概略的に示され、ここで、初期基板１０は、この例では、支持基板２５の接合面２５ｂ上に中間層１５を形成するステップＳ１１と、初期基板１０の接合面１０ｂおよび／または中間層１５のいずれかの上に電磁放射吸収層２４を形成するステップＳ１２と、接合するステップＳ１３との後に、研削、研磨、ＳＭＡＲＴ ＣＵＴ（登録商標）などの方法によって、レーザリフトオフ技法またはエッチングによって部分的に薄化またアブレーションされて、初期基板１０に由来する変更された層１００をもたらす（ステップＳ１４）。次に、可視光放射および／または紫外線放射などの電磁放射による接合構成要素の照射のステップＳ１５が実行され、変更された層１００の支持基板２５からの分離が引き起こされる。ステップＳ１６において、中間層１５は支持基板２５から除去される。

初期基板の一部を除去して層１００を形成するそのようなステップと、次に、さらなるステップにおいて、上述のプロセスの接合するステップの後に、
− 層１００を機能化するステップ、
および／または
− さらなる層を層１００に接合するステップと
を含む基板を再利用するプロセスが、本発明ではさらに好ましい。

これらの２つのさらなる好ましい実施形態が図３および４に概略的に示される。

図３において、１００’は機能性の層１００を表す（初期基板１０に由来する）。図２で示したようなステップＳ１１からＳ１４に続く図３のステップＳ１７において概略の例示的な例で示される機能化のステップは、層１００の中または上に、光起電機能、光学機能、オプトエレクトロニクス機能、電子機能、および／または機械機能をもつ領域を形成するステップを含むことができる。機能化のステップは、材料層、薄層、もしくは自立構造になりうる十分に厚い層を形成するステップ、または堆積、例えばエピタキシによる堆積によって活性層を形成するステップなどの層特性を変化させる任意の技術的なステップを含むことができることも理解されるべきである。可視光放射および／または紫外線放射などの電磁放射による接合構成要素の照射のステップＳ１８が実行され、機能性の層１００’の支持基板２５からの分離が引き起こされる。次に、中間層１５を支持基板２５から除去するステップＳ１９が実行される。

図４では、さらなる基板３０が、例えば、図２に示されるようなステップＳ１１からＳ１４、または図３のステップＳ１７に続くステップＳ４０において、層１００、電磁放射吸収層２４、および支持基板２５を含む構成要素に接合される。図４において、層１００が機能化されている場合がある可能性が符号１００／１００’で示される。支持基板２５が、層１００の代わりに、または層１００に加えて、光起電機能、光学機能、オプトエレクトロニクス機能、電子機能、および／または機械機能をもつ領域を含むことも可能である。初期基板１０に由来する層１００の露出された面を、やはり機能化することができる最終基板３０に接続するように接合を行うことができる。接合は、例えば、上述で説明したプロセスによって積まれた二酸化ケイ素の接合層を介して行うことができる。この接合は、必要ならば、支持基板３０のその後の分離のために電磁放射吸収層をさらに含むことができる。

可視光放射および／または紫外線放射などの電磁放射による接合構成要素の照射のステップＳ４１が実行され、機能性の層１００／１００’の支持基板２５からの分離が引き起こされる。次に、中間層１５を支持基板２５から除去するステップＳ４２が実行される。

本発明のプロセスによる１つの実施形態では、初期基板１０はバルクの自立構造の基板とすることができる。

１つの実施形態では、初期基板１０は、支持基板２５に接合するための面１２ｂを有する表面層１２と、表面層１２が堆積されるテンプレートとして働く下にある支持基板１１とを含むことができる。そのような系では、表面層１２と、層１００が形成されるバルク基板１０とは、好ましくは単結晶材料であるＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ（０００）、Ｓｉ（１１１）、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、結晶性ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇｅ、ＩｎＡｌＡｓから選択された群のうちの少なくとも１つを適切に含むことができる。層１００は、少なくとも１つの半導体材料、好ましくは単結晶材料で、例えば、ＩＶ族材料（Ｓｉ、Ｇｅなど）、ＩＩＩ／Ｖ族材料（ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｓなどの極性、無極性、または半極性の材料）から形成することもできる。

本発明のプロセスで使用することができる初期基板１０は、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃、ＭｇＯ、Ｓｉ、ＳｉＣ、またはＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、およびＷの１つまたは複数を含む合金を含む、支持体と表面層１２との間の妥当な膨張係数整合および／または格子定数整合のために選ばれた下にある支持基板１１を適切に含むことができる。そのような材料は、そのような最終基板が存在する実施形態では最終基板（３０）に使用することもができる。

初期基板１０が、下にある支持基板１１上に成長された表面層１２を含む場合、初期のシード支持基板１１と、機能性を導入することができる層１００が形成される表面層１２との間の妥当な格子整合を確実にすることが好ましい。一例として、表面層１２がＩＩＩ−Ｎ材料である場合、適切な初期のシード支持材料には、例えば、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、ＳｉＣ、Ｓｉ（１１１）、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、結晶性ＡｌＮを含めることができる。

本発明による好ましいプロセスの実施形態では、層１００を生成するために初期基板１０を薄化するステップを含むプロセスの枠組みにおいて、機能化のステップとしてのエピタキシを層１００上で実行して、例えば、材料の十分な厚さを達成し、そのとき生成された層は自立構造の基板になることができる。

さらなる好ましい実施形態では、イオン注入が前記初期基板１０に、放射吸収層２４を介して支持基板２５に接合される前に行われ、前記基板１０の上部領域を画定する脆弱な面が設けられ、脆弱な面で分割することによって上部領域が除去される。

したがって、本発明によるプロセスの第１の好ましい実施形態では、図５に概略的に示されるように、ＩＩＩ−Ｎ材料層がＳｍａｒｔ Ｃｕｔ（登録商標）技術を使用して初期のドナー基板から引き抜かれる。すなわち、ＩＩＩ−Ｎ材料（図５の１２）は、最初、バルクドナー基板上に存在することができる。これの一例では、図１に示されるように、ＩＩＩ−Ｎ材料が示されており、それはサファイアなどの「テンプレート」上にエピタキシで成長されたＧａＮとすることができる。代替的実施形態は中間の接合層を介して支持基板に取り付けられたＩＩＩ−Ｎ材料を使用することになり、そのような構成はＧａＮＯＳ（サファイア上に接合されたＧａＮ）と呼ばれることがある。

イオン注入が接合層２３ａを通して層１２に実行され（図５のステップＳ２０）、次に、接合（図５のステップＳ２１）が第２の基板上の接合層２３ｂに行われ、本発明により表面に形成された中間層１５を有する支持基板２５上の電磁放射吸収層２４に接合材料層２３を通してＩＩＩ−Ｎ層１２を連結する。接合は、接合材料層２３なしに、支持基板、吸収層２４、およびＩＩＩ−Ｎ材料層１２の間で直接行うこともできる。次に、イオン注入によって生成された脆弱な面で分割（図５のステップＳ２２）を達成することができる。当業者に既知の方法で、水素イオンの注入、水素イオンおよびヘリウムイオンの共注入、およびより一般的には軽イオンの注入を行うことができる。ＧａＮのための水素イオンの一般的に適切な注入ドーズは、１０ｋｅＶから２１０ｋｅＶの注入エネルギー範囲で１×１０¹⁷原子／ｃｍ²と６×１０¹⁷原子／ｃｍ²との間にある。注入は、一般に、２０℃と４００℃との間、好ましくは、５０℃と１５０℃との間にある温度で行うことができる。当業者は、５０ｎｍと１０００ｎｍとの間の脆弱な面の深さを得るために注入を調整する方法が分かっており、脆弱な面のまわりで分離および分割を引き起こすのに使用される加熱プロセスの温度および期間は、注入条件、特に注入イオンドーズにより変化することが知られている。

図５のステップＳ２３において、最終支持基板３１および接合層３３を含むように選ばれたこの例では、脆弱な面のまわりで分割することによって露出された表面が最終基板３０に接合される。続いて、図５のステップＳ２４において、このようにして得られ、初期基板、第２の基板、および第３の基板の各々からの要素を含む構成要素は、透明な支持基板２５および中間層１５を通って誘導された電磁放射にさらされ、この放射は、電磁放射吸収層２４によって吸収され、基板２５の分離をもたらすように選ばれた波長を有する。

支持基板２５がサファイアである場合、中間層１５は、好ましくは、ＳｉＯ₂材料であり、最小の５０ｎｍの好ましい厚さを有する。したがって、電磁放射は、支持基板および中間層１５が共に少なくとも実質的に透明である１９３ｎｍの波長で行うことができる。

図５に概略的に示されるようなプロセスにおいて、脆弱な面のまわりで破壊する前に、十分な厚さ（例えば、１００ミクロンを超える）の基板を生成してそれを自立構造にすることができるようにエピタキシャル成長（図５に図示せず）を薄層１２ｆ上に行うことができる。したがって、エピタキシャル成長はステップＳ２１の前に行うことができ、第２の基板は表面層１２ｆを介して初期基板に接合される。この場合、エピタキシャル成長による熱処理は、脆弱な面での分割を引き起こすための加熱プロセス未満でなければならない。エピタキシャル成長は、脆弱な面での分離のステップＳ２２の後に、または照射吸収による分離のステップＳ２４の後に、露出された層上に行うこともできる。さらに、図５には示されないが、機能化が層１００に対応して領域１２ｆに形成され、光起電機能、光学機能、オプトエレクトロニクス機能、電子機能、および／または機械機能をもつ領域を領域１２ｆの中または上に形成することができる。

図５の例示的なプロセスの最終ステップＳ２５において、以前にＩＩＩ−Ｎ材料層１２ｆを吸収層２４に連結した接合層２３を除去することができる。接合層２３が二酸化ケイ素で構成される場合、この層は、ドライエッチングによって、または例えばフッ化水素酸（ＨＦ）の希釈水溶液（１０重量％）を使用する化学エッチングに関連した機械研磨によって適切に除去することができる。ステップＳ２５において、中間層１５は、さらに、後続の使用のために支持基板２５を再利用するようにフッ化水素酸（ＨＦ）の希釈水溶液（１０重量％）による化学エッチングによって除去される。実際に、支持基板２５の接合表面は初期のものと同様の表面トポロジーおよび粗さを回復する。支持基板は材料のいかなる劣化も被っておらず、プロセスで再使用される前に材料の研磨または除去などのさらなる準備のステップを必要としない。例えば、表面トポロジーがなく、１マイクロメートル×１マイクロメートルについてＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で測定された約１ÅＲＭＳ（二乗平均平方根）の初期の粗さを有する支持基板２５の接合表面では、中間層１５を除去した後の支持基板の回復された接合表面の粗さは、１マイクロメートル×１マイクロメートルについてＡＦＭで測定された約１ÅＲＭＳである。トポロジー表面は形成されず、それにより、いかなるさらなる準備のステップも必要とすることなしに新しい分子接合が可能である。

サファイアなどのテンプレート上に成長されたＩＩＩ−Ｎ材料などのＩＩＩ−Ｎ材料は、ｃ面ウルツ鉱型構造を示し、ガリウム面および窒素面を有する。上部面は、通常、ガリウム面であり、一方、下部面（成長基板に隣接する）、すなわち、初期のドナー支持基板は窒素面である。

ＩＩＩ−Ｎ材料に適用されるような本発明の上述の第１の好ましい実施形態によるプロセスを用いて、二重転写が、ガリウム面、すなわち最初の生成物で最初に露出された同じものを最終の生成物で露出させるために行われる。その結果、ＩＩＩ−Ｎ材料の転写された薄層上にこの段階でエピタキシを再び始めることが可能である。本発明では、いかなる特別な制限もなしに、任意の特定の直径のウェハを扱うことができる。

有利な実施形態では、本発明によるプロセスにおいて、支持基板２５および中間層を通して電磁放射吸収層２４の照射を実行して、支持基板２５の初期基板からの分離を引き起こすステップの後に、エピタキシまたはさらなる機能化を、照射後に、電磁放射吸収層２４の照射によって解放された初期基板１０の接合面１０ｂに実行することができる。

本発明による第２の好ましい実施形態では、本発明のプロセスで使用することができる構造は、バルクＧａＮなどの基板におけるイオン注入と、それに続いて、イオン注入によって生成された脆弱な面に沿って基板を分割するのに必要とされるエネルギー入力を超えないようなＩｎＧａＮなどのＩＩＩ−Ｎ材料のエピタキシと、それに続いて、中継基板上の吸収層へのＧａＮ／ＩｎＧａＮ材料の接合と、次に、脆弱な面に沿った破壊の実行（図５のステップＳ３と類似した）とによって達成される。ＩｎＧａＮ層のエピタキシの後および保護層で覆う前に注入を行うことも可能であり、その結果、エピタキシの熱量は制限されない。脆弱な面のまわりでの破壊を確実に成功させるには、第２の実施形態に関連しての図５のステップＳ２１で示したように、注入されたＩＩＩ−Ｎ材料を中間支持体に最初に接合することが好ましく、それにより、積み重ねられた構成要素が硬化され、強化される。ＩｎＧａＮによるエピタキシを続けることができるのには、この第２の実施形態は重要であり、これは、例えばＬＥＤ用途において重要である。

一例として、ＩｎＧａＮの層をＧａＮＯＳ基板上にエピタキシによって成長させることができ、次に、イオン注入をＩｎＧａＮに実行することができる。ガリウムの極性を有するＩｎＧａＮ層の露出された上部面は、接合層および吸収層を有する中間基板に接合される。イオン注入によって生成された脆弱なゾーンで分割した後、犠牲中間支持体と、ＵＶおよび／または可視光吸収層と、接合層と、ＩｎＧａＮ層とからなる構造体を、例えば、サファイア基板とすることができる最終支持基板に接合することができる（図５のステップＳ２３を参照）。次に、中間基板の支持基板を介した照射を使用して分離を行うことができ、ＩｎＧａＮＯＳ基板が上部面に所要の極性を伴って得られ、さらなるエピタキシの進行が始まる。

本発明のいくつかの有利な実施形態では、前に述べたように、初期基板と第２の基板との間の接合は１つまたは複数の酸化ケイ素の接合層を使用して実行することができる。

有利な実施形態では、積み重ねられた構成要素の長さおよび幅にわたって延びる完全に別個の層である電磁放射吸収層が準備される（断面が全体にわたって添付の図に示されたものであるように）のではなく、酸化物の接合層などの接合層の１つまたは複数は、Ｓｉ_xＮ_y、Ｓｉ_xＮ_y：Ｈ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、またはＩｎ、Ｇａ、およびＡｌのうちの１つまたは複数の混合窒化物を含む電磁放射を吸収する材料の少なくとも１つの埋め込まれた領域を含むことができる。

図６に概略的に示される本発明による第３の有利な例示の実施形態では、ＩｎＧａＮ層は分子接合のプロセスを使用して転写され、本発明による電磁放射吸収層の照射によって解放される。初期基板が用意され、転写されるべきＩｎＧａＮ １２ｔの層が、一例としてのサファイア支持基板１１上にエピタキシによって成長されたＧａＮ １２ｓのシード層で示されるテンプレート上にエピタキシによって形成される。これは図６のステップＳ３０として示され、ＧａＮ上のＩｎＧａＮ層は層１２として一緒に示され、下にある支持基板１１はサファイアである。本発明を行うための適切な手法では、ＩｎＧａＮの層の厚さは約１００ｎｍとなることになり、インジウムの量は５％から１５％の程度となることになる。層の転位密度は、好ましくは、５×１０⁸／ｃｍ²未満となることになる。ｃ面サファイア上にエピタキシによって成長されたＧａＮは極性材料であり、上部の自由面はガリウム（Ｇａ）面である。この極性は、その上に成長されるＩｎＧａＮによって保存される。

後続のステップＳ３１において、酸化物の接合層（ＳｉＯ₂、図の層１３）がＬＰＣＶＤ技法によってＩｎＧａＮ層上に積まれる。適切な厚さは約３００ｎｍとなることになる。

後続のステップＳ３２において、水素および／またはヘリウムなどのイオンによる注入を、酸化物層１３を通しておよびＩｎＧａＮを通して実行して、ＧａＮシード層中に位置し、約５００ｎｍの深さにある脆弱なゾーンを生成することができる。４×１０¹⁷原子／ｃｍ²の程度のドーズがそのような注入では適切である。

後続のステップＳ３３において、順々に、サファイア２５などの支持基板、本発明による中間層１５、約１００ｎｍの厚さにＰＥＣＶＤ技法によって積まれたＳｉ_xＮ_yなどの吸収層２４、および約５００ｎｍの厚さを有する二酸化ケイ素接合層２３を含む中間基板が用意される。分子接合を使用して、接触される酸化物の接合層１３および２３を介して初期基板要素と中間基板要素とが連結される。

次に、熱処理により、ステップＳ３４において、生成された構成要素の破壊が可能になり、それにより、初期の下にある初期支持基板１１とＧａＮシード層の一部とが除去される。次に、当業者に既知のエッチング技法を使用して残りのＧａＮを除去し（ステップＳ３４とＳ３５との間、図６には図示せず）、これにより、Ｎの極性を有するＩｎＧａＮ層１２ｔまたは１００の面が露出される。後続のステップＳ３５において、Ｓｉ_xＮ_yの層が約５０ｎｍの厚さまでＰＥＣＶＤ技法によって積まれる。このさらなる電磁放射吸収層および／また接着層は図６に層３４として示される。次に、二酸化ケイ素の接合層がＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤ技法によって約５００ｎｍから３μｍの厚さで積まれる（ステップＳ３６、二酸化ケイ素層は３３として示される）。接合のための表面の準備（平坦化、ＣＭＰ、ブラシ研磨、およびオプションとしてのプラズマ活性化）の後、ステップＳ３６で得られた構造体は、３１とラベル付けされた（ステップＳ３７）サファイアの最終支持基板と接触される。接合強化の熱処理は、３００℃から９５０℃で数時間の間加熱することを含めて実行することができる。

続いて、ステップＳ３８において、電磁放射吸収層２４は、例えば、１９３ｎｍの波長で中間支持基板２５の表面においてレーザビームを掃引することによって照射され、多分機械エネルギーの付加を用いて、中間支持体（吸収層２４と一緒の中間支持基板２５および中間層１５）の分解および分離を引き起こすことができる。

ありうる吸収層の残渣２４と、酸化物の接合層１３および２３との引き続いての除去が、ステップ３９において、例えば、ドライエッチング、または希釈フッ化水素酸との接触に関連した機械研磨によって実行され、それにより、次に、Ｇａの極性を有するＩｎＧａＮの表面１２ｔまたは１００を露出させることができる。次に、これは、ＩｎＧａＮおよび／または他の活性層のさらなるエピタキシのための基盤として使用することができる。吸収層３４は、必要ならば、最終構成要素のその後の使用で最終支持基板３１の分離のための分離層として使用することができる。ステップＳ３９において、中間層１５も除去され、後続の使用のために支持基板は再利用される。

Claims (23)

1. 少なくとも電磁放射の波長に対して実質的に透明な材料の支持基板（２５）を再利用する方法であって、
   ａ）初期基板（１０）を用意するステップと、
   ｂ）初期の粗さを有する前記支持基板（２５）の接合面上に中間層（１５）を形成するステップであって、前記中間層（１５）は少なくとも電磁放射の波長に対して実質的に透明な材料のものである、ステップと、
   ｃ）前記初期基板（１０）の接合面（１０ｂ）および／または前記中間層（１５）のいずれかの上に電磁放射吸収層（２４）を形成するステップであって、前記電磁放射吸収層は前記少なくとも電子放射の波長を吸収する材料のものである、ステップと、
   ｄ）前記初期基板（１０）を前記支持基板（２５）に前記電磁放射吸収層（２４）を介して接合するステップと、
   ｅ）前記支持基板（２５）および前記中間層を通して前記少なくとも電子放射の波長を有する電磁放射により前記電磁放射吸収層（２４）の照射を実行して、前記電磁放射吸収層（２４）の化学的変化および／または物理的変化により前記初期基板からの前記支持基板（２５）の分離を引き起こすステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. ステップｅ）の後に、後続の使用のために前記中間層（１５）を除去して前記支持基板（２５）を回復させるステップｆ）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ステップｆ）の後に、前記回復された支持基板（２５）の前記接合面は前記初期の粗さと実質的に同様の粗さを有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. ステップｆ）の後に、少なくとも、前記回復された支持基板（２５）を使用するステップｇ）をさらに含むことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の方法。
5. 前記中間層は少なくとも１０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記導電性の中間層は、ＳｉＯ₂、ＬｉＦ、ＣａＦ₂、およびＭｇＦ₂から選択された群のうちの少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. ステップｆ）において、前記中間層（１５）は化学エッチングによって、または研磨によって除去されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記支持基板（２５）は、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、ＭｇＯ、ＣａＦ₂、ＭｇＦ₂、ＬｉＴａＯ₃、およびＬｉＮｂＯ₃から選択された群のうちの少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記中間層はＳｉＯ₂で製作され、前記支持基板（２５）はサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）で製作され、前記支持基板（２５）の前記接合面は、１マイクロメートル×１マイクロメートルについてＡＦＭで測定された約１ÅＲＭＳの初期の粗さを有し、再利用される支持基板（２５）の接合面の粗さは１マイクロメートル×１マイクロメートルについてＡＦＭで測定された約１ÅＲＭＳであることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記支持基板（２５）はホウ素ドープされた石英ガラスを含み、前記中間層（１５）はガラス質材料を含み、前記中間層（１５）はステップｆ）において研磨によって除去されることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
11. ステップａ）の後に、および好ましくはステップｅ）の前に、前記初期基板の一部が除去されて層（１００）を形成することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
12. ステップｄ）の後に、前記層（１００）を機能化する、かつ／またはさらなる層もしくは基板を前記層（１００）に接合するステップｄ’）をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. ステップｄ’）は、前記層（１００）の中または上に、光起電機能、光学機能、オプトエレクトロニクス機能、電子機能、および／または機械機能をもつ領域を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 層（１００）および／または支持基板（２５）は、光起電機能、光学機能、オプトエレクトロニクス機能、電子機能、および／または機械機能をもつ領域を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. ステップｄ’）は、前記基板（１０）の前記露出された面を最終基板（３０）に接続するように接合を行うステップを含むことを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記初期基板（１０）はバルクの自立構造の基板であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記初期基板（１０）は、前記支持基板（２５）に接合するための面（１０ｂ）を有する表面層（１２）を含み、下にある支持基板（１１）は、表面層（１２）が堆積されたテンプレートとして働くことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記初期基板（１０）は、表面層（１２）、中間層、および下にある支持基板（１１）を含むことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
19. イオン注入は、前記面（１０ｂ）を通して前記最初の基板（１０）に、ステップｄ）における前記電磁放射吸収層（２４）を介した前記支持基板（２５）への接合の前に行われ、前記基板（１０）の上部領域を画定する脆弱な面を用意し、前記脆弱な面で分割することによって前記上部領域を除去することを特徴とする請求項１１から請求項１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記初期基板（１０）は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ（０００）、Ｓｉ（１１１）、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、結晶性ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇｅ、ＩｎＡｌＡｓから選択された群のうちの少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 電磁放射吸収層（２４）は、Ｓｉ_xＮ_y、Ｓｉ_xＮ_y：Ｈ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、またはＩｎ、Ｇａ、およびＡｌのうちの１つまたは複数の混合窒化物、またはポリＳｉ、単結晶Ｓｉまたは少なくとも２原子百分率の水素を含む非晶質シリコンの群のうちの少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記初期基板（１０）と前記支持基板（２５）との間の前記接合は１つまたは複数の酸化ケイ素の接合層を使用して実行されることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか一項に記載の方法。
23. ステップｅ）の後に、エピタキシまたはさらなる機能化は、ステップｅ）の前記電磁放射吸収層（２４）の照射によって解放された前記初期基板（１０）の前記接合面（１０ｂ）に実行されることを特徴とする請求項１１から請求項２２のいずれか一項に記載の方法。

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