JP4879737B2 - 半導体層の分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体材料から選ばれた材料のウエハから層を分離する方法であって、ウエハの厚さ内に分離される層をウエハの厚さ内に画定する脆化ゾーンを生成する工程と、ウエハを脆化ゾーンのレベルで層の分離を行なうため熱処理に曝す工程とを備える方法に関する。

このタイプの方法は既に知られている。これら方法は、薄層がミクロン以下のオーダーの可能な厚さで得られることを可能にする。

この層はシリコンなどの半導体材料でもよい。

ＳＭＡＲＴＣＵＴ（登録商標）法は、このような工程を使用する方法の一例である。

このように生成された層の表面は、全体的に極めて厳格な表面状態仕様に適合すべきことが更に記される。

それ故、ｒｍｓ（二乗平均平方根）値で５オングストロームを超えるべきでない粗さ仕様を見出すことが一般的である。

粗さ測定は一般に、原子力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用して行なわれる。

このタイプの装置の場合、粗さは１×１μｍ^２から１０×１０μｍ^２まで、より希には５０×５０μｍ^２又は更に１００×１００μｍ^２までも、ＡＦＭ顕微鏡の先端によって走査される表面で測定される。

他の方法、特に「ヘイズ（ｈａｚｅ）」の測定を使用して表面粗さを測定することが可能であることも同様に記される。この方法は、表面全体に亘る粗さの一様性の迅速な特徴づけを可能にするといった特定の利点を有する。

ｐｐｍで測定されるこのヘイズは、特徴づけされる表面の光学反射特性を使用した方法から生じ、表面のミクロの粗さに起因する、表面によって発せられる光学的「背景雑音」に対応している。

記載したように、分離された層の表面状態仕様は半導体分野において極めて厳格である。

加えて、分離された層の表面に亘り粗さが可能な限り一様であることがこれらの仕様により同様に望ましい。

また、このアスペクトに関して、本発明は、分離された層の表面に亘り粗さが可能な限り一様である粗さの分布を提供することを目的とする。

この特定のアスペクトは、ウエハの分離された層に亘り一様な粗さについて対処していないＷＯ ０２／０５３４４及びＥＰ ９３８１２９に開示されている方法などの既存の方法によっては対処されないことに留意されたい。

更に、同様に厳格な仕様が分離後のウエハの残余部分（この残余部分は「負」と称される）に関連することがある。

これら仕様を達成するために、分離後に相補的表面処理工程を提供することが確かに可能である。

これら相補的処理は、例えば研磨、犠牲酸化、及び／又は相補的アニーリング・工程を使用できる。

しかし、層作製方法を簡単にし且つ加速するためには、このような相補的処理の行使を減らすことが望ましいはずである。

本発明の目的はこの必要性に応えることである。

この目的を達成するために、本発明は、半導体材料から選ばれた材料のウエハから層を分離する方法において、前記分離される層を前記ウエハの厚さ内に画定する脆化ゾーンを前記ウエハの厚さ内に生成する工程と、前記脆化ゾーンの非常に脆弱な領域に対応するように、大きな脆弱性を有する局所的な開始領域を前記脆化ゾーン内に形成する工程と、前記脆化ゾーンのレベルで、前記ウエハを熱処理に曝して前記層の分離を行なう工程とを備えた方法であって、前記ウエハが容器内で垂直に配置され、前記容器を囲むように垂直方向に順々に配置された複数の加熱素子と該複数の加熱素子の各々を選択的に制御する手段とを備えた垂直炉を用いて、前記加熱素子の各々の加熱力を選択的に制御するように、前記分離のための前記熱処理が行なわれ、前記脆化ゾーン全体に亘って空間的に一様な熱量が前記ウエハに印加されるように、前記加熱素子の各々が制御されることを特徴とする方法を提案する。

好ましいが、限定されない本方法の態様は以下の通りである。

前記脆化ゾーンが原子種の注入によって生成され、前記注入中に前記開始ゾーンが原子種のオーバードーズの局所的な注入によって生成される。

前記分離処理は熱アニーリングである。

前記分離を行なうのに必要なエネルギーに相当する熱量を前記ウエハに印加するために前記アニーリングが行なわれる。

前記ウエハに面して配置される様々な加熱素子が選択的に制御される。

前記アニーリング中に前記開始ゾーンのレベルで分離が開始される。

前記脆化ゾーンの全域に亘り、前記開始ゾーンから前記分離が進行する。

本発明の他の態様、目的、及び利点は、添付図面を参照してなされる、本発明の好ましい実施形態の以下の記載を読むことによってより明らかになるであろう。

脆化ゾーンの生成
本発明による方法の第１工程は、半導体材料ウエハの厚さ内で、分離される層を画定する脆化ゾーンを生成することからなる。

ウエハは、例えば、シリコンであってもよい。

ＳＭＡＲＴＣＵＴ（登録商標）タイプの代替方法に対応する本発明の好ましい実施形態において、脆化ゾーンのこの生成は、原子種の注入により行なうことができる。

現在の技術によれば、このような注入は、通常は、脆化ゾーンにおいて注入された原子種の一様な濃度を定めるために行なわれる。

このため、それにより、注入ドーズ量は脆化ゾーンの全ての領域に対して同じであることが普通である。

本発明の場合、この注入は反対に、ウエハの所定の領域において局所的に注入オーバードーズとすることによって行なわれる。

従って、ウエハのこの領域はウエハの残余部分よりも多くの原子種のドーズを受ける。

この局所注入オーバードーズは、先ず空間的に一様なようにウエハに注入し、次に所望の領域中へ後で局所的に注入オーバードーズすることにより得られることができることが記される。

代替として、ウエハの表面を掃引するように、このウエハ表面上で注入装置の種ビームを移動させることを同様に想定することができる。

この後者の場合では、オーバードーズで注入することが望まれ、このオーバードーズとするのに十分な時間の間、注入装置がその上で固定される所望の特定領域を除き、ウエハ表面上に空間的に一様な注入を行なうようにウエハ表面に亘るビーム移動の運動量が定められる。

この構成においては、ウエハは固定され、移動されるのは注入装置ビームである。

制御された方法で、固定されたビームに面してウエハを移動することも同様に可能である。

全ての場合において、このように生成された脆化ゾーンは、従って、局所的に高い濃度で種が注入された領域を備える。

これは、この領域（分かるように、開始領域に対応している）が脆化ゾーンの非常に脆弱な領域にあるように、分離される層と残余部分に対応するウエハの部分との間のより高い脆弱性によって、脆化ゾーンのこの領域のレベルで局所的に現れる。

この非常に脆弱な領域は、好ましくは、ウエハの周縁部に配置される。

また、注入特性の細かい制御が可能であるため、注入された種のより高い濃度を有するこのような領域の生成は行なうのが簡単である。

従って、脆化ゾーンを形成する工程は、脆化ゾーンが局所的により高い脆弱性を有する局所化された領域をこのゾーン内に生成するように行なわれ、その結果、この領域が脆化ゾーンの非常に脆弱な領域に対応する。

脆化ゾーンのこの領域は、従来「開始領域」と称され、この用語の意味は以下で明らかとなろう。

また、脆化ゾーンのこの領域は局所化され、これは、例えば脆化ゾーンの周縁部において数度程度の角度セクタをカバーする領域であってもよい。

代替形態によれば、ウエハの周縁全周にこの特定領域を形成することも同様に可能である。

この場合、開始領域によってカバーされる角度セクタは３６０°程度であってもよい。また、王冠形を有するこの領域の幅は従って小さく、ほぼ１センチメートル未満である。

分離のための処理
このようにして、脆化ゾーンが一旦その開始領域を有するウエハに形成されると、ウエハは、ウエハの残余部分からの、脆化ゾーンのレベルの層の分離のための処理に曝される。

好ましい実施形態
脆化ゾーンが局所オーバードーズを有する注入によって形成された、本発明の好ましい実施形態の場合において、この処理はアニーリングを使用する。

このアニーリングは、脆化ゾーンのレベルで注入によって生成される微泡の合体を引き起すことを可能にする。

このアニーリングは、好ましくは、ウエハに熱をできるだけ一様に印加することを可能にする条件の下で行なわれる。

本発明の場合、アニーリング中に分離が開始領域のレベルで局所的に開始され、次に、完全な分離を行なうために脆化ゾーンの全体に亘って進行するように、作用が求められる。

本出願人は、全て同じ熱エネルギーを与える加熱素子の中心にウエハが配置される「従来型」分離アニーリングにウエハを曝したときに、分離が「熱点」又は「熱領域」のレベルで開始されたことを実際に観察した。

これらの熱領域は、炉内の温度の一様性によって局所的により大きい熱量を受ける脆化ゾーン内の位置に対応している。これらは通常、（垂直方向で）ウエハの上側領域に位置している。

従来のＳＭＡＲＴＣＵＴ（登録商標）法の場合では、分離を開始するためにこれらの熱領域を使用する（例えば、ウエハの様々な領域に印加される熱量の非一様な分布を利用する）ことが望ましい。

しかし、本発明の場合には、分離のこの開始は、特に、分離に関連する粗いゾーンの範囲の制限を可能にする開始領域によって既に行なわれ、次にこのような熱領域の抑制が求められることができる（これは、とりわけ、分離された層に亘り一様な粗さ分布を得ることを可能にする）。

この目的のために、いくつかの解決策が可能である。

図１は、本発明で使用されることができるアニーリング装置の第１の実施形態を示している。

ウエハに施されるアニーリングは、各ウエハに対し、ウエハの脆化ゾーンによるウエハの厚さ内に画定された材料の層の分離を助けるという目的を有する。

図１の装置１０は、１枚又は複数枚のウエハＴをアニーリングするために受け取るための加熱容器１００を備える。

装置１０の長手方向軸は垂直であり、従ってこの装置は垂直炉タイプである。

ウエハＴがこの容器内で垂直に配置されており、既知技術でのように水平でないことに留意されたい。

ウエハはケージ１１０内に受け取られ、ケージ１１０自体は支持体１１１によって支持される。

支持体１１１は、この装置のスロート１２０を塞ぐカバー１１２上にある。

更に、装置１０内にウエハを導くため、そして、アニーリング後にウエハを取り出すためにウエハ保持手段１３０が備えられている。

容器１００にはスロート１２０と反対に配置された開口１０１が備えられている。この開口を通して熱伝導ガスが容器内に導入されることができる。

複数の加熱素子１４０が容器１００を包囲している。

これら加熱素子は略垂直な方向で順々に配置されている。

これら加熱素子は例えばこれらに電気が供給されたときに熱を放出することができる電極であってもよい。

図２は、容器１００、ウエハＴ、及び加熱素子１４０（これらの番号は、明確にするためにこの図面では少なくされている）のより見やすい図を提供する。

図面では示されていない手段は、各加熱素子の加熱力を選択的に制御するために、これらの素子の各々の供給の選択的な制御を可能にする。

このようにして、加熱中にウエハへ印加される熱量の垂直分布が制御される。

図１及び図２に示すように、内部で垂直にウエハを配置するアイデアによる従来の垂直炉の使用が垂直温度勾配を生じたことを本出願人は実際に観察した。

加熱素子１４０への供給を選択的に制御することにより、空間的に一様な熱量が、各ウエハの脆化ゾーンの全範囲に亘りウエハＴに印加されることができる。

これは、例えば、分離後に、層の表面に生成されるヘイズの測定により視覚化されることができる。

容器内では熱が上昇し、従ってこの容器の上部で温度がより高くなるという自然の傾向を補償するために、典型的には、下部の加熱素子は上部の素子よりも多く供給される。

従って、各ウエハの脆化ゾーン全体に亘ってウエハに印加される全体の熱量が一様であることが保証される。

図１及び図２の設備は本発明で使用されることができるアニーリング装置の好ましい実施形態に対応している。

しかし、異なる設備を使用して全体的な熱量のこのような一様な印加を達成することも可能である。

そこで図３は、ウエハＴ又は複数のウエハに本発明によるアニーリングを行なうことができる装置２０を示す。

ウエハは加熱容器２００内でほぼ水平に延在する。

この容器には熱伝導ガスの導入のための開口２０１が設けられている。

装置２０は、参照符号２４０によって集合的に示されている複数の加熱素子を有する。

これらの加熱素子は、ウエハの上のみに配置されてもよいが、ウエハの下に配置された同様な加熱素子によってこれらを二重にすることも同じく可能である。

加熱素子２４０は、同じ水平面に延在する一連の個別の加熱素子（例えば、電極又は加熱板）であってもよい。

その場合、各加熱素子は、様々な素子が様々な直径を有する、他の素子に対して同心状に配置された円形リングであってもよい。

その場合、ウエハがアニーリング位置にあるときには、加熱素子はウエハに対して同心状に同様に配置される。

その場合も、各加熱素子の選択的及び個別制御のための手段（図示せず）が設けられる。

従って、ウエハに印加される全体の熱量は、ウエハの脆化ゾーンに沿って一様であることが保証される。

加熱素子２４０は、同様に、温度分布を制御可能な「加熱板」タイプの単一電極であってもよい。

素子２４０を個々の供給が個別に制御される制御された赤外線ランプと置き換えることも同様に可能である。

また、電極タイプ（例えば、同心円形状リングとして）の素子２４０は、赤外線ランプと組み合わされることができ、これは、一様な全体の熱量を構成するように脆化ゾーンに印加される熱量を局所的に調節することができる相補的加熱をもたらす。

いずれの場合も、本発明の全ての実施形態において、加熱装置はウエハの脆化ゾーンに一様な熱量を印加するように、これらのウエハの一様な加熱を行なうことができる。

この特定のアスペクトは、ＷＯ ０２／０５３４４及びＥＰ ９３８１２９の方法などの、以前に開示された方法によって無視されていることが想起される。

そこで、動作時に、本発明によるアニーリング装置はウエハの脆化ゾーンへ一様な熱量を印加する。

このアニーリング中に各ウエハにより受け取られる熱量はウエハから層を分離するのに必要なエネルギー量に対応する。

このアニーリングを行なうために使用される設備のタイプがどんなものであろうと、各ウエハに対し開始領域のレベルでウエハから層が局所的に分離できる。

その場合、この初期分離は、ウエハに印加される十分な熱量により、全脆化ゾーンに亘って自然に進行する。

本出願人は、このように進行することにより、分離された層の表面粗さが特に低いことを観察した。

更にこの粗さは一様であり、これは、本発明によって得られる特定の利点である。

反対に、従来の分離アニーリングを使用する場合、脆化ゾーンが開始領域を備えていないウエハでは、上記の熱領域のレベルでアニーリング中に分離が開始される。

この場合、通常は、分離された層の局所的な粗さは、熱領域のレベルで全体的な層の表面粗さよりも大きいことが観察される。

本発明の好ましい実施形態の場合、粗さのこの非一様性が避けられる。

従って本発明は、本発明の好ましい実施形態において、ＳＭＡＲＴＣＵＴ（登録商標）法の従来バージョンの代替形態を提案するものである。

従来のＳＭＡＲＴＣＵＴ（登録商標）法の場合には、注入がウエハの表面に亘りほぼ一様に行なわれ、分離アニーリング中、通常、ウエハに印加される熱量の非一様によって分離が開始される。

本発明の好ましい実施形態に対応するＳＭＡＲＴＣＵＴ（登録商標）の代替形態の場合には、反対に、非一様な注入が局所化されたオーバードーズで行なわれ、分離アニーリング中、ウエハへのできるだけ一様な熱量の印加が求められる。

その他の実施形態
上記のように、ＳＭＡＲＴＣＵＴ（登録商標）法の代替形態に対応する好ましい実施形態と異なる実施形態により、本発明を採用することが可能である。

これら実施形態によれば、開始領域はこのウエハの脆化ゾーンのレベルで同様に生成され、開始領域のレベルで、分離される層とウエハの残余部分との間の脆化ゾーンは、開始領域を画定するために局所的に非常に脆弱化される。

ウエハからの層の分離を目的とする処理中に、この開始領域は全ての場合において分離を開始させ、そして、次にこれが脆化ゾーンの全表面に亘って進行する。

本発明で使用できるアニーリング装置の略組立図であり、このアニーリング装置の第１の実施形態に対応している。 この装置の一部のより詳細な略図である。 本発明で使用できるアニーリング装置の略図であり、このアニーリング装置の第２の実施形態に対応している。

Claims (6)

1. 半導体材料から選ばれた材料のウエハから層を分離する方法において、
   前記分離される層を前記ウエハの厚さ内に画定する脆化ゾーンを前記ウエハの厚さ内に生成する工程と、
   前記脆化ゾーンの非常に脆弱な領域に対応するように、大きな脆弱性を有する局所的な開始領域を前記脆化ゾーン内に形成する工程と、
   前記脆化ゾーンのレベルで、前記ウエハを熱処理に曝して前記層の分離を行なう工程とを備えた方法であって、
   前記ウエハが容器内で垂直に配置され、前記容器を囲むように垂直方向に順々に配置された複数の加熱素子と該複数の加熱素子の各々を選択的に制御する手段とを備えた垂直炉を用いて、前記加熱素子の各々の加熱力を選択的に制御するように、前記分離のための前記熱処理が行なわれ、
   前記脆化ゾーン全体に亘って空間的に一様な熱量が前記ウエハに印加されるように、前記加熱素子の各々が制御されることを特徴とする方法。
2. 前記脆化ゾーンが原子種の注入によって生成され、前記注入中に前記開始領域が原子種のオーバードーズの局所的な注入によって生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記熱処理が熱アニーリングであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記分離を行なうのに必要なエネルギーに相当する熱量を前記ウエハに印加するために前記熱アニーリングが行なわれることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記熱アニーリング中に前記開始領域のレベルで前記分離が開始されることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記脆化ゾーンの全域に亘り、前記開始領域から前記分離が進行することを特徴とする請求項５に記載の方法。

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