JP4740590B2 - 層転写方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に、オプティクス、オプトエレクトロニクスまたはエレクトロニクスのための複合基板の製造中に、ソース基板からサポート基板へ材料の層を転写する改良された方法に関する。

材料、特に、オプション処理済みの半導体材料の層を第１の層、すなわち、ソース層から第２の層、すなわち、サポート層へ転写するための新しい技術が開発されている。

用語「処理済みの層」は、電子部品を形成する技術的な方法の一部または全部のステップが行われた材料の層を示す。

上記の転写技術は、ソース基板として、核種を注入することにより弱められた基板、埋められた多孔性ゾーンを有する基板、または、結合エネルギーが制御された結合界面によって互いに結合された二つの層を備えた基板を使用する。

次に、添付図面１〜３を参照して上記の技術を簡単に説明する。

上記の技術のうちの一つによって弱められたソース基板１は、スタックを形成するようにサポート基板２と接触させられ、次に、転写対象の層１１が、たとえば、機械的に発生する応力によって、上記基板の弱いゾーン１３に沿ってソース基板の残りの部分１２から取り外される。

上記機械的に発生する応力は、一般に引張、曲げ、および剪断応力またはこれらの応力の組み合わせである。

これらの応力は、弱いゾーン１３で、たとえば、プリング・リグ（pulling rig）、すなわち、上記スタックの側面に導入された裁断機のような刃によって、または、上記弱いゾーンで側面に沿って当てられた流体（液体または気体）の噴射によって印加される。

上記の機械的応力の印加は、弱いゾーン１３における亀裂の伝播を促進する。

二つの基板が、分子結合によって、すなわち、接着剤または接着フィルムを用いないで互いに接触させられるとき、上記層１１のソース基板１上の機械的保持力が、上記層１１のサポート基板２上の機械的保持力をかなり下回るならば、転写対象の層１１の転写が可能である。

しかし、この条件は、接着剤が使用されると、堆積される接着剤の正確な体積を制御することが困難であるため、満たされなくなる。図２に示されるように、接着剤３は、基板１および２のそれぞれの側面１０，２０（または両側）から場所３０で突出するので、ソース基板１の側面１０へ通じている弱いゾーン１３の周囲が覆われる。

したがって、機械的応力を印加することにより転写対象の層１１を適切に取り外すことは困難である。

加えられるべき機械力は非常に大きくなり、その結果として、基板に、特に、弱いゾーン１３の面内には延びないが、上記基板２の厚さ方向にランダムな予測できない形で延びる破損線２１に沿って、サポート基板２に裂け目が生じる（図３を参照）。

本発明の目的は、上記の欠点を解決し、特に、機械的層転写方法を改良し、ソース基板とサポート基板との間で結合界面に堆積した余分な材料が弱いゾーンのアタックエッジを覆うことを防止することである。

上記目的は、エレクトロニクス、オプティクス、または、オプトエレクトロニクスの分野におけるアプリケーション用の複合基板を製造するためソース基板からサポート基板へ材料の層を転写する方法であって、上記ソース基板が転写対象の材料の層と上記ソース基板の残りの部分との間に挿入された弱いゾーンを有し、
ソース基板の「前面」と呼ばれる面の一つ、もしくは、サポート基板の前面、または、上記面の両方に補助的な材料を堆積するステップと、
それぞれの前面が互いに対向する上記ソース基板と上記サポート基板を互いに接触させるステップと、
機械的に発生する応力を加えることにより、転写対象の上記層を弱いゾーンに沿ってソース基板の残りの部分から取り外すステップと、
を少なくとも含む方法によって達成される。

本発明によれば、材料を堆積するステップの前に、余分な補助的な材料を収容する少なくとも一つの凹部が、二つの基板のうちの少なくとも一方に形成され、上記凹部は当該凹部が形成された基板の前面に通じる。

以下の本発明の非限定的である有利な特徴が単独で、または、組み合わせて利用される。
・上記凹部は、当該凹部が形成された基板の後面と連通する。
・凹部は、当該凹部が形成された基板の前面へ通じる環状溝の形をなす。
・凹部は、ウェットエッチング、ドライエッチング、または、ソー（ｓａｗ）もしくはレーザービームを使用する機械加工によって生成可能である。
・弱いゾーンは、核種注入によって形成され、または、多孔性層もしくは剥離可能な結合界面によって形成される。
・ソース基板に設けられた凹部は、核種を注入するステップの前に生成される。
・転写対象の層は、半導体材料により構成される。
・補助的な材料は、接着剤または接着材料である。

本発明のその他の特徴および効果は、以下の本発明の好ましい実施の記述から明白になる。この記述は、添付図面を参照してなされる。

これらの図は、より詳細に記載されるべき特色が明確化のため意図的に拡大されているので、その中に形成された様々な層、層の厚さ、または、凹部が正しい縮尺で表されていない点で概略図である。

以下の記述において、記載される様々な基板は円板または円筒の形であると考えられるが、その理由は円板または円筒が最も頻繁に現れる形状であるためである。しかし、形体はこの形状に限定されるものではなく、上記基板はその他の形状でも構わない。

本発明は、エレクトロニクス、オプティクス、および、オプトエレクトロニクスの分野における用途の複合基板の製造中に、ソース基板４に由来する材料の層４１をサポート基板５に転写する方法のカテゴリーに含まれる（図４を参照）。用語「複合」は上記基板が複数の層を有することを意味する。

残りの記述および特許請求の範囲において、用語「ソース基板」および「サポート基板」は、所与の材料からなる単一の基板、および、種類が異なる材料の層のスタックの両方を包含するように解釈されるべきである。

ソース基板４は、円筒側面４０、「前面」と呼ばれる面４４、および、「後面」と呼ばれる反対側の面４５を有する。

さらに、上記ソース基板４は、「弱い層」と呼ばれる内部ゾーン４３を有する。

用語「弱いゾーン」は、一般にソース基板４の弱いゾーンであって、それに沿って両側に位置する二つの層が、後で互いにより簡単に分離するゾーンを示す。

弱いゾーン４３は、たとえば、ソース基板４に核種を注入することにより得られるゾーンでもよい。この場合に、上記ゾーン４３は、次に転写される材料の層４１と、上記ソース基板の残りの部分４２との間に挿入され、上記層４１および残りの部分４２が同じ材料で形成される。転写対象の層４１は、上記前面４４と弱いゾーン４３との間に広がる。

弱いゾーン４３が核種を注入することにより得られるとき、注入はソース基板４の前面４４から行われる。

用語「核種注入」は、原子種、分子種、またはイオン種の照射を意味し、照射された表面４４に対してある程度の深さでこれらの種を材料に導入することができ、上記種は上記深さで最大濃度であり、その深さは上記種の注入エネルギーによって決まる。

核種は、たとえば、イオンビーム注入装置またはプラズマ注入装置を使用して上記ソース基板４に注入される。

好ましくは、上記注入はイオン照射によって実現される。好ましくは、注入されたイオン種は水素である。その他のイオン種、たとえば、希ガス（たとえば、ヘリウム）が単独で、または、水素と組み合わせて利用することは有利である。

一例として、商標名「Smart Cut」という名称で知られた方法に関する文献を参照することができる。

弱いゾーン４３は、たとえば、Canonによって出願され、欧州特許第0849788号に記載された商標名「ELTRAN」という名称で知られた方法を使用して得られる多孔性層によって構成してもよい。

この場合に、ソース基板４は、多孔性層４３上のエピタキシャル成長によって得られた少なくとも１層の材料層４１のスタックによって構成され、この層がソース基板の残りの部分４２にかかり、ここで、用語「残りの部分」は単一の材料の層を示す。

弱い層４３は、また、転写対象の層４１と１層以上の層により構成された残りの部分４２との間に挿入された「剥離可能」な結合界面によっても構成される。用語「剥離可能」は、結合が完全ではないため、層４１が後で残りの部分４２から取り外し可能であることを意味する。

ソース基板４に関する上記の説明と同様に、サポート基板５は、円筒側面５０、前面５４、および、後面５５を有する。

上記サポート基板５は、組立体を機械的に一つに保持するため作用する。

ソース基板４およびサポート基板５は、この方法の後続のステップにおいて、それぞれの前面４４および５４によって互いに接触させることが予定されている。

本発明によれば、後述するように、参照番号６が付された材料を堆積する前に、二つの基板４および５の少なくとも一方（または両方）の前面に通じている少なくとも一つの凹部が上記面（または両方の面）に形成される。

図示されるように、この凹部は、二つの基板４および５のそれぞれの前面４４および５４の間に堆積した余分な材料６を収集するためのものである。

図４〜７に示された本発明の第１の実施形態において、この凹部はサポート基板５に形成され、前面５４の中へ広がる。この場合に、その凹部は参照番号５６が付される。

上記凹部５６はどのような形状でもよい。好ましくは、凹部は、基板５の周囲の近くに設けられた環状溝の形状である。

上記凹部５６の寸法、すなわち、幅、長さおよび深さは、当業者によって、その凹部が収容できることが望ましい材料６の余分な体積に応じて適当に選択される。

上記凹部５６は、たとえば、その体積の補助的な材料６が一方の基板から他方の基板へ移されないために生ずる余分な材料６を収集し得るバッファスペースを作成する。凹部５６の容積は、したがって、補助的な材料６の総体積の約１０％〜２０％にほぼ一致する。

さらに、一定体積の材料６が（たとえば、注射器を使用して）堆積される方法において、本発明は、堆積される材料６の堆積を修正することを要することなく、僅かに変化する直径を備えた連続する基板を製造設備に導入することが可能である。

上記凹部５６は様々な方法で形成可能であり、特に、「低温法」として知られている方法、すなわち、約４００℃未満の温度で実行される方法によって、または、「高温法」として知られている方法、すなわち、基板を４００℃よりも高い温度まで加熱し、この加熱がエッチングの行われる領域だけに集中する方法によって形成可能である。

低温法は、ウェットエッチングおよびドライエッチングを含む。

ウェットエッチングは、サポート基板５の前面５４にマスクを塗布する。フォトリソグラフィによって得られたマスクは、生成されるべき凹部５６のパターンを再生する。一例として、マスクは、感光性樹脂、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の層、または、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）の層を使用して生成される。

調製された基板は、次に、７０℃付近の温度で保たれた適当な化学溶液によって構成されたエッチング液に浸され、その間に上記支持基板５の後面５５を保護する。

このエッチング液は、前面５４の保護されていない部分を選択的に攻撃し、凹部５６を食刻する。基板５の上記エッチング液と接触したままにされる時間が、エッチング深さを決める。

一例として、シリコンをエッチングするとき、マスクがＳｉＯ_２またはＳｉ_３Ｎ_４から形成され、水酸化カリウム（ＫＯＨ）またはテトラメチルヒドロキシルアミン（ＴＭＡＨ）のいずれかがエッチング液として使用される。上記の二つの化学溶液は、シリコンと、ＳｉＯ_２またはＳｉ_３Ｎ_４との間で非常に高い選択性を示す。

エッチングの後に、このマスクが取り除かれる。一例として、マスクが樹脂に基づいているときに溶媒を使用することが可能であり、または、ＳｉＯ_２マスクに対しフッ化水素酸（ＨＦ）の溶液を使用することが可能であり、または、Ｓｉ_３Ｎ_４マスクに対し１８０℃でリン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）を使用することが可能である。

ドライエッチングは、また基板５の前面５４に塗布されたマスクを通して行われる。上記マスクは、ウェットエッチングに関して説明したように生成可能である。

ドライエッチングは次にイオン照射によって実行され、このイオン照射はイオンの衝撃作用をその化学作用と組み合わせる。

ドライエッチングのため使用される方法の一実施例は、「反応イオンエッチング」（reactive ion etching）を表すＲＩＥという略語によって知られている方法である。上記照射のため使用される化合物は、エッチングされる層の化学的性質に強く依存する。一例として、シリコンは六フッ化硫黄ＳＦ_６でエッチングされ、炭化ケイ素は六フッ化硫黄と酸素の混合物（ＳＦ_６／Ｏ_２）でエッチングされ、酸化ケイ素は六フッ化と酸素の混合物（ＳＦ_６／Ｏ_２）またはトリフルオロメタンと六フッ化硫黄との混合物（ＣＨＦ_３／ＳＦ_６）でエッチングされ、窒化ケイ素は、チリフルオロメタン／酸素／六フッ化硫黄の混合物（ＣＨＦ_３／Ｏ_２／ＳＦ_６）でエッチングされる。

実現されるエッチングは、印加電圧または上記方法が実行される管内の圧力のような利用される様々なパラメータに応じて変化し得る。

ウェットエッチングと比べると、エッチング前に基板の後面を保護する必要がない。これはモノフェース（monoface）エッチングと関係がある。

使用されたマスクは、次にウェットエッチングに関して説明したように、取り除かれる。

高温法は、たとえば、ソーまたはレーザーを使用して実行される機械加工によって構成される。このタイプの技術の利点は、基板の前面と後面のどちらも保護する必要がないことである。

機械加工は、たとえば、炭化ケイ素製であり、約１００マイクロメートル（μｍ）の溝を生成するソーを使用して実行される。

加工はレーザービームを使用して実行してもよく、レーザービームは材料を溶けるまで加熱する。この技術は、加工を自動化することを可能にさせ、一連の切断セグメントが形成されることを可能にさせる。しかし、溶解した材料は、多くの場合に側面に再堆積する傾向があり、次に化学攻撃によって取り除かれるべきビードを形成する。このように、アクティブゾーンは保護されるべきである。

凹部５６が形成された後、材料６が（図５に示されるように）ソース基板４の前面４４に、もしくは、サポート基板５の前面５４に、または、両方の前面に堆積される。明らかに、第２の場合および第３の場合では、前面５４上の堆積は凹部５６が形成された後に実行される。

この材料６は、接着剤（たとえば、エポキシ接着剤もしくはシアノアクリレート接着剤）でもよく、または、接着性化合物、すなわち、基板４および基板５を互いに接着させるため、基板４もしくは５に塗布或いは堆積される液体もしくは固体化合物でもよい。このような接着性化合物の実施例として、ポリイミド、ワックス、または、ＳＯＧ（スピンオングラス）として知られている製品、すなわち、遠心分離によって堆積される液体酸化物を列挙することができる。

二つの基板は、次に、互いに接触させられ、上記材料の層６がそれぞれの前面４４と前面５４との間に挿入され、二つの基板４および５が互いに押圧される（図６を参照）。これにより、余分な材料６は凹部５６に侵入させられ、材料６が側面４０および５０の方向に突出することを防止する。

最後に、転写対象の層４１は、機械的に発生する応力を加えることにより、弱いゾーン４３に沿ってソース基板４の残りの部分４２から取り外される（図７を参照）。

上記応力は、たとえば、引張、曲げ、および剪断応力またはこれらの応力の組み合わせである。

この応力は、たとえば、プリング・リグ、すなわち、弱いゾーン４３でソース基板４の側面４０に導入された裁断機のような刃によって加えられ、または、同じ界面に横方向に当てられる流体（液体または気体）の噴射によって加えられる。

一例として、気体（空気）の噴射および液体（水）の噴射を使用して２層を取り外す方法をそれぞれに開示するフランス国特許第2796491号および欧州特許第0849788号が参照される。

取り外しは、弱いゾーン４３に沿って水平方向に行われ、垂直方向に、すなわち、材料の層６の外側限界と直角に、または、実質的に直角に行われる。

本発明の方法の第２の変形型でも同様に、ソース基板４の前面４４上で余分な材料６を収容する凹部を形成することが可能である。

この凹部はこの場合には参照番号４６が付され、対応する方法が図８〜１１に示されている。凹部の位置を除くと、上記の図に表された方法の連続的なステップは図４〜７の連続的なステップと類似し、それらの説明はここでは詳細には繰り返さない。

しかし、この特殊なケースにおいて、凹部４６を形成するためにレーザーは使用されないが、その理由は、たとえば、金属層、または、核種を注入する方法によって得られる弱い層は、レーザーによって生じる局部集中的な加熱を許容する能力がない危険性があるからである。

さらに、加工が高温法（機械加工）によって実行され、弱いゾーン４３が核種を注入することにより得られるならば、上記凹部４６は、局部集中的な温度上昇によって層４１が基板４の残りの部分４２から離れることを防止するため、核種注入ステップの前に形成されるであろう。

さらに、前面４４が「処理済み」の表面であるとき、エッチングは、表面積の損失を制限するため、切断経路（前面４４上の不活性ゾーン）内で実行される。

さらに、凹部４６の深さは、弱いゾーン４３が位置する深さに少なくとも一致する（転写対象の層４１の厚さに対応する）ことに注意すべきである。

最後に、凹部４６および５６をそれぞれ基板４の前面および基板５の前面に同時に設けることが可能である。これは、余分な材料６を収集するため利用できる容積をさらに増加させる。

図１２は、余分な材料６を収容する凹部の第２の実施形態形態を表す。同図において、ソース基板４およびサポート基板５は、互いに接触させられた状態で示されている。

本実施形態において、一方の基板に形成された凹部は、通路を介してその基板の後面に通じる。

図を簡略化するため、上記通路の第１の変形型はサポート基板５上に表されるように、第２の変形型はソース基板４上に表されるように自由に選択されているが、逆もまた可能である。

第１の変形型において、前面５４へ通じる任意の形状を有する凹部５６は、基板５の底面の任意の点を上記後面に接続する通路５７を介して基板５の後面５５と連通する。

第２の変形型において、凹部は、ソース基板４の中を一方側からもう一方側へ通り抜ける通路４７だけによって構成される。

上記のように、互いに接触させられたソース基板４ならびにサポート基板５内で凹部および通路を同時に製作することも可能である。

上記通路４７，５７は、凹部４６，５６を形成するため使用された技術と同じ技術を使用して形成され、好ましくは、より深いエッチングを生じるウェットエッチングまたはドライエッチング技術を使用して形成される。

このような通路４７または５７は、余分な材料６が基板の後面４５，５５から排出されることを可能にさせる。通路は外側に通じているので、加えられた材料６の体積をより大きく変化させることを可能にする。

この方法は、オプティクス、エレクトロニクス、および、オプトエレクトロニクスの分野で使用される様々な材料で作られた基板４，５に適用可能である。

列挙可能な例は、シリコン、ゲルマニウム、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、または、ＩＩＩ−Ｖ族の材料、すなわち、周期律表のＩＩＩａ列に見られる元素の一つと、列Ｖａに見られるその他の元素の化合物、たとえば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）もしくはインジウムリン（ＩｎＰ）である。

従来技術による層転写方法の種々のステップを説明する概略図である。 従来技術による層転写方法の種々のステップを説明する概略図である。 従来技術による層転写方法の種々のステップを説明する概略図である。 本発明の層転写方法の第１の実施形態の種々のステップを説明する概略図である。 本発明の層転写方法の第１の実施形態の種々のステップを説明する概略図である。 本発明の層転写方法の第１の実施形態の種々のステップを説明する概略図である。 本発明の層転写方法の第１の実施形態の種々のステップを説明する概略図である。 図４〜７に示された方法の第１の実施形態の変形型の種々のステップを説明する概略図である。 図４〜７に示された方法の第１の実施形態の変形型の種々のステップを説明する概略図である。 図４〜７に示された方法の第１の実施形態の変形型の種々のステップを説明する概略図である。 図４〜７に示された方法の第１の実施形態の変形型の種々のステップを説明する概略図である。 本発明の層転写方法の第２の実施形態のステップを説明する概略図である。

Claims (10)

1. エレクトロニクス、オプティクス、または、オプトエレクトロニクスの分野におけるアプリケーション用の複合基板を製造するためソース基板（４）からサポート基板（５）へ材料の層（４１）を転写する方法であって、
   前記ソース基板（４）が、転写対象の前記材料の層（４１）と前記ソース基板の残りの部分（４２）との間に挿入された弱いゾーン（４３）を有し、
   前記ソース基板（４）の「前面」と呼ばれる面（４４）の一つ、もしくは、前記サポート基板（５）の前面（５６）、または、前記面の両方に補助的な材料（６）を堆積するステップと、
   それぞれの前面（４４，５４）が、互いに対向する前記ソース基板（４）と前記サポート基板（５）を互いに接触させるステップと、
   機械的に発生する応力を加えることにより、前記弱いゾーンに沿って、転写対象の前記層（４１）を前記ソース基板（４）の前記残りの部分（４２）から取り外すステップと、を少なくとも含み、
   前記材料（６）を堆積するステップの前に、余分な補助的な材料（６）を収容する少なくとも一つの凹部（４６，４７）が前記ソース基板（４）に形成され、前記凹部は前記ソース基板（４）の前記前面（４４）に通じ、
   前記層（４１）を取り外すステップにおいて、前記弱いゾーン（４３）および前記凹部（４６）に沿って前記層（４１）を取り外す、方法。
2. 前記凹部（４６）の深さは、前記弱いゾーン（４３）の位置する前記ソース基板（４）の深さに少なくとも等しい、請求項１に記載の方法。
3. 前記凹部（４６，４７；５６，５７）が、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって生成される、請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法。
4. 前記凹部（４６，４７；５６，５７）が、ソーもしくはレーザービームを使用する機械加工によって生成される、請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法。
5. 前記弱いゾーン（４３）が、核種注入によって形成される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 前記弱いゾーン（４３）が、多孔性層によって形成される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
7. 前記弱いゾーン（４３）が、剥離可能な結合界面によって形成される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
8. 前記ソース基板（４）に設けられた凹部（４６）が、前記核種を注入するステップの前に生成される、請求項４および請求項５に記載の方法。
9. 前記転写対象の層（４１）が、半導体材料により構成される、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
10. 前記補助的な材料（６）が、接着剤または接着材料である、請求項１から９のいずれかに記載の方法。

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