JP4425631B2 - 超小型構成部品を含む薄膜層を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上の薄膜層から超小型構成部品を製造すること、およびこの薄膜層／基板の組み合わせを加工処理することに関する。

「薄膜層」という表現は、伝統的に、その厚みが通常数十オングストロームから数マイクロメートルである層を意味している。本発明が関連する基板は、初期基板または中間基板のいずれにもなり得て、且つ「取り外し可能」であり、すなわち、この薄膜層から分離されるべく意図されている。

それらを製造するのに使用される支持体以外の支持体上に一体化される超小型構成部品を製作することを可能とすることの要求が増大している。

挙げることができる例は、プラスティック材料または可撓性基板上の超小型構成部品である。ここで、「超小型構成部品」なる用語は、全体としてまたは部分的に処理されるあらゆる電子的または光電子的装置またはあらゆるセンサー（例えば、あらゆる化学的、機械的、熱的、生物学的または生化学的センサー）を意味する。

そのような超小型構成部品を可撓性支持体上に一体化するために、層転移法が使用され得る。

層転移技術が超小型構成部品または層を、それらの製造に先験的に適していないが、支持体に一体化するために用いるのに適している応用の他の多数の例が存在する。同様の考察の筋道において、これらの層転移技術は、もとの基板から、超小型構成部品を有しまたは有さない、薄膜層を、例えばもとの基板を分離または除去することによって、分離することが要求されるとき、非常に有用でもある。また、同様の考察の筋道において、他の支持体へ転移させることと組み合わせて薄膜層をひっくり返すことは、技術者に、さもなければ不可能であるかもしれない構造を設計する貴重な自由度を提供する。薄膜は、例えば、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー（ＤＲＡＭ）のための埋め込みコンデンサーのような埋め込み構造を製作するべく、分離され且つひっくり返され得る。ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー（ＤＲＡＭ）にあっては、通常とは異なり、コンデンサーが最初に形成され、これらのコンデンサが、次に他のシリコン基板上に、この新たな基板上に回路の残部が製造される前に、転移される。他の例は、デュアル・ゲート・トランジスター構造のプロセスに関連している。ＣＭＯＳトランジスターの第１のゲートは、基板上に在来の技術を用いて製作され、そしてそれから第２のゲートを製作すべく第２の基板上にひっくり返して転移され、そしてトランジスターを完成する。それゆえ第１のゲートは構造内に埋め込まれる（例えば、Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ，Ｔ．Ｔａｎａｋａ，Ｙ．Ｔｏｓａｋａ，Ｈ．ＨｏｒｉｅおよびＴ．Ｓｕｇｉｉによる「Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｌｏｗ−Ｐｏｗｅｒ ｎ^＋−ｐ^＋ Ｄｏｕｂｌｅ−Ｇａｔｅ ＳＯＩ ＣＭＯＳ（高速および低電力ｎ^＋−ｐ^＋ダブル・ゲートＳＯＩ ＣＭＯＳ）」、ＩＥＩＣＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．Ｅ７８−Ｃ，１９９５、３６０から３６７ページを参照されたい）。

そのもとの基板から薄膜層を分離することの要求は、例えば、次の文献、例えば：Ｗ．Ｓ． Ｗｏｎｇ他による「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．１２，１９９９の１４０９ページ、およびＩ．Ｐｏｌｌｅｎｔｉｅｒ他による「ＳＰＩＥ ｖｏｌ．１３６１」の１０５６ページ「Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｎｏｖｅｌ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｉ」，１９９０、において報告されているように、発光ダイオード（ＬＥＤ）の分野において遭遇される。ここで、目的の１つは、放射された光の抽出の改善された制御である。他の目的は、この特定の例において、エピタキシャル・スタックに使用されるサファイア基板が、経験的に、特にその電気的絶縁特性に起因して、分厚く、そしてこのことが、その背面に電気的接点を作ることを妨げていることに関連している。それゆえ、その使用が材料を成長させるフェーズにおいて有利であった、このサファイア基板を不要にすることを可能とすることが今や望ましいと思われる。

全く同じ状況が、例えば、テレコミュニケーションおよびマイクロウェーブに関連する応用の分野においても遭遇される。この場合、超小型構成部品は高抵抗率、典型的には少なくとも数ｋオーム・ｃｍを有する支持体に最終的に一体化されることが望ましい。しかしながら、高度に抵抗性の基板は、通常採用される標準的な基板と同様のコストで且つ同様の品質をもってかならずしも入手することはできない。例えば、シリコンの場合、標準的な抵抗率の２００および３００ｍｍのシリコンウェーハーの入手可能性に対し、１ｋオーム・ｃｍを超える抵抗率については、２００ｍｍ直径で入手可能なものは、非常に不適切であり、そして３００ｍｍ直径は全く入手不可能であること、に留意されたい。１つの解決策は、標準的な基板上に超小型構成部品を加工処理し、そしてそれから、最終ステップの間に、超小型構成部品を含む薄膜層をガラス、石英またはサファイアのような絶縁性基板上に転移させることである。

技術的な観点から、これらの転移操作の主要な利益は、転移操作が最終的な支持体を提供する層の特性から超小型構成部品が形成される層の特性の相関を無くすことであり、その結果としてこれらの操作は、他の多くの事例においてもまた有益である。

超小型構成部品を加工処理するために有利である基板が過度に高価である事例を、さらに挙げることができる。例えば、炭化シリコンの場合である。炭化シリコンは、最善の性能（より高い使用温度、有意に改善された最大パワーおよび使用の頻度、その他）、を提供するが、そのコストはシリコンに比べて非常に高い。薄膜層を高コスト基板（ここでは炭化シリコン）から低コスト基板（ここではシリコン）へ転移させ、且つ、おそらくリサイクルの後に、再使用のため高コスト基板の残余を回収することは有益である。転移操作は、超小型構成部品の加工処理の事前、その間、または事後に行なわれ得る。

これらの技術は、薄い基板を得ることが、最終的な応用について重要である全ての分野において、利益をもたらし得る。パワー応用は、熱の排出に関連する理由（基板の厚みが低減されるので改善する）、または電流が、ときには基板の厚みを通過しなければならなく、被る損失は、第１の近似で、この電流がそれを通過する厚みに比例するので、特に挙げることができる。マイクロチップカード応用も、挙げることができ、そこでは薄型基板が、可撓性を理由として要求される。同様に、３Ｄ回路および積層構造を処理することが意図された応用も挙げることができる。

全てのこれらの（例として挙げられる）応用について、回路処理は、厚いまたは標準的な厚みの基板上で、第１に、種々の技術段階に対する良好な機械的抵抗の、そして第２に、いくつかの種類の製作設備上のそれらの処理に関する標準に従わせることの利点をもって実行される。従って、最終的な応用に先立って薄型化操作を実行することが必要となる。

１つの支持体から他の１つの支持体へ層を転移させるために種々の技術が使用され得る。例えば、１９８５年のＴ．Ｈａｍａｇｕｃｈｉ他による「Ｐｒｏｃ．ＩＥＤＭ１９８５」の６８８ページに記述された技術が挙げられる。これらの技術は、それらが１つの基板から他の基板へ層を転移させるので、非常に有益ではあるけれども、それらは、必然的に、基本基板（それは処理の間に破壊される）を消費し、且つ停止層、すなわち、基板の材料の中に不均一性を形成する層、が存在しない限り、均一に薄膜を転移させることはできない。

転移後に薄膜を回復する先行技術の転移方法によって、超小型構成部品の全てまたはその一部を含む（または含まない）材料の薄膜層を転移させる方法を用いることもできる。これらの方法のいくつかは、１つまたはそれより多くのガス状核種を導入することによって、材料中にぜい弱な埋め込み層を作ることに基づいている。この関係において、これらの方法を記述している文献、すなわちＵＳ−Ａ−５３７４５６４号（またはＥＰ−Ａ−５３３５５１号），ＵＳ−Ａ−６０２０２５２号（またはＥＰ−Ａ−８０７９７０号），ＦＲ−Ａ−２７６７４１６号（または特許ＥＰ−Ａ−１０１０１９８号），ＦＲ−Ａ−２７４８８５０号（またはＥＰ−Ａ−９０２８４３号），ＦＲ−Ａ−２７７３２６１号（またはＥＰ−Ａ−９６３５９８号）を参照されたい。それらは、概して、支持体上に転移させるためにもとの基板から膜の全体を分離する目的で使用される。得られる薄膜は、従って、もとの基板の一部を含むことができる。これらの膜は、電気的または光学的超小型構成部品を加工処理するためのアクティブ層として使用され得る。

特に、これらの方法は、非常に少ないこれらの基板のみが、各サイクルの間に消費されるので、分離後に基板が再使用されることを可能とする。除去される厚みは、しばしばたった数ミクロンであり、その一方で、基板は典型的には数百ミクロンの厚みである。それゆえ、特にＵＳ−Ａ−６０２０２５２号（またはＥＰ−Ａ−８０７９７０号）なる文献に開示された方法において、機械的応力の助けによって、「取り外し可能な」である基板（すなわち、分離可能な基板）と同様の基板を得ることが可能である。この特別な方法は、最終転移の間に切断がなされる埋め込みぜい弱領域を形成するための打ち込みに基づいている。

リフト・オフ原理に基づく、他の方法も、薄膜層をそのもとの支持体の残部から、やはり後者を必ずしも消耗させることなく、分離する。これらの方法は、中間埋め込み層を選択的にエッチングするために化学エッチングを、場合によっては機械的な力と組み合わせて、採用している。このタイプの方法は、ＩＩＩ−Ｖ元素を異なるタイプの支持体に転移させるために広く使用されている（Ｃ．Ｃａｍｐｅｒｉ他による、「ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」，ｖｏｌ． ３ Ｎｏ．１２，１９９１，１１２３ページ、と比較されたい）。Ｐ．Ｄｅｍｅｅｓｔｅｒ他による、「Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．８」，１９９３，１１２４から１１３５ページ、に説明されているように、通常、エピタキシャル・ステップのあとに行われる転移は、超小型構成部品を処理する前または後に行なわれ得る（それぞれ、プリプロセッシングまたはポストプロセッシングとして知られている）。

基板の残部よりも機械的にぜい弱な（先在する）埋め込み層を、この埋め込み層において、局所化された分離を得るために、用いる方法について、ＥＬＴＲＡＮ（登録商標）プロセスが、挙げられる（特開平０７−３０２８８９号公報）。この場合、単結晶シリコンに基づくスタックが、多孔シリコンの領域を形成することによって局所的にぜい弱化される。他の同様の事例は、シリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）構造の場合に、埋め込まれた酸化物の存在を利用しているが、しかしながらＳＯＩ構造は従来型のものである（すなわち、いかなる特別な取り外し可能な効果を達成しようとすることもなく処理されるとしても）。もしもこの構造が、他の基板に充分に強く貼りついており、高い応力が当該構造に加えられるならば、基板全体の規模での切断に導く、局所化された割れが、優先的に酸化物で、達成され得る。この例は、「ＰＨＩＬＩＰＳ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ」，Ｖｏｌ．４９ Ｎｏ．１／２，１９９５，５３から５５ページに記述されている。残念ながら、この割れは、制御することが困難であり、しかも高い機械的な応力を必要としており、それは基板を破損しまたは超小型構成部品に損傷を与える危険がないわけではない。

そのようなぜい弱な埋め込み層法の利点は、結晶性材料（Ｓｉ、ＳｉＣ、ＩｎＰ、ＡｓＧａ、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、その他）に基づく層を、数十オングストローム（Å）から数マイクロメーター（μｍ）までの厚みの範囲で、非常に良好な均一性にて、加工処理する能力である。より大きな厚みも利用し易い。

中間層またはぜい弱化された界面（ぜい弱化された界面は、多孔領域を形成する打ち込み核種によって得られようと、他の何らかの手段によろうと）を形成することによって取り外し可能な基板を製作することに基づく（超小型構成部品を伴おうと伴わなかろうと）層転移の技術は、もしも意図的な分離に先立つ処理が過度に攻撃的であるならば、非意図的な層間剥離に関連する問題にぶつかる。

本発明の目的は、要求されたときの不可欠で簡易な分離と、全てのまたはいくつかの電子的、光学的または音響的な超小型構成部品またはセンサーを処理するために必要な機械的または熱処理の印加に、必要な場合に、耐える、あるいは早まった分離または層間剥離なしに、エピタキシャル・ステップに耐える不可欠な能力とを、高い信頼性で組み合わせることにある。

本発明のより一般的な目的は、基板上の薄膜層の組み合わせを提供することにあり、この層は、容易に制御される機械的強度を有する中間層または界面によってこの基板に結合されている。

ＦＲ２７４８８５１号文献によれば、上述の種類の取り外し可能な基板が、ガス状核種（例えば水素）を導入することによって製作される。打ち込まれる量は、熱アニールが表面のいかなる変形または剥離をも誘発しないように、選択されなければならない。加えられ得る機械的な力および／または表面層と基板の残部との間に分離を誘起すべく使用されるツールに依存して、打ち込み領域に達成されるぜい弱化は、不充分であるとわかるかもしれない。従って、打ち込み領域をさらにぜい弱化することは有益であるかもしれない。

ＦＲ２７７３２６１号文献に記述された方法も、基板におけるトラッピング層として使用される包接の埋め込み層の存在によって、取り外し可能な基板を製作する。種々の処理、例えば電子的超小型構成部品の処理、の後に、これは、望ましくはこのトラッピング層内に、包接の領域および基板の表面によって範囲が定められる薄膜表面層の最終的な分離に寄与し得る充分な量のガス状核種を局所化する。この分離ステップは、熱処理および／または構造への機械的応力の印加を含むことができる。

この技術の使用は、特にいくつかのタイプの超小型構成部品を処理するのに望ましくないであろう、いくつかまたは全ての超小型構成部品の製造の後に表面層にガス状核種を再導入することに関する制限に遭遇し得る。

フランス出願０００６９０９号に開示された方法において、打ち込まれた核種の制御された量の導入は、第１に埋め込み領域をぜい弱化し（またはそれを過度にぜい弱化しさえする）、そして、温度上昇の場合における圧力効果を制限するために、第２にガスをその後に排出する。それゆえ、高温技術ステップの間に表面の変形または剥離はなくなる。この技術は、打ち込み条件（量、温度、その他）の厳格な制御を必要とする。それゆえ、狭い技術の窓に関する制約を緩和することを可能とするという利益をもたらすことがわかるであろう。

ＦＲ２７５８９０７号文献は、基板の表面層における超小型構成部品の処理の後のガス状核種の局所的導入を提案している。これらの核種の導入は、処理された基板を支持基板へ固定した後に割れ目に寄与し得る微小空洞の不連続な埋め込み層の形成に導く。したがって、基板は、種々の超小型構成部品製造技術ステップの処理の後に、ぜい弱化される。（超小型構成部品のアクティブ領域に対応する）マスクされるべき領域のアクセス可能なサイズは、意図された応用に依存する、制限であることがわかるであろう。例えば、この技術は、数十ミクロンから数百ミクロンの超小型構成部品サイズに使用することは困難である。さらにまた、使用される超小型構成部品製作技術に依存して、アクティブ層、すなわち超小型構成部品を組み込んだ層、の厚みは、数ミクロン程とすることができる。マスキングによって領域の適切な保護を伴う、（専用の打ち込み器によりまたは加速器による）大きな深さにおけるガス状核種の導入は、困難が立証され得る。

これらの種々の欠点を除去するため、本発明は、超小型構成部品を含む薄膜層を、基板を用いて、製造するための方法であって、上記方法は、特に、各層について、ａ）上記基板の表面上に画定された複数の打ち込み領域に沿って上記基板へ少なくとも１つのガス状核種を局所化して打ち込むステップであって、ステップｂ）の間のこの基板の表面の劣化が、打ち込み深さおよび上記打ち込み領域の幾何学的形態の適切な選択によって防止される、打ち込みステップと、ｂ）上記打ち込み深さによって範囲が定められた基板の表面層に超小型構成部品を加工処理するステップと、そして、上記基板を、上記超小型構成部品を含む上記表面層を包含する１つの部分、および上記基板の残部を含むその他の部分、の２つの部分に分離するステップとからなる各ステップを含むことにおいて注目すべきである方法を提案する。

ここで、「劣化」の語は、ステップｂ）の正しい実行を危うくし得る、あらゆる表面変形（例えばブリスターの形での）または表面層のあらゆる剥離を意味する。

それゆえ、本発明によれば、打ち込みから保護される領域および上記ガス状核種の打ち込みに供される領域が存在し、これらの打ち込み領域の形状、寸法および分布は、超小型構成部品の処理のステップの間に、例えば数十オングストロームの幅を超える基板の表面の変形を防止すべく選択される。したがって、特に（数層の材料のスタックからなっていても良い）表面層の剛性、打ち込み条件、および上記薄膜層の分離までの後続の処理が考慮される。

本発明に従った方法は、（それによって表面層を基板の残部から局所的に分離する）微小空洞および／または微小割れ目の存在によってぜい弱化された埋め込み領域、およびぜい弱化されていない、またはわずかにのみぜい弱化された、領域、を含む取り外し可能な基板を、表面層が基板に固定されたままとなるように、処理する。局所化された領域は、これら微小空洞および／または微小割れ目のこれらの領域における存在によって、基板から表面層を容易に分離する、このような方法で得られる。

本発明の重要な利点は、これらの埋め込まれたぜい弱領域の横方向の制限がブリスターまたは剥離の形態における表面層の重大な変形を防止することである。打ち込まれた量についての技術的な窓は、制限された領域における局所化された打ち込みが微小割れ目の横方向の拡がりを制限するので、従来技術方法に比較して拡大されている。

さらにまた、得られた基板の表面は、リソグラフィー操作または超小型構成部品の製作のような、標準的な技術ステップと両立性がある。特に、得られたぜい弱化基板は、高温処理、例えば熱酸化、あるいは気相または液相エピタキシー、と両立性がある。

これら様々な技術ステップが処理された後、基板から表面層を局所的に分離する領域の存在が、この表面層と基板との間に深い割れ目を製作する。

上記打ち込み領域は、有利には、基板の表面上に配置されたマスクにおける開口であり得る。

上記ガス状核種は、例えば水素イオン、または少なくとも１つの希ガスのイオン、またはそれらのイオンの混合物を含み得る。

本発明に従った製造方法は、ステップａ）の前に、少なくとも１つのガス状核種を導入する少なくとも１つの補足的ステップであって、この少なくとも１つの補足的導入が、基板の表面にマスクを施すことなく実施されるステップを有し得ることが留意されるであろう。ここで、および以下において、「導入」の語は、例えばイオン打ち込み、熱活性化拡散またはプラズマ拡散のような在来の技術を意味している。ステップａ）における打ち込みの前に付加的な導入によって処理されている基板は、上述において簡潔に記述された通りの本発明の方法が適用された基板であるとみなされる。

望ましい特徴に従って、基板上にマスクを伴わないそのような付加的な導入がステップａ）とｂ）の間に処理され得る。

これらの対策によって、例えばいくつかの領域は２つの打ち込みを受けるが、他の領域はただ１つのみを受けるので、多かれ少なかれぜい弱化された表面層の範囲を決定する埋め込み領域が得られる。これらの打ち込みの間に導入されるイオンの量は、基板の表面の全体にわたる打ち込みの場合には、それらの合計が、熱処理の後にブリスターの発生を生じさせる、平均量に対応するようにすることができる。二重打ち込みを受ける領域の幾何学的形態は、そのようなブリスターの発生およびそれゆえ基板の表面の劣化を防止することを思い起こすべきである。この実施の形態は、基板の残部から表面層を分離するステップ（ステップｃ））の間、特に好都合であり得て、そしてそのような分離を応力のより少ない処理によって得ることができる。

他の望ましい特徴によれば、本発明に従った製造方法は、ステップｂ）の前または該ステップｂ）の間に、当該打ち込み領域が、例えば適切な熱処理によってまたは機械的応力を誘起する特定の薄膜層を配置することによって、その間に過度にぜい弱化されるステップを含む。ここで、「過度にぜい弱化される」の語は、打ち込み領域の、最終的な分離のときに使用されるべき応力を低減する、より大きなぜい弱性の状態を意味している。

この準備によって、ガス状核種を打ち込むことによって生成される構造的欠陥が打ち込み領域において増大させ、これらの埋め込まれる局所領域のぜい弱性を増大させる。高ぜい弱化のしきい値は、これらの領域において打ち込みパターンの寸法を賢明に選択することによって、これが重大な表面変形または剥離を生ずることなく、到達され得る。

打ち込み領域を過度にぜい弱化する付加的なステップは、温度および期間シーケンスが注意深く選択されて与えられた超小型構成部品の完全なまたは部分的な製造の間に処理され得ることは、留意されるべきである。

他の望ましい特徴によれば、本発明に従った製造方法は、ステップｂ）とステップｃ）の間に、少なくとも１つのガス状核種を導入する補足的ステップを有する。この少なくとも１つのガス状核種の補足的導入が、例えばこの少なくとも１つのガス状核種の打ち込み領域を画定するマスクの助けを借りて実施される。

この対策によって、埋め込み領域が、基板からの表面層の後続の分離を容易にする目的で、ぜい弱化される。

この分離（ステップｃ））は、熱処理によっておよび／または機械的な応力の印加によって実施され得る。

本発明の他の態様は、超小型構成部品を含む薄膜層に関連し、上記薄膜層は、上述において簡明に述べられた方法のいずれかによってそれが製造されることにおいて、注目すべきである。もしも必要ならば、この層は、可撓性に富みまたは剛性に富む支持体に転移される。

本発明の他の態様および利点は、以下において、非限定的な例によって提供される特定の実施の形態の詳細な説明を読むことによって明らかになるであろう。この説明は、添付図面を参照している。

本発明の１つの実施の形態に従う層を製作する原理的な各ステップが説明される。

図１は、基板の初期準備を示している。この準備は、基板１の表面上に、（その後に打ち込みされる）非マスク領域および（打ち込みされない）マスク領域の範囲を定めるマスク２を処理することによって打ち込まれるべき領域を画定することからなっている。

このマスクは、基板１にリソグラフ的に樹脂の層を適用することによってまたは基板１に他のいずれかの表面層（例えば酸化物の層）を適用することによって、それに続くリソグラフィーおよびエッチングステップによって、製作され得る。マスキングは、打ち込みステップの間に基板１の表面上にグリッドを配置することによって均等に良好に実施され得る。このマスキンググリッドは、打ち込まれるべきイオンのビームと目標基板の間に配置されるダイアフラムのレベルのところであり得る。上述のマスキング手段は、例として説明されるが、他のマスキング手段が適切な場合もある。

マスク領域の形状および寸法の賢明な選択は、後続のステップの適正な処理のために第一次的に重要なものである。打ち込みステップは、イオンの導入に起因する特定の欠陥（小板、微小空洞および／または微小バブル）を含む不連続な埋め込み領域を作成する。打ち込みされるべき領域を画定するステップは、基板の属性、基板１の表面上における異なる組成または材料層または層群の属性および打ち込み条件を許容する。

製作されるべき表面層の剛性属性および厚みは、打ち込みされるべき領域の寸法および間隔を条件付ける。後者は、例えば熱処理の間に生じ得るような、打ち込み領域における微小空洞および微小割れ目の成長が、数十オングストロームを超える大きさ有する、ブリスターの形成による、表面層の縦緩和も、表面層の全体または一部の上昇または剥離を生じさせるように、そのような種類の異なる局所的に打ち込まれる領域の間の全体的なまたは部分的な相互作用も引き起こさないように確立される。

この方法において、局所的にぜい弱化された埋め込み領域を有する、いかなる顕著な劣化もない表面層の表面を維持することができる。

実施されるマスキングのタイプ（基板上の酸化物マスク、打ち込みの間基板の表面上に配置されるグリッド、または打ち込みの間イオンのビームの通路上に配置されるグリッド）によって、イオン打ち込みに供される埋め込み領域の有効な（基板の表面の平面における）横方向寸法は、打ち込みのガウスプロフィールに依存する。このことは、表面上のマスクの鋭い縁部が、打ち込みされる埋め込み層に正確に再現されないことを意味する。それらが材料内に浸透するときのイオンの分散は、打ち込み領域の著しい拡大を引き起こす。それゆえ、マスクされたおよびマスクされない領域の寸法を正確に画定するためにこの現象を考慮することが必要である。

他方では、打ち込み領域の寸法は、処理の終わりにおいて表面層の容易な分離のために充分でなければならない。

発明者らにより行われた試験は、打ち込み領域の全表面領域が、概して、基板１の表面領域のほぼ１／３とほぼ５／６との間を示していることを示している。さらにまた、打ち込み領域の直線寸法は、シリコン基板の場合、望ましくは、表面層についての目標厚みのほぼ０．１倍からほぼ１０倍である。より剛性の材料の場合には、この寸法は、有意的に大きく、例えば５０倍のオーダーとすることができる。

例えば、５μｍのマスク領域によって分離された例えば、１０μｍ×１０μｍの正方形開口を組み込んでいる打ち込みマスクが使用され得る。打ち込みマスクの他の例は、その寸法が例えば５μｍ×１００μｍである線状の形態における非マスク領域を有し、これらの線は、互いに例えば５μｍだけ間隔があけられている。

この実施の形態の、第１のステップは、図２に示されており、それゆえイオン形態における水素および／または希ガスのような少なくとも１つのガス状核種を基板１に導入することを有している。

基板１は、その結果として、ガス状核種の打ち込みに供される一組の埋め込み領域３を有し、これらの領域３は、もとのマスキングがガス状核種の導入を防止した領域４によって互いに分離されている。それゆえ、基板１は、小板、微小空洞、微小バブルまたは微小割れ目のような欠陥３から作られる不連続な埋め込み層を備えている。微小割れ目３の横方向制限は、それらの拡大または基板１の表面を劣化させる緩和を防止する。

ガス状核種の打ち込みエネルギーは、打ち込み層によって制限される表面層５の厚みおよび基板１の表面を制御する。

１つの応用例は、１５０から２５０ｋｅＶのエネルギーにおけるそしてほぼ１０^１６からほぼ１０^１７Ｈ^＋／ｃｍ^２の間の量における水素イオンの打ち込みである。

マスクは、それから図３に示されるように基板の表面を完全にむき出しに残して除去される。

本発明に従った方法の変形において、これは、第１の打ち込みとは、同一の核種のまたは異なる核種のイオンの第２の打ち込みがそれに続き：初期のマスク領域は第１の打ち込みを受けるのに対して、もとのマスクの開口は、それゆえ第２の打ち込みに供される。この第２の打ち込みは、先に打ち込まれた領域における欠陥の濃度および／またはサイズを増大させ、そして初期にマスクされた領域における埋め込まれた欠陥の形成を誘発する。第２の打ち込みの間に導入される量は、比較的低く、すなわち適度な温度（ほぼ４５０℃からほぼ６００℃）のアニールの後にブリスターを形成しまたは剥離を生じてはいけない。それは、例えば１８０ｋｅＶのエネルギーにおけるそして４×１０^１６Ｈ^＋／ｃｍ^２の間の量で行われる。

それから、深さにおいて、ガス状核種のより大きなまたはより小さな量からなる埋め込み領域およびそれゆえより大きいまたはより小さい微小空洞欠陥の濃度が存在する。第２の打ち込みに対してのみ供される領域は、それゆえ二重に打ち込まれた領域よりもより小さくぜい弱化されるが、埋め込まれたぜい弱領域の連続性を確立している。

以上に述べたように、ガス状核種の１つまたはそれより多くの打ち込みによって作成されるぜい弱領域３の展開は、打ち込み条件に依存し、且つ打ち込み後に実施されるいかなる処理にも依存する。これらの付加的な処理は、局所打ち込み領域３を過度にぜい弱化し、且つこれらの領域における微小空洞の成長を誘起することを狙っている。このために、４５０から４７５℃のオーダーの温度における熱処理が、例えば数分にわたって適用される。

本発明のこの実施の形態の第２のステップの間、図４に示されるように、このような方法でぜい弱化された基板は、それから表面の劣化の危険なしに、熱処理、析出またはエピタキシー・ステップ、あるいは電子的および／または光学的超小型構成部品および／またはセンサー６を製作するための他の処理に供される。

それゆえ、もしも必要ならば、基板は、エピタキシー操作に供され得る。５μｍのエピタキシャル層は、例えば在来の技術を用いてＣＭＯＳタイプの超小型構成部品を製作するために使用され得る。５０μｍのエピタキシャル層は、例えば光電池を製作するために使用され得る。

本発明のこの実施の形態の第３のそして最後のステップは、基板１の残部から超小型構成部品を含む表面層５を分離することを有する。それに基づく条件に依存して、最初の２つのステップが実行され、この分離が、熱処理によって、構造に対する機械的な応力の賢明な適用によって、または熱処理と機械的な応力の組み合わせのいずれかによって行われる。

本発明の変形において、この分離に進む前に、この実施の形態の第１のステップのために使用された打ち込み領域と共通のまたはそれとは異なる領域に少なくとも１つのガス状核種の付加的な局所的な導入が、基板からの表面層の後続の分離を容易にする狙いで実施され得る。

ガス状核種のこの付加は、その下で基板が充分にまたは完全にぜい弱化されていない初期にマスクされた領域において打ち込みされることによって、既にぜい弱化された領域または連続的なぜい弱化埋め込み領域において打ち込みによって実施され得る。それから、打ち込みエネルギーは、層５上における超小型構成部品の製作の間に生ずる厚みの変化を許容して、打ち込まれた核種が、初期打ち込みステップによりぜい弱化された領域の深さに達するように選択される。

望ましくは、６×１０^１６Ｈ^＋イオン／ｃｍ^２の適度な量が、打ち込まれ、それによって分離が、４００から５００℃の温度における熱処理のために得られる。

この変形を用いるための条件が超小型構成部品のサイズ（それは打ち込まれたイオンが超小型構成部品のアクティブ領域を横切るのを防止する必要があろう）、および／またはもしも超小型構成部品がそれらを通過するイオンを有することによって劣化しないあるいは超小型構成部品の少なくともいくつかの部品がイオンに敏感でないならば、それらのサイズにかかわらず、イオン打ち込みに対する超小型構成部品の感度に依存することに注意すべきである。

特に、この付加的な打ち込みを処理するために、この実施の形態の第１のステップにおいて使用されたマスキングとは、もちろん、異なる、適切なマスキングが使用され得る。

基板１の残部から超小型構成部品を含んで表面層５を分離するステップは、熱処理（炉および／または局所加熱および／またはレーザビーム、その他）および／または流体（ガス、液体）の噴射されたジェットのような機械的応力の印加および／またはぜい弱化領域におけるブレードの挿入および／または基板１に対する引っ張り、せん断または曲げ応力の印加を含み得る。例えば、ほぼ４５０℃の熱処理が、初期基板から表面層５を分離するために３０分にわたって適用され得る。

この分離は、自己支持層を与え得るかあるいは例えば分子付着技術または粘着物質を用いて表面層５が支持基板１上に転移され得る。この支持体７は、特に輸送および／または完成ステップのために、ぜい弱化された基板から転移される層５を強化させる。

さらにまた、図５に示されるように、各超小型構成部品６が個別に取り外し得るようにするために、取り外し可能な基板が事前に用意され得る。この技術は、ＦＲ ２７８１９２５号に開示されている。

最終支持体への転移ステップの変形は、図６に示されるように、表面層５をぜい弱化された基板から「ハンドル」支持体８に転移する中間ステップを有し得る。超小型構成部品６は、それから、図７に示されるように、最終支持体９へ選択的にまたは非選択的に転移される。

最終支持体７または９は、例えば、シリコン、プラスティック材料またはガラスからなっていても良く、且つ可撓性または剛性に富んでいても良い。

表面層５を分離し且つ転移した後、ぜい弱化された基板の残部が、初期基板またはひょっとしたら支持体としてリサイクルされ得る。

マスキング手段が設けられた基板の概略図である。 本発明に従った層を製造する方法の第１のステップを示している。 本発明に従ってマスクを除去した後の基板の概略図である。 本発明に従った層を製造する方法の第２のステップの後の基板の概略図である。 支持基板への超小型構成部品の個々の転移を示す図である。 超小型構成部品を含む本発明に従った層の「ハンドル」支持体への転移を示している。 「ハンドル」支持体から最終支持体への超小型構成部品の個々の転移を示す図である。

Claims (15)

1. 超小型構成部品（６）を含む薄膜層を、基板（１）を用いて、製造するための方法であって、これらの薄膜層の各々について、次の：
   ａ）ガス打ち込み深さ付近に埋め込まれた複数のぜい弱領域を作り出すように、前記基板（１）の表面上に画定された複数のガス打ち込み領域に沿って前記基板（１）へ少なくとも１つのガス状核種を局所化して打ち込むステップと、
   ｂ）前記埋め込まれたぜい弱領域によって範囲が定められた基板（１）の表面層（５）に超小型構成部品（６）を加工処理するステップと、そして
   ｃ）前記基板（１）の残部から前記表面層（５）を分離するステップと
   からなる各ステップを含み、
   前記打ち込み深さおよび前記ガス打ち込み領域の幾何学的形態は、前記基板（１）の表面がステップｂ）の間に劣化されるのを防止すべく選択され、且つ少なくとも１つの前記超小型構成部品（６）は、ステップａ）の間に打ち込みされなかった領域に少なくとも部分的に従って処理されることを特徴とする、方法。
2. 前記超小型構成部品（６）の少なくともいくつかは、ステップａ）の間に打ち込みされた打ち込み領域に沿って、且つ同時に、ステップａ）の間に打ち込みされなかった領域に沿って、加工処理されることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記打ち込み領域は、前記基板（１）の表面上に配置されるマスク（２）によって画定されることを特徴とする、請求項１または２に記載の製造方法。
4. 前記ガス状核種は、水素イオン、または少なくとも１つの希ガス、またはそのようなイオンの混合物からなることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の製造方法。
5. 前記打ち込み領域の合計表面領域は、基板（１）の表面のほぼ１／３からほぼ５／６を呈することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の製造方法。
6. 前記打ち込み領域の直線寸法は、前記表面層（５）の厚みのほぼ０．１倍からほぼ５０倍であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の製造方法。
7. ステップａ）の前および／またはステップａ）とステップｂ）との間に、少なくとも１つのガス状核種を導入する少なくとも１つの補足的ステップであって、この少なくとも１つの補足的導入が、基板（１）の表面にマスクを施すことなく実施されるステップを有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の製造方法。
8. ステップｂ）の前または該ステップｂ）の間に、当該打ち込み領域が、過度にぜい弱化されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の製造方法。
9. ステップｂ）とステップｃ）との間に、少なくとも１つのガス状核種を導入する補足的ステップを有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の製造方法。
10. 前記少なくとも１つのガス状核種の補足的な導入は、この少なくとも１つのガス状核種の打ち込み領域を画定するマスクの助けを借りて実施されることを特徴とする、請求項９に記載の製造方法。
11. 前記ステップｃ）は、熱処理および／または機械的応力の印加を含むことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の製造方法。
12. 前記機械的応力の印加は、流体ジェットの使用および／または前記打ち込み領域におけるブレードの挿入および／または基板（１）に対する引っ張り応力、せん断応力または曲げ応力を印加することを伴うことを特徴とする、請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記熱処理は、炉における加熱および／または局所加熱および／またはレーザーによる加熱を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の製造方法。
14. 基板（１）から分離された後に、前記表面層（５）のための支持体として供されるべく、ステップｃ）の前または該ステップｃ）の間に、表面（７）が、基板（１）に適用されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の製造方法。
15. ステップｃ）の前またはステップｃ）の間に、「ハンドル」支持体（８）が基板（１）に適用され、それから超小型構成部品（６）が選択的にまたは非選択的に最終支持体（９）に転移されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の製造方法。

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