JP2014138189A - 制御されたプロセス及び結果として生じるデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】コスト効果が高く効率のよい、基板から材料薄膜を分離する技術が望まれている。
【解決手段】多材料薄膜を形成する方法は、単結晶シリコンとＧａＮを有する上層膜とを含む多材料ドナー基板を用意する段階を含む。多材料ドナー基板の表面を通って単結晶シリコン中の選択された深さまでエネルギ粒子を導入する。この方法はドナー基板の選択された領域にエネルギを与えてドナー基板中に制御された劈開作用を開始させる段階を含む。その後、単結晶シリコンと上層膜とを含む多材料膜をドナー基板の残りの部分から自由にするために伝播する劈開フロントを使用して劈開作用を行う。
【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年８月１０日出願の米国出願番号第１３／２０７，３０４（代理人整理番号０１８４１９‐０００１９４ＵＳ）の一部継続出願に基づく出願であって、この出願の優先権主張による日本国出願である。

（技術分野）
本発明は、基板の製造に関する。詳細には、本発明は、例えば半導体集積回路用のシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板の製造において基板を劈開するための方法及び装置を含む技術を提供する。しかし、本発明はこれに限定されることなく、幅広い応用範囲を有するものである。例えば、多層集積回路デバイス用の他の基板、集積半導体デバイスの３次元実装、フォトニック素子、圧電素子、微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）、センサー、アクチュエイター、太陽電池、フラットパネルディスプレイ（例えばＬＣＤ、ＡＭＬＣＤ）、生体及び生体医学素子等にも本発明を適用することができる。

職人又はより正確には技術者は、長年に亘って利用価値の低い材料を使って有用な物品、器具、又は装置を作ってきた。ある場合には、物品はより小さい要素又は組立ブロックといったもので組み立てられる。もしくは、利用価値の低い物品は、その有用性を向上させるためにより小さい断片に分離される。分離されるこれら物品の一般的な例としては、ガラス板、ダイヤモンド、半導体基板等といった基板構造を挙げることができる。

これらの基板構造物は多くの場合、種々の技術を使用して劈開又は分離される。ある場合には、鋸動作を利用して基板を分離することができる。鋸動作は通常、回転ブレード又は工具に依存し、基板材料を切断して基板材料を２つの断片に分離する。しかしながら、この技術は多くの場合、極端に「粗い」ものであり、通常、微細な工具または組立品の製造のために、基板の精密な分離を実現する用途では使用できない。さらに、鋸作業では、ダイヤモンド又はガラスのような極端に硬い及び／又は脆い材料を分離又は切断することが難しい場合が多い。

従って、劈開の手法を使用してこれらの硬い及び／又は脆い材料を分離するための技術が開発されてきた。例えば、ダイヤモンド切断では、強い指向性の熱的／機械的インパルスをダイヤモンド材料の結晶面に沿って選択的に導く。通常、熱的／機械的インパルスは劈開フロントを主結晶面に沿って伝播させ、熱的／機械的インパルスからのエネルギレベルが選択された結晶面に沿った破壊エネルギレベルを超えた場合に劈開が生じる。

ガラス切断では、一般に特性上は非晶質であるガラス材料上に、工具を使用したケガキ線を望ましい方向に刻する場合が多い。ケガキ線は、非晶質ガラス材料を取り囲む高応力領域を生じさせる。機械的な力をケガキ線の両側に加えると、ケガキ線に沿って応力が増大してガラス材料が好ましくはケガキ線に沿って破断する。この破断でガラスの劈開プロセスは完了するが、この手法は家庭用を含む種々の用途で使用することができる。

前述の技術は大部分は満足できるものであるが、ダイヤモンド又は家庭用ガラスの切断に適用する場合、小さな複雑な構造物又は精密な加工品の製造においては厳しい制約がある。例えば、前述の技術は多くの場合「粗い」ものであり、小さくて精巧な機械ツール、電子デバイス等の製造に高い精度で利用することができない。さらに、前述の技術はガラスの１つの大きい平面を他の平面から分離するのに利用することができるが、大きな基板から材料の薄膜を分離する、削る、又は剥離する用途には効果がない場合が多い。さらに、前述の技術は複数の劈開フロントを生じさせる場合が多く、それらは僅かに異なる平面に沿って合流し、精密な切断用途には極めて望ましくないものである。

以上のことから、コスト効果が高く効率のよい、基板から材料薄膜を分離する技術が望ましいことが分かる。

本発明によれば、制御された劈開作用を利用して基板から材料薄膜を分離するための改良された技術が提供される。この技術は、基板から材料薄膜を除去するために、劈開フロントを開始させて基板中を伝播させることが可能な制御されたエネルギ（例えば空間的分布）及び選択された条件の使用によって、単一の又は複数の劈開領域を使って基板上の劈開プロセスを開始させる。

特定の実施形態では、本発明は、制御された劈開プロセスを使用してドナー基板から材料膜を形成するプロセスを提供する。このプロセスは、エネルギ粒子（例えば、十分な運動エネルギを有する、荷電又は中性の分子、原子、又は電子）をドナー基板の表面を貫通して表面下の選択された深さまで導入するステップを含んでおり、粒子は比較的高い濃度であり、選択された深さの上方のドナー基板材料の厚さ（例えは、分離可能な材料薄膜）を規定するようになっている。ドナー基板材料を劈開するために、本方法は、エネルギをドナー基板の選択された領域へ与えて、ドナー基板中で制御された劈開作用を開始させるが、劈開作用は、劈開フロントの伝播を利用して行われ、ドナー基板の残りの部分からドナー材料を自由にするようになっている。

幾つかの実施形態では、本発明は制御された劈開プロセスを使用してドナー基板材料から材料膜を形成するための方法を提供する。本方法は、単結晶シリコンとＧａＮ又はＳｉＣから成る上層膜とを含む多材料ドナー基板を用意する段階と、多材料ドナー基板の表面を通って単結晶シリコン中の選択された深さまでエネルギ粒子を導入する段階と、ドナー基板の選択された領域にエネルギを与えてドナー基板中に制御された劈開作用を開始させる段階と、伝播する劈開フロントを使用して劈開作用を行い、単結晶シリコン及び上層膜から成る多材料膜をドナー基板の残りの部分から自由にする段階とを含む。

大部分の実施形態では、１つの領域の材料を破断するのに十分なエネルギを材料に与えることによって劈開を開始させ、制御されていない破砕又は亀裂が無い状態で劈開フロントを生じさせる。多くの場合、劈開フロントの形成エネルギ（Ｅ_c）は、材料の破砕又は亀裂を避けるために各領域のバルク材料破壊エネルギ（Ｅ_mat）よりも低くする必要がある。例えば、ダイヤモンド切断における指向性エネルギインパルスベクトル又はガラス切断におけるケガキ線は、劈開フロントの制御された生成及び伝播を可能にするように劈開エネルギを低減させる手段である。劈開フロント自体は高応力領域であり、一旦生成されると、その伝播はこの破断の初期領域からさらに材料を劈開するための低いエネルギを必要とする。劈開フロントを伝播させるのに必要なエネルギは、劈開フロント伝播エネルギ（Ｅ_p）と呼ばれる。この関係を次式のように表すことができる。
Ｅ_c＝Ｅ_p＋［劈開フロント応力エネルギ］

制御された劈開プロセスを、何よりも望ましい方向に沿ってＥ_pを減少させること、及び利用可能なエネルギを他の望ましくない方向のＥ_pよりも低く制限することによって実現する。任意の劈開プロセスでは、多数の劈開フロントが作用するが、唯一の拡張劈開フロントにより劈開プロセスが生じた場合に良好な劈開表面仕上げが行われる。

本発明を使用すると、既存の技術を凌ぐ多数の利点がもたらされる。特に本発明は、多材料がサンドイッチ状に重ねられたフイルムを含むドナー基板から材料薄膜を優先的に劈開するために制御されたエネルギと選択された条件とを使用する。この劈開プロセスは、フイルム又は基板の残りの部分に対する損傷の可能性を防止しながら基板から材料薄膜を選択的に除去する。従って、残りの基板部分を他の用途では繰り返して再利用することができる。

さらに本発明では、他の実施形態によって分離されたフイルム、ドナー基板、又は多材料膜の温度変化を低減させるために、薄膜の制御された劈開プロセス中に比較的低温を使用する。このより低温の手法は、例えば実質的に異なる熱膨脹係数を有する材料の劈開及び接合のようなより多くの材料とプロセス範囲で可能である。他の実施形態では、本発明は基板のエネルギ又は応力を劈開開始エネルギよりも低い値へ制限し、これは一般にランダムな劈開開始位置又はフロントを生成する可能性を取り除く。こうすることで、既存の技術でしばしば生じる劈開損傷（例えば、ピット、結晶欠陥、破損、亀裂、段差、空隙、過剰な粗さ）が低減する。さらに本発明は、既存の技術と比較して、必要以上に高い応力又は圧力効果により生じる損傷とエネルギ粒子により生じる核生成サイトとを低減する。

本発明は、公知のプロセス技術においてこれらの及び他の利点を実現する。しかしながら、本明細書の以下の部分及び添付図面を参照することにより、本発明の本質及び利点をさらに理解することができるであろう。

本発明の実施形態による制御された劈開技術を示す簡略図である。 本発明の実施形態による制御された劈開技術を示す簡略図である。 本発明の実施形態による制御された劈開技術を示す簡略図である。 本発明の実施形態による制御された劈開技術を示す簡略図である。 本発明の実施形態による制御された劈開技術を示す簡略図である。 本発明の実施形態による制御された劈開技術を示す簡略図である。 本発明の実施形態による制御された劈開技術を示す簡略図である。 本発明の実施形態による制御された劈開技術を示す簡略図である。 本発明の実施形態による制御された劈開技術を示す簡略図である。 本発明の実施形態による制御された劈開技術を示す簡略図である。 本発明の実施形態による制御された劈開技術を示す簡略図である。 本発明の別の実施形態による、ドナーウェハから材料薄膜を分離するために流体又はガスの高圧噴射として具現化した動圧を使用した、制御された劈開技術を説明する簡略図である。 本発明の別の実施形態による、ドナーウェハから材料薄膜を分離するために静圧を使用した、制御された劈開技術を説明する簡略図である。 ドナーウェハから材料薄膜を分離するための流体静圧の使用法を説明する簡略図である。 本発明の実施形態による、ＳＯＩ基板を形成する方法を説明する簡略断面図である。 本発明の実施形態による、ＳＯＩ基板を形成する方法を説明する簡略断面図である。 本発明の実施形態による、ＳＯＩ基板を形成する方法を説明する簡略断面図である。 本発明の実施形態による、ＳＯＩ基板を形成する方法を説明する簡略断面図である。 本発明の実施形態による、ＳＯＩ基板を形成する方法を説明する簡略断面図である。

本発明は、薄膜材料及び／又は基板の残りの部分に対する損傷の可能性を防止しながら、基板から材料薄膜を除去するための技術を提供する。例えば、ＳＯＩウェハを形成するために、材料薄膜をターゲット基板に付着させるか、又は付着させることが可能である。また、材料薄膜は、種々の他の用途にも使用することができる。本発明は、以下の図面及び説明を参照することにより、より良く理解されるであろう。

１．制御された劈開技術
図１は、本発明による基板１０の簡略断面図である。図面は単なる例示であり、本発明の請求範囲を限定するものではない。以下の説明はシリコンウェハに関連するが、他の基板を使用することもできる。例えば、基板は、実質的に何らかの単結晶、多結晶、又は非晶質型基板とすることができる。さらに、基板は砒化ガリウム、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ／Ｖ族材料から作ることができる。本発明によれば、多層基板を使用することもできる。多層基板は、ＳＯＩ基板、半導体基板上の種々のサンドイッチ層、及び無数の他の形式の基板を含む。幾つかの実施形態において、多材料ドナー基板は、単結晶シリコンと、ＧａＮ又はＳｉＣから成る上層膜とを含むことができる。単なる一例として、基板１０は除去されることになる材料領域１２を含むシリコンウェハであり、その材料領域１２は基板材料から得られた比較的均一な薄膜である。シリコンウェハ１０は、上面１４、底面１６、及び厚さ１８を含む。また、基板１０は、第１の側面（側面１）と第２の側面（側面２）（これらも図面において以下で参照する）を有する。また、材料領域１２は、シリコンウェハの厚さ１８内に厚さ２０を含む。本発明は、以下の一連のステップを使用して材料領域１２を除去するための新規な技術を提供する。

シリコンウェハの上面１４を通って選択された深さ２４への選択されたエネルギの粒子の注入２２がなされ、材料「薄膜」と呼ばれる、材料領域１２の厚さ２０を規定する。エネルギ粒子をシリコンウェハに注入するために、種々の技術を使用することができる。これらの技術には、例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｅａｔｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｖａｒｉａｎ等の会社で製造されるビームライン・イオン注入装置を使ったイオン注入が含まれる。もしくは、注入は、プラズマ浸漬イオン注入（ＰＩＩＩ）技術を使って行う。プラズマ浸漬イオン注入技術の例は、「Ｒｅｃｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ」 Ｐａｕｌ Ｋ．Ｃｈｕ，ａｎｄ Ｎａｔｈａｎ Ｗ．Ｃｈｅｕｎｇ，ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ，１６５‐１７２頁，１９９６年６月、及び「Ｐｌａｓｍａ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ‐Ａ Ｆｌｅｄｇｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，」，Ｐ．Ｋ．Ｃｈｕ，Ｓ．Ｑｉｎ，Ｃ．Ｃｈａｎ，Ｎ．Ｗ．Ｃｈａｎ，ａｎｄ Ｌ．Ａ．Ｌａｒｓｏｎ，ＭａｔｅｒｉａｌＳ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＲＥＰＯＲＴＳ：Ａ ＲＥＶＩＥＷ ＪＯＵＲＮＡＬ，２０７‐２８０頁，Ｒ１７巻，Ｎｏ．６‐７（１９９６年１１月３０日）に記載されており、これらは全ての目的のために引用により本明細書に組み込まれている。もちろん、使用される技術は用途に依存する。

用途に応じて、材料領域１２への損傷の可能性を低減するために、より小さい質量の粒子が一般に選択される。すなわち、より小さい質量の粒子は、通過する材料領域に実質的に損傷を与えることなく、基板材料を通過して選択された深さまで容易に移動する。例えば、より小さい質量の粒子（又はエネルギ粒子）は、実質的に何らかの荷電（例えば、正又は負）及び／又は中性の原子、又は分子、又は電子等とすることができる。具体的な実施形態では、粒子は、水素及びその同位体のイオンのようなイオンと、ヘリウム及びその同位体のような希ガスイオンと、ネオンとを含む中性及び／又は荷電粒子とすることができる。また、粒子は、例えば水素ガス、水蒸気、メタン、及び水素化合物といったガス及び、他の軽い原子質量粒子から得ることができる。もしくは、粒子は、前記の粒子、及び／又はイオン及び／又は分子種及び／又は原子種の任意の組み合わせとすることができる。粒子は通常、表面を通って表面下の選択された深さまで貫通するに十分な運動エネルギを有する。

一例としてシリコンウェハに注入する化学種として水素を使用して、注入プロセスは特定の条件セットを使用して実行される。注入ドーズ量は、約１０¹⁵から約１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の範囲であり、好ましくは、ドーズ量は約１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²よりも大きい。注入エネルギは、約１ＫｅＶから約１ＭｅＶの範囲であり、通常は約５０ＫｅＶである。注入温度は、約−２００℃から約６００℃の範囲であり、実質的な量の水素イオンが注入シリコンウェハから外に拡散すること及び注入された損傷と応力とをアニールする可能性を防止するために、好ましくは約４００℃以下である。水素イオンを、シリコンウェハの中へ選択された深さまで、約＋／−０．０３から＋／−０．０５μｍの精度で選択的に導入することができる。もちろん、使用するイオンのタイプ及びプロセス条件はその用途に依存する。

実効的に、注入された粒子は応力を付加し、又は選択された深さで基板上面に平行な平面に沿って破壊エネルギを減少させる。そのエネルギは、部分的に注入化学種及び条件に依存する。これらの粒子は、選択された深さでの基板の破壊エネルギレベルを減少させる。これにより、選択された深さでの注入平面の沿った制御された劈開が可能となる。全ての内部位置での基板のエネルギ状態が基板材料の不可逆破壊（つまり、剥離又は劈開）を起こすには不十分な条件の下で、注入を行うことができる。しかしながら、注入は一般的に、後続の熱処理、例えば熱アニール又は急速熱アニールにより、通常は少なくとも部分的に修復することが可能なある量の欠陥（例えば、微小欠陥）を基板中に生じさせることに留意されたい。

図２は、本発明による注入基板１０の断面に沿った簡略エネルギ図２００である。この図面は単なる例示であり、本発明の請求範囲を限定するものではない。簡略図は、基板中に劈開を生じさせるエネルギレベル（Ｅ）（又は付加的なエネルギ）を表す縦軸２０１を含む。横軸２０３は、ウェハの底部から上部までの深さ又は距離を表す。粒子をウェハに注入した後、基板はＥ２０５として表わされる平均劈開エネルギを有し、これはウェハ深さに沿った種々の断面領域に沿ってウェハを劈開するのに必要なエネルギ量である。劈開エネルギ（Ｅ_c）は、非注入領域のバルク材料破壊エネルギ（Ｅ_mat）に等しい。選択された深さ２０では、注入された粒子が本質的に結晶構造の結合を破壊又は脆弱にし（又は、粒子の存在により生じる応力の増大も基板のより低いエネルギ（Ｅ_cz）２０７に寄与する）、選択された深さで基板を劈開するために必要なエネルギ量を低下させるので、エネルギ（Ｅ_cz）２０７はより低い。本発明は、制御された方法で薄膜を劈開するために、選択された深さでのより低いエネルギ（又は増大した応力）を利用する。

しかしながら、基板は一般に、注入プロセスの後で可能な劈開フロント又は選択された深さを横切る欠陥又は「脆弱」領域を免れない。このような場合には、基板はバルク材料の不均一性、内部応力、欠陥等のランダム変動を受けるので、一般に劈開を制御することはできない。図３は、これらの欠陥を有する注入基板１０に関する劈開フロントを横切る簡略エネルギ図３００である。図３００は単なる例示であり、本発明の請求範囲を限定するものではない。図は、付加的なエネルギ（Ｅ）を表す縦軸３０１と、基板の側面１から側面２までの距離を表す横軸３０３とを有しており、横軸は基板の劈開フロントに沿った領域を表す。図に示すように、劈開フロントは、それぞれ領域１及び領域２として表す２つの領域３０５及び３０７を有しており、この領域は平均劈開エネルギ（Ｅ_cz）２０７より小さい劈開エネルギを有する（おそらく、高濃度の欠陥等による）。従って、各領域は周りの領域よりも低い劈開エネルギを有するので、劈開プロセスは前記領域の一方又は両方で始まる可能性が高い。

前記の図３で説明した基板に対する劈開プロセスの例は、図４を参照して以下に説明する。図４は、注入された基板の中を伝播する複数の劈開フロント４０１、４０３の簡略上面図４００である。劈開フロントは、詳細には領域１及び２を含む劈開平面の「より脆弱な」領域で始まる。劈開フロントが発生して矢印で示すようにランダムに伝播する。複数の劈開フロント間でのランダムな伝播を利用することについての制約は、異なる劈開フロントを僅かに異なる平面に沿って合流させる可能性、又は亀裂の形成の可能性であり、以下に詳細に説明する。

図５は、複数の劈開フロント、例えば領域１（３０５）及び領域２（３０７）を有するウェハから劈開された膜の簡略断面図５００である。この図面は単なる例示であり、本発明の請求範囲を限定するものではない。図に示すように、僅かに異なる平面に沿って定められる領域３（３０９）で領域２からの劈開と合流した領域１からの劈開は、膜に沿って二次的な劈開又は亀裂３１１を生じる場合がある。差異３１３の大きさによっては、膜は集積回路又は他の用途向けの基板製造で使用するには十分な品質ではない場合がある。亀裂３１１を有する基板を加工に使用することはできない。従って、ランダムな方法で複数の劈開フロントを使ってウェハを劈開することは一般に望ましくない。ランダムな方法で複数の劈開フロントを形成する技術の一例は、Ｍｉｃｈｅｌ Ｂｒｕｅｌ（「Ｂｒｕｅｌ」）のフランス原子力エネルギ庁に与えられた米国特許第５，３７４，５６４号に記載されている。Ｂｒｕｅｌは、熱的に活性化された拡散を使って全体的な熱処理（すなわち、注入全平面を熱的に処理すること）によって、注入されたウェハを劈開する技術を説明している。基板の全体的な熱処理は、一般的に独立して伝播する複数の劈開フロントを引き起こす。一般的に、Ｂｒｕｅｌは、望ましくない結果を生ずる可能性がある、全体的な熱処理による劈開作用を開始させて維持することによる「制御不能」な劈開作用に関する技術を開示している。これらの望ましくない結果は、劈開フロントの不完全な合流、劈開を維持するためのエネルギレベルが必要量を超過するので劈開材料の表面で過剰に粗い表面仕上がり等の潜在的な問題が含む。本発明は、注入された基板のエネルギの制御された分布又は選択的な位置決めにより、ランダムな劈開フロントの形成を克服するものである。

図６は、本発明による、劈開エネルギの選択的位置決めを使った注入された基板１０の簡略断面図である。この図は単なる例示であり、本発明の請求範囲を限定するものではない。注入されたウェハは、選択された深さでの材料領域１２の制御された劈開作用をもたらす、選択的なエネルギの配置、又は位置決め、又はターゲッティングステップを受ける。１つのインパルス又は複数のインパルスは、エネルギソースを使用して与えられる。ソースの例としては、特に化学的ソース、機械的ソース、電気的ソース、熱シンク又はソースを含む。化学的ソースは、粒子、流体、ガス、又は液体を含むことができる。これらのソースは、材料領域中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。化学的ソースを、フラッド、時間的変動、空間的変動、又は連続的なものとして導入される。別の実施形態では、機械的ソースは、回転運動、並進運動、圧縮、膨張、又は超音波のエネルギから得る。機械的ソースは、フラッド、時間的変動、空間的変動、又は連続的なものとして導入することができる。さらに別の実施形態では、電気的ソースは、印加される電圧又は印加される電磁場から選択して、フラッド、時間的変動、空間的変動、又は連続的なものとして導入される。さらに別の実施形態では、熱的ソース又はシンクは、放射、対流、又は伝導から選択される。この熱的ソースを、特に光子ビーム、流体噴射、液体噴射、ガス噴射、電場／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、流体噴射、液体噴射、ガス噴射、極低温流体、超冷却液体、熱電冷却手段、電場／磁場等から選択することができる。前述の実施形態と同様に、熱的ソースは、フラッド、時間的変動、空間的変動、又は連続的なものとして与えられる。さらに、前述の実施形態のいずれも、用途に応じて組合わせること又は分割することができる。もちろん、使用するソースのタイプは用途に依存する。

特定の実施形態では、本発明は制御された伝播劈開を提供する。制御された伝播劈開は、図７で説明するように、多数の連続したインパルスを使用して劈開プロセス７００を開始させ、おそらく伝播させる。この図は単なる例示であり、本発明の請求範囲を限定するものではない。図示するように、インパルスは基板のエッジに導かれ、基板から材料層を除去するために基板の中心方向に劈開フロントを伝播する。この実施形態では、ソースは多数のパルス（すなわちパルス１、２、及び３）を連続的に基板に加える。劈開作用を開始するために、パルス１（７０１）は基板のエッジ７０３に導かれる。また、パルス２（７０５）は、劈開フロントを拡張するためにパルス１の片側のエッジ７０７に導かれる。さらに材料層を基板から除去するために、拡張された劈開フロントに沿ってパルス３ ７０９はパルス１の反対側のエッジ７１１に導かれる。これらのインパルス又はパルスの組み合わせは、基板からの材料層の制御された劈開作用７１３を与える。

図８は、制御された伝播劈開用の前述の実施形態におけるパルスから選択されたエネルギ８００の簡略図である。この図は単なる例示であり、本発明の請求範囲を限定するものではない。図示するように、パルス１は、平均劈開エネルギ（Ｅ）を超えるエネルギレベルを有し、これは劈開作用の開始に必要なエネルギである。パルス２及び３は、劈開作用を維持又は持続するために劈開フロントに沿って低いエネルギレベルを使用して作る。特定の実施形態では、パルスはレーザーパルスであり、入射ビームはパルスによって基板の選択された領域を加熱し、熱パルス勾配は補足的な応力を生成し、これらは一緒になって劈開形成又は伝播エネルギを超えて単一の劈開フロントを生成する。好ましい実施形態では、入射ビームは同時に加熱と熱パルス勾配をもたらし、これは劈開エネルギ形成又は伝播エネルギを超える。さらに好ましくは、入射ビームは同時に冷却と熱パルス勾配をもたらし、これは劈開エネルギ形成又は伝播エネルギを超える。

随意的に、基板の内部エネルギ状態又は応力は、劈開作用を開始するのに必要なエネルギレベルの方向に全体的に上昇させることができるが、本発明によって基板に多数の連続的なインパルスを導く前に劈開作用を開始するのには十分ではない。化学的、機械的、熱的（シンク又はソース）、又は電気的等の種々のソースを単独に又は組み合わせて使用することにより、基板の全体的なエネルギ状態を上昇または降下させることができる。化学的ソースは、粒子、流体、ガス、又は液体のような種々のものを含むことができる。これらのソースはまた、材料領域中の応力を増加させるための化学反応を含むことができる。化学的ソースは、フラッド、時間的変動、空間的変動、又は連続的なものとして導入する。他の実施形態では、機械的ソースは、回転運動、並進運動、圧縮、膨張、又は超音波のエネルギから得る。機械的ソースは、フラッド、時間的変動、空間的変動、又は連続的なものとして導入することができる。さらに別の実施形態では、電気的ソースは、印加される電圧、又は印加される電磁場から選択し、フラッド、時間的変動、空間的変動、又は連続的なものとして導入する。さらに別の実施形態では、熱的ソース又はシンクは、放射、対流、又は伝導から選択する。この熱的ソースは、特に光子ビーム、流体噴射、液体噴射、ガス噴射、電場／磁場、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、流体噴射、液体噴射、ガス噴射、低温流体、超冷却液体、熱電冷却手段、電場／磁場等から選択することができる。前述の実施形態と同様に、熱的ソースは、フラッド、時間的変動、空間的変動、又は連続的なものとして与えられる。さらに、前述の実施形態のいずれも用途に応じて組み合わせること又は分割することが可能である。もちろん、使用するソースのタイプも用途に依存する。前述したように、広範囲なソースは、制御された劈開作用を開始するためのエネルギを供給する前に、材料領域中で劈開作用を開始させることなく、材料領域中のエネルギ又は応力のレベルを増加させる。

特定の実施形態では、エネルギソースは基板劈開面のエネルギレベルを劈開フロントの伝播エネルギを超えて上昇させるが、劈開フロントの自己開始を引き起こすには十分ではない。特に、熱又は熱の無い形態（例えば冷却ソース）での熱エネルギソース又はシンクは、劈開フロントを開始させることなく、基板のエネルギ状態又は応力レベルを増加させるために、基板に全体的に加えることができる。もしくは、エネルギソースは、電気的、化学的、又は機械的とすることができる。導かれたエネルギソースは、劈開フロントを開始させるために、基板材料の選択された領域へエネルギを与え、劈開フロントは、材料薄膜を除去されるまで基板の注入領域を通って自己伝播する。劈開作用を開始させるために、種々の技術を使用することができる。これらの技術を以下に図面を通して説明する。

図９は、本発明の一態様による、単一の制御されたソースを使用する、制御された劈開作用に関するエネルギ状態９００の簡略図である。この図は単なる例示であり、本発明の請求範囲を限定するものではない。この実施形態では、基板のエネルギレベル又は状態は、広範囲なエネルギソースを使用して劈開フロントの伝播エネルギ状態を超えて上昇させるが、このエネルギレベルは劈開フロントの開始に必要なエネルギ状態よりも低い。劈開フロントを開始させるために、レーザーのようなエネルギソースはビームをパルス形態で基板のエッジに導いて劈開作用を開始する。もしくは、エネルギソースは、冷却媒体をパルス形態で基板のエッジに導き劈開作用を開始させる、冷却流体（例えば液体、ガス）である。広範囲なエネルギソースは、一般的に開始エネルギより低いエネルギレベルを必要とする劈開作用を維持する。

本発明の別の態様を図１０及び１１で説明する。図１０は、回転力１００１と１００３を受ける注入された基板１０００の簡略図である。この図は単なる例示であり、本発明の請求範囲を限定するものではない。図示するように、基板は上面１００５、底面１００７、及び選択された深さの注入された領域１００９を含む。エネルギソースは、光ビーム又は熱的ソースを使用して基板の全体的なエネルギレベルを劈開フロントの伝播エネルギ状態を超えて上昇させるが、このエネルギレベルは劈開フロントを開始するために必要なエネルギ状態よりは低い。基板は上面で時計回りに回転する回転力１００１及び下面で反時計回りに回転する回転力１００３を受け、注入された領域１００９に応力が発生して劈開フロントが開始する。もしくは、上面は反時計回りの回転力を受け、底面は時計回りの回転力を受ける。もちろん、この実施形態では力の方向は一般に問題とならない。

図１１は、本発明による、回転力を使用する制御された劈開作用に関するエネルギ状態の簡略図である。この図は単なる例示であり、本発明の請求範囲を限定するものではない。前述のように、基板のエネルギレベル又は状態は、広範囲なエネルギソース（例えば熱、ビーム）を使用して、劈開フロントの伝播エネルギ状態を超えて上昇させるが、このレベルは劈開フロントの開始に必要なエネルギ状態よりも低い。劈開フロントを開始させるために、注入された領域に加えられる回転力のような機械的なエネルギ手段によって劈開フロントが開始する。特に、基板の注入された領域に加えられる回転力は、基板の中心ではゼロ応力、外周では本質的に半径に比例して最大応力を生成する。この例では、中心部の開始パルスは基板を劈開するための半径方向に拡張する劈開フロントを生じる。

除去された材料領域は、加工用のシリコン材料薄膜を提供する。シリコン材料は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板で使用するために、限定された表面粗さ及び所望の平坦度特性を有する。特定の実施形態では、取り外した膜の表面粗さは約６０ｎｍ未満、又は約４０ｎｍ未満、又は約２０ｎｍ未満の特徴をもつ。従って、本発明は既存の技術よりも滑らかで均一な薄膜のシリコンを提供する。

特定の実施形態では、エネルギソースは本発明の実施形態により加圧（例えば圧縮）された流体噴射とすることができる。図１２Ａは、本発明の実施形態による制御された劈開プロセスを行うために使用される流体ノズル６０８からの流体噴射の簡略断面図を示している。流体噴射６０７（又は液体噴射、又はガス噴射）は基板１０のエッジ領域に衝突し、制御された劈開プロセスを開始させる。例えば機械的、化学的、熱的な力を使用して、基板１０からある厚さの材料領域１２を劈開させるために、圧縮又は加圧された流体ソースからの流体噴射を選択された深さ６０３にある領域に導く。図示するように、流体噴射は、基板１０を選択された深さ６０３で相互に分離している領域６０９及び領域６１１を含む２つの領域に分割する。また、基板１０から材料１２を分離するために、制御された劈開プロセスを開始して維持するように、流体噴射を調節することもできる。用途に応じて、流体噴射は、所望の制御された劈開プロセスを達成するために、方向、位置、及び大きさを調節することができる。流体噴射は、液体噴射又はガス噴射、又は液体とガスの組み合わせとすることができる。流体噴射は、環境（つまり室内）温度で基板から薄膜を分離することができるが、分離プロセスを促進するために、基板及び／又は噴射を加熱又は冷却することもできる。

好ましい実施形態では、エネルギソースは、例えば静的な圧縮流体のような圧縮性ソースである。図１２Ｂは、本発明の実施形態による圧縮流体ソース６０７の簡略断面図を示している。圧縮流体ソース６０７（例えば、加圧された液体、加圧されたガス）を、基板１０の外周又はエッジを取り囲む密閉チャンバー６２１に供給する。図示するように、チャンバーは装置６２３によって囲まれており、装置６２３は、例えばＯリング６２５等により密閉され、基板の外側エッジを取り囲んでいる。チャンバーの圧力は、注入された材料の選択された深さでの制御された劈開プロセスを開始するために基板１０のエッジ領域に加えられる圧力ＰＣに維持される。基板の外面又は表面は、大気圧、例えば１気圧以下とすることができる圧力ＰAに維持される。高いチャンバーの圧力と大気圧との間に差圧が存在する。この差圧は、選択された深さ６０３の注入された領域に力を加える。選択された深さの注入された領域は、任意の結合された領域を含む周囲領域よりも構造的に脆弱である。制御された劈開プロセスが開始されるまで、差圧により力が加えられる。制御された劈開プロセスは、基板材料６１１から所定の厚さの材料６０９を分離して、選択された深さで基板材料から材料を引き裂く。さらに、圧力ＰＣは「てこの作用」によって材料領域12を基板材料６１１から分離させる。劈開プロセス中、基板１０から材料１２を分離するために、制御された劈開プロセスを開始して維持するように、チャンバー内の圧力を調節することもできる。用途に応じて、所望の制御された劈開プロセスを達成するために、圧力の大きさを調節することができる。流体圧力は、液体又はガス、又は液体とガスの組み合わせから得ることができる。随意的に、ピン又はブレードからの機械的な力は、劈開プロセスを開始するために注入される領域のエッジに加えることができ、これにより一般的に、チャンバーとその周囲との間で必要な最大差圧を低減することができる。

好ましい実施形態では、本発明は既存の技術で使用される温度よりも低い温度で実行される。特に、本発明は、既存の技術のように劈開作用を開始して維持するために基板全体の温度を上げることを必要としない。シリコンウェハと水素注入に関する実施形態において、基板温度は劈開プロセス中に約４００℃を超えない。もしくは、基板温度は劈開プロセス中に約３５０℃を超えない。もしくは、基板温度は熱シンク、例えば冷却流体、極低温流体により実質的に注入温度よりも低温に維持される。従って、本発明は、ランダムな劈開フロントからの過剰なエネルギ放出による不必要な損傷の可能性を低減し、これにより一般的に、取り外された膜及び／又は基板の表面品質を改善する。従って、本発明は、高い全収率と品質で、結果として生じる膜を基板上に提供する。

前述の実施形態は、基板から材料薄膜を劈開することに関して説明される。しかしながら、制御された劈開プロセスの前に補強部材等の加工物の上に基板を配置することができる。工作物は、制御された劈開プロセス中に材料薄膜に対して構造上の支持を提供するために、基板の上面又は注入された表面に結合する。工作物は、種々の接合又は結合技術、例えば静電気、接着剤、原子間結合を使用して基板に結合させることができる。これらの接合技術のいくつかを本明細書で説明する。工作物は、誘電材料（例えば、石英、ガラス、サファイヤ、窒化シリコン、二酸化シリコン）、導電材料（シリコン、炭化シリコン、ポリシリコン、ＩＩＩ／Ｖ族材料、金属）、及びプラスチック（例えば、ポリイミドベースの材料）から作ることができる。もちろん、使用される工作物のタイプは用途に依存することになる。

もしくは、取り外される膜を有する基板は、制御された劈開プロセスの前に補強部材等のような搬送基板上に一時的に配置することができる。制御された劈開プロセス中に材料薄膜に対する構造的な支持をもたらすために、膜を有する基板の上面又は注入される表面に搬送基板を結合する。種々の接合又は結合技術、例えば静電気、接着剤、原子間結合を使用して、膜を有する基板に搬送基板を一時的に結合することができる。これらの接合技術のいくつかを本明細書で説明する。搬送基板は、誘電材料（例えば、石英、ガラス、サファイヤ、窒化シリコン、二酸化シリコン）、導電材料（シリコン、炭化シリコン、ポリシリコン、ＩＩＩ／Ｖ族材料、金属）、プラスチック（例えば、ポリイミドベースの材料）から作ることができる。もちろん、使用される搬送基板のタイプは用途に依存することになる。さらに、制御された劈開プロセスの後で劈開された基板から材料薄膜を除去するために、搬送基板を利用することができる。

２．シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）プロセス
本発明によるシリコン・オン・インシュレータ基板を製造するためのプロセスを以下に簡単に説明する。
（１）ドナーシリコンウェハ（誘電材料で被覆されていてもよい）を準備し、
（２）シリコン膜の厚さを規定する選択された深さまでシリコンウェハ中に粒子を導入し、
（３）ターゲット基板材料（誘電材料で被覆されていてもよい）を準備し、
（４）注入された表面をターゲット基板材料に結合することによってドナーシリコンウェハをターゲット基板材料に接合し、
（５）劈開作用を開始することなく選択された深さでの注入領域の全体的な応力（又はエネルギ）を増大させ（任意）、
（６）選択された深さでの制御された劈開作用を開始させるために接合された基板の選択された領域に応力（又はエネルギ）を与え、
（７）制御された劈開作用を持続するように接合された基板に付加的なエネルギを与えて、シリコンウェハからシリコン膜の厚さを除く（任意）、
（８）ドナーシリコンウェハのターゲット基板との接合を完了し、
（９）シリコン膜の厚さの表面を研磨する。

前記の一連のステップは、本発明によって劈開フロントを形成するために、多層基板構造の選択された領域へ与えるエネルギを使用して、制御された劈開作用を開始するステップを提供する。この開始ステップは、基板に与えるエネルギ量を制限することにより制御された方法で劈開プロセスを開始する。さらに劈開作用の伝播は、劈開作用を持続するために基板の選択された領域へ付加的なエネルギを与えることにより、又はさらに劈開作用の伝播のために開始ステップからのエネルギを使用することにとって行うことができる。この一連のステップは単なる一例であり、本明細書で規定する請求の範囲を限定するものではない。前述の一連のステップに関するさらなる詳細は、図１３−１８を参照して以下に説明する。

図１３−１８は、本発明によるＳＯＩウェハの製造プロセスが行われる基板の簡略断面図である。このプロセスは、図１３に示すようにシリコンウェハ２１００と類似した半導体基板を準備することで始まる。基板又はドナーは、除去される材料領域２１０１を含んでおり、これは基板材料から得られる比較的均一な薄膜である。シリコンウェハは上面２１０３、底面２１０５、及び厚さ２１０７を含んでいる。また、材料領域は、シリコンウェハの厚さ２１０７内に厚さ（Ｚ₀）を含んでいる。必要に応じて、誘電体層２１０２（例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン）は基板の上面を覆っている。本発明のプロセスは、ＳＯＩウェハの製造のために、以下の一連のステップを使用して材料領域２１０１を除去するための新規な技術を提供する。

選択されたエネルギ粒子２１０９は、シリコンウェハの上面を通って選択された深さまで注入され、その深さは材料の薄膜と呼ばれる材料領域の厚さを規定する。図示するように、粒子は選択された深さ（ｚ₀）で所望の濃度２１１１を有する。エネルギ粒子をシリコンウェハ中に注入するために種々の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等の会社で製造されるビームラインイオン注入装置を使用したイオン注入が含まれる。もしくは、プラズマ浸潰イオン注入（ＰＩＩＩ）技術を使用して注入を行うこともできる。もちろん使用される技術は用途に依存する。

用途によっては、材料領域への損傷の可能性を低減するために、より小さい質量の粒子を一般的に選択する。すなわち、より小さい質量の粒子は、粒子が通過する材料領域に実質的な損傷を与えることなく、選択された深さまで容易に基板材料中を移動する。例えば、より小さい質量の粒子（又はエネルギ粒子）は、実質的に何らかの荷電（例えば、正又は負）及び／又は中性の原子、又は分子、又は電子等とすることができる。具体的な実施形態では、粒子は、水素及びその同位体のイオンのようなイオンと、ヘリウム及びその同位体のような希ガスイオンと、ネオンとを含む中性及び／又は荷電粒子とすることができる。また、粒子は、ガス、例えば水素ガス、水蒸気、メタン、及び水素化合物のような化合物、及び他の軽い原子質量粒子から得ることができる。もいくは、粒子は前記の粒子、及び／又はイオン及び／又は分子化学種及び／又は原子化学種の任意の組み合わせとすることができる。

プロセスは、図１４に説明するように注入されたシリコンウェハ2100を工作物2201又はターゲットウェハに結合するステップを使用する。工作物は、誘電材料（例えば、石英、ガラス、サファイヤ、窒化シリコン、二酸化シリコン）、導電材料（シリコン、炭化シリコン、ポリシリコン、ＩＩＩ／Ｖ族材料、金属）、及びプラスチック（例えば、ポリイミドベースの材料）から作られる基板のような、種々の他のタイプの基板とすることができる。しかしながら、本実施例では、工作物はシリコンウェハである。

特定の実施形態では、シリコンウェハ同士を低温熱工程を使って結合又は融着する。低温熱工程は一般に、注入された粒子が制御できない劈開作用を生じる場合のある過剰な応力を材料領域に与えないことを保証する。１つの態様において、低温接合プロセスは自己接合プロセスにより生じる。特に、１つのウェハは、酸化物を除去するために剥離される（又は、１つのウェハは酸化しない）。洗浄液は、ウェハ表面を処理してウェハ表面にＯ‐Ｈ結合を形成する。ウェハ洗浄に使用される溶液の例は、Ｈ₂Ｏ₂‐Ｈ₂ＳＯ₄の混合物である。ドライヤは、何らかの残留した液体又は粒子をウェハ表面から除去するためにウェハ表面を乾燥させる。自己接合は、酸化されたウェハの面に洗浄されたウェハの面を対向配置させることにより行われる。

もしくは、自己接合プロセスは、プラズマ洗浄によって、接合されることになるウェハ表面の一方を活性化することによって行われる。特に、プラズマ洗浄は、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得られるプラズマを使用してウェハ表面を活性化する。活性化されたウェハ表面２２０３を、表面に酸化物２２０５を有する他方のウェハの面に対向配置させる。ウェハは、露出されたウェハ面を有するサンドイッチ構造である。選択された量の圧力をウェハの各露出面に加えて、一方のウェハを他方のウェハへ自己接合させる。

もしくは、ウェハ表面に配置した接着剤を一方のウェハを他方のウェハに接合するために使用する。接着剤は、エポキシ、ポリイミドタイプの材料等を含む。スピンオンガラス層は、１つのウェハ表面を別のウェハの面に接合するために使用することができる。これらのスピンオンガラス（「ＳＯＧ」）材料は、特にシロキサン又はケイ酸塩を含み、これらは多くの場合、アルコールベースの溶剤等と混合される。ＳＯＧは、ウェハ表面に施工した後に硬化させるために、多くの場合に低温（例えば、１５０から２５０℃）が必要とされるので、望ましい材料である。

もしくは、ドナーウェハをターゲットウェハに結合するために、種々の他の低温技術を使用することができる。例えば、静電接合技術は、２つのウェハを結合するために使用することができる。特に、一方又は両方のウェハ表面は、他方のウェハ表面に引き付けるためにを帯電させる。さらに、種々の一般に公知の技術を用いて、ドナーウェハをターゲットウェハに融着させることができる。もちろん、使用する技術は用途に依存する。

図１５に示すようにウェハをサンドイッチ構造２３００に接合した後、本方法は、絶縁体２３０５の上にある基板材料の薄膜２１０１をターゲットシリコンウェハ２２０１に与えるために基板材料を除去するための、制御された劈開作用を含んでいる。制御された劈開は、ドナー及び／又はターゲットウェハへのエネルギソースの選択的なエネルギの配置、又は位置決め、又はターゲッティング２３０１、２３０３により行われる。例えば、劈開作用を開始させるためにエネルギインパルスを使用することができる。特に機械的ソース、化学的ソース、熱シンク又はソース、電気的ソースを含むエネルギソースを使用して、１つのインパルス（又は複数のインパルス）を与える。

制御された劈開作用は、前述の技術等により開始され、図１５により説明する。例えば、制御された劈開作用を開始するためのプロセスは、基板中の選択された深さ（ｚ₀）で制御された劈開作用を開始するために、基板の選択された領域にエネルギ２３０１と２３０３を与えるステップを使用し、ここでは基板から除去する基板材料の一部を自由にするために、伝播する劈開フロントを使用して劈開作用を行う。特定の実施形態では、この方法は前述したように、劈開作用を開始するために単一のインパルスを使用する。もしくは、この方法は開始インパルスを使用し、これに続いて基板の選択された領域への別のインパルス又は連続的なインパルスを与える。もしくは、この方法は、基板に沿って走査されるエネルギによって維持される劈開作用を開始するためにインパルスを与える。もしくは、基板の選択された領域を横切ってエネルギを走査して、制御された劈開作用を開始及び／又は持続することができる。

随意的に、基板材料のエネルギ又は応力は、劈開作用を開始するのに必要なエネルギレベルの方向にを増大させるが、本発明によって基板に１つのインパルス又は複数の連続的なインパルスを導く前に劈開作用を開始させるのには十分ではない。基板の全体的なエネルギ状態は、化学的、機械的、熱的（シンク又はソース）、又は電気的等のような種々のソースを単独で又は組み合わせて使用することにより、上昇または降下させることができる。化学的ソースは、粒子、流体、ガス、又は液体を含むことができる。これらのソースは、材料領域中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。化学的ソースは、フラッド、時間的変動、空間的変動、又は連続的なものとして導入する。別の実施形態では、機械的ソースは、回転運動、並進運動、圧縮、膨張、又は超音波のエネルギから得る。機械的ソースは、フラッド、時間的変動、空間的変動、又は連続的なものとして導入することができる。さらに別の実施形態では、電気的ソースは、印加される電圧又は印加される電磁場から選択し、フラッド、時間的変動、空間的変動、又は連続的なものとして導入する。さらに別の実施形態では、熱的ソース又はシンクは、放射、対流、又は伝導から選択する。この熱的ソースは、特に光子ビーム、流体噴射、液体噴射、ガス噴射、電場／磁場、電子ビーム、熱電加熱、炉から選択することができる。熱シンクは、流体噴射、液体噴射、ガス噴射、極低温流体、超冷却液体、熱電冷却手段、電場／磁場等から選択することができる。前述の実施形態と同様に、熱的ソースは、フラッド、時間的変動、空間的変動、又は連続的なものとして与える。さらに、前述の実施形態のいずれも、用途に応じて組み合わせること又は分割するこができる。もちろん、使用するソースのタイプは用途に依存する。前述したように、広範囲なソースは、制御された劈開作用を開始するためのエネルギを与える前に、材料領域中で劈開作用を開始させることなく、材料領域中のエネルギ又は応力のレベルを増加させる。

好ましい実施形態では、この方法は、粒子を基板に導入する温度よりも低い温度を維持する。幾つかの実施形態において、劈開作用の伝播を開始するためのエネルギを導入するステップ中に、基板温度を−２００℃と４５０℃の間に維持する。基板温度を４００℃未満又は３５０℃未満の温度に維持することも可能である。好ましい実施形態では、この方法は、劈開作用の開始及び維持に熱シンクを使用し、これは室温よりかなり低温の条件で発生する。

図１６に説明するように、幾つかの実施形態によってターゲットウェハ２２０１と材料領域の薄膜２１０１との間に最終的な接合ステップが行われる。１つの実施形態では、一方のシリコンウェハは二酸化シリコンの被覆層を有し、この層は図１４に示すように材料薄膜を劈開する前に表面を覆って熱的に成長させたものである。二酸化シリコン２２０５は、種々の他の技術、例えば化学気相成長法を使用して形成することもできる。各ウェハ表面の間の二酸化シリコン２２０５は、このプロセスで熱的に互いに融着する。

幾つかの実施形態において、ターゲットウェハ又は材料領域の薄膜のいずれかから（ドナーウェハからの）の酸化シリコン表面は、さらに一緒に加圧され、酸化雰囲気２４０１に曝される。酸化雰囲気は、スチーム酸化、水素酸化等用の拡散炉内とすることができる。圧力と酸化雰囲気との組み合わせは、酸化物表面又は界面２３０５でシリコン材料の薄膜２１０１をターゲットシリコンウェハ２２０１に融着する。これらの実施形態は、高温（例えば７００℃）を必要とする場合が多い。

もしくは、２つのシリコン表面はさらに一緒に加圧され、２つのウェハ間に印加された電圧を受ける。印加された電圧は、ウェハの温度を上昇させてウェハ間の接合を誘発する。この技術は、各ウェハの間の接合動作を開始するために実質的に有意な機械的な力を必要としないので、接合プロセス中にシリコンウェハ中へ導入される結晶欠陥の量を制限する。もちろん、使用される技術は用途に依存する。

ウェハを接合した後、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）は図１４にも説明するように、シリコン材料の上層膜２１０１と、ターゲット基板２２０１とシリコンウェハ２１００との間に挟まれた酸化物層２２０５とを有するターゲット基板を備える。シリコン材料膜の取り外された表面は粗く２４０４、表面仕上げを必要とする場合が多い。表面仕上げは、研削及び／又は研磨技術の組み合わせを使って行われる。幾つかの実施形態において、取り外された表面は、例えば、取り外された表面上に配置される研磨材を回転させて、表面の不完全性又は粗さを取り除くような技術を使った研削工程を受ける。Ｄｉｓｃｏと呼ばれる会社で製造される「裏面研削装置」のような機械は、この技術を可能にする。

もしくは、化学的機械的研磨又は平坦化（ＣＭＰ）技術は、図１７で説明するように、膜の取り外された表面を仕上げる。ＣＭＰでは、回転するプラテン２５０３に取り付けられる研磨表面２５０１にスラリー混合物を直接加える。このスラリー混合物は、スラリーソースに接続されたオリフィスを通して研磨表面に移送させることができる。スラリーは、研磨剤と酸化剤、例えばＨ₂Ｏ₂、ＫＩＯ₃、硝酸鉄を含む溶液である場合が多い。研磨剤は、ホウケイ酸ガラス、二酸化チタン、窒化チタン、酸化アルミ、三酸化アルミ、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、黒鉛、ダイヤモンド、およびそれらの任意の混合物である場合が多い。この研磨剤は、脱イオン水及び酸化剤等の溶液中で混合される。好ましくは、溶液は酸性である。

この酸性溶液は一般に、研磨プロセス中にウェハからのシリコン材料と相互作用する。研 磨プロセスでは、好ましくはポリウレタン研磨パッドを使用する。この研磨パッドの一例は、Ｒｏｄｅｌ社で製造され、ＩＣ‐１０００の商標名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させる。膜を有するターゲットウェハをピックアップするキャリアヘッドは、選択された力が膜に加わるようにターゲットウェハの裏面に選択された量の圧力を加える。研磨プロセスは、ほぼ選択された量の膜材料を除去し、図１８に示すように、後続の工程のために比較的滑らかな膜表面２６０１を提供する。

特定の実施形態では、酸化物の薄膜２４０６は、図１６に説明するようにターゲットウェハの上に横たわる材料膜を覆っている。酸化物層は、熱アニール工程中に生じ、このことは材料膜をターゲットウェハに永久に接合させるものとして前記に説明されている。これらの実施形態では、最初に酸化物を除去するために仕上げプロセスを選択的に調節し、続いて膜を研磨することでプロセスを完了させる。もちろん、一連のステップは特定の用途に依存する。

前記ではシリコンウェハに関して説明したが、他の基板を使用することができる。例えば、基板は実質的に何らかの単結晶、多結晶、又は非晶質型の基板とすることができる。さらに、基板は、砒化ガリウム、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ／Ｖ族材料から作ることができる。本発明によれば、多層基板を使用することもできる。多層基板は、ＳＯＩ基板、半導体基板上の種々のサンドイッチ層、及び無数の他のタイプ基板を含む。幾つかの実施形態において、多材料ドナー基板は、単結晶シリコンと、ＧａＮ又はＳｉＣから成る上層とを含むことができる。さらに、前述の実施形態は、全体的には、制御された劈開作用を開始するためにエネルギパルスを与えることに関連する。パルスは、制御された劈開作用を開始す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置き換えることができる。また、制御された劈開作用を持続又は維持するために、基板の選択された領域を横切ってエネルギを走査することもできる。当業者であれば、本発明によって使用できる種々の代替例、変更例、及び変形例を容易に認識できるはずである。

前記は特定の実施形態の十分な説明であるが、種々の変更例、代替構造、及び均等物を使用することができる。従って、前述の説明及び例示は、特許請求の範囲により規定される本発明の範囲を限定するものと見なすべきではない。

１０ 基板
１２ 材料領域
１４ 上面
１６ 底面
１８ 基板厚さ
２０ 材料領域の厚さ
２２ エネルギ粒子の注入
２４ 選択された深さ

Claims (20)

1. 多材料薄膜を形成する方法で、この方法は、単結晶シリコンと、ＧａＮを有する上層膜とを含む多材料ドナー基板を準備する段階と、
   前記多材料ドナー基板の表面を通って単結晶シリコン中の選択された深さまでエネルギ粒子を導入する段階と、
   前記ドナー基板の選択された領域にエネルギを与えて前記ドナー基板中に制御された劈開作用を開始させる段階と、
   伝播する劈開フロントを使用して劈開作用を行い、単結晶シリコンと前記上層膜とを含む多材料膜を、前記ドナー基板の残りの部分から自由にする段階と、
   を含むことを特徴とする多材料薄膜を形成する方法。
2. 前記エネルギ粒子を導入する段階は、水素を導入する段階を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記水素を導入する段階は、約１ＭｅＶのエネルギで水素を導入する段階を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記水素を導入する段階は、約１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²のドーズ量で水素を導入する段階を含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記導入時には、前記多材料基板の温度が４００℃を超えない、請求項１に記載の方法。
6. 前記エネルギを与える段階は、熱的ソースからエネルギを供給する段階を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記熱的ソースは、光子ビームを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記劈開作用を行う段階は、加圧ソースからエネルギを与える段階を含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記加圧ソースは、静的な加圧流体を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記加圧ソースは、加圧されたガスを含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記劈開を行う段階は、密閉チャンバーに前記加圧されたガスを供給する段階を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記密閉チャンバー内の圧力と大気圧との間に差圧が存在する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記密閉チャンバー内の圧力は、てこの作用により前記多材料膜を前記残りの部分から分離させる、請求項１１に記載の方法。
14. 前記劈開作用の間に、前記密閉チャンバー内の圧力を調節する段階をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記劈開作用の間に、前記多材料基板の温度は４００℃を超えない、請求項１４に記載の方法。
16. 前記劈開作用の間に、前記多材料基板の前記温度は３５０℃を超えない、請求項１４に記載の方法。
17. 前記劈開作用を行う段階は、機械的ソースから付加的エネルギを加える段階を含む、請求項８に記載の方法。
18. 前記機械的ソースは、圧縮性の機械的エネルギソースを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記劈開作用を行う段階は、機械的ソースからエネルギを加える段階を含む、請求項１に記載の方法。
20. 前記機械的ソースは、圧縮性のエネルギから得る、請求項１９に記載の方法。

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