JP5042837B2 - 気泡の形成を回避し、かつ、粗さを制限する条件により共注入工程を行う薄層転写方法 - Google Patents

Description

本発明は基板上に半導体材料の薄層を含む構造物の作製方法であって、
ドナー基板の厚み部分内に脆化領域を作製するように薄層が作られなければならないドナー基板表面下へ核種の注入を行う工程と、
注入が行われた後にドナー基板の面を支持基板と緊密に接触させる工程と、
ドナー基板の一部を支持基板上に転写し、かつ、支持基板上に薄層を形成するように脆化領域の高さでドナー基板を剥離する工程と、を含む方法に関する。

より詳細には、本発明は上記注入工程に関する。

非特許文献１をみるとさらに多くの詳細を見出すことができるが、ＳＭＡＲＴＣＵＴ（登録商標）タイプの処理は、上記タイプの方法の１つの例であり、かつ、本発明の好ましい実施形態に対応するものである。

このような処理は、ＳｅＯＩ（絶縁体上半導体）構造物などの半導体材料の薄層を含む構造物を有利に作製するものである。

このようなプロセスから得られる構造物は、超小型電子機器、光学機器、および／または、オプトロニクス機器の分野に適用されている。

核種の注入は、注入されるドナー基板の表面を基準として基板から事前に設定された深さに最大濃度で核種が注入されるものであり、注入されるドナー基板の材料に原子またはイオン核種を導入するに適したいかなる技術（照射、拡散など）をも意味するものであると、従来技術から理解されよう。

注入工程は、少なくとも２つ異なった核種を共注入する工程により行うことができる。共注入技術の一般的な長所は、単一のタイプの核種の注入を基準として注入された核種量の約３分の１の低減である。

例えば、非特許文献２においては、水素（Ｈ）とヘリウム（Ｈｅ）の共注入が、水素またはヘリウムのいずれか１つが単独で注入された時に必要とされる注入核種量よりもはるかに小さな総注入核種量で薄層の剥離を可能にすることが確立されている。

この低減は、注入時間の短縮、かつ、最終的には、特にＳＭＡＲＴＣＵＴ（登録商標）タイプの転写処理の手段による支持基板上に薄層を含む構造物の作製に伴うコストの低減に寄与している。

非特許文献２に述べられているように、水素（Ｈ）の本質的な役割は、注入による損傷と化学的に相互作用すること、および、注入されたドナー基板中にＨで安定化された小板状欠陥または微小空洞を形成することである。一方、ヘリウム（Ｈｅ）は、主に物理的な役割を果たし、前記欠陥において応力を与えるための注入済みドナー基板における内部圧力の供給源として機能する。したがって、Ｈｅは、脆化領域の各側面上に２つの連続した分離可能な表面がその後に形成できるように微小空洞の成長および最終的な交差を駆動する。

前記面の間のボンディング界面と呼ばれる両者の界面に境界を作製するために、下方で注入が行われたドナー基板の面は、その後に支持基板の面と緊密に接触するよう定置される。

しかし、もしボンディングされる双方の面上に粒子または有機物が存在していれば、それらはボンディング界面のいずれかの場所でボンディングが効率的に行われることを妨げる可能性があり、したがって、ボンディングされた基板間に空洞が出現する可能性がある。

したがって、注入された核種はこれらの空洞内に容易に拡散することができ、したがって、ボンディング界面に気泡を形成する。これは、特に、ドナー基板および支持基板が緊密に接触された後に得られる構造物が、特にボンディングを強化すること、または、脆化領域の高さでドナー基板を剥離することを意図されて熱処理を施された場合のことである。

さらに、空洞の存在は不完全にボンディングされた領域の確立につながることがあり、この領域では、（「非転写区画」と呼ばれる）薄層のいくつかの領域が支持基板上に転写されない可能性があるように、ボンディング強度が脆化領域の高さでのドナー基板の剥離を可能にするためには十分とはならない可能性がある。

加えて、下方で注入が行われ、かつ、ドナー基板と緊密に接触されるべきドナー基板の面の表面の品質を、注入工程が劣化させ、かつ、したがって、ボンディング界面に気泡が形成されるリスクおよび各領域が支持基板上に転写されないリスクを増大させることに注意されたい。

気泡は利用可能な有効ウェハ表面面積を狭め、かつ、それ故、生産収率を低下させるため、気泡は所望されない。気泡を示しているウェハは生産ラインから拒否されている。

ＨｅおよびＨ原子の共注入を既に受けているシリコンＳｉから作られた（および、表面上のＳｉＯ₂層を含むこともある）ドナー基板を検討すると、気泡形成のリスクは、ボンディング界面の近くにＨｅが注入された場合に増加すると信じられている。

したがって、以下の方法が気泡形成を回避するために通常は行われている。

第１の方法は、ＳＩＭＳ分析の支援により較正することができる適切なＨ注入エネルギーを供給することによる、（下方で注入が行われるドナー基板の面から開始して）ドナー基板中にＨ原子より深くＨｅ原子を注入することにある。

第２の方法は、注入されるＨ核種量を典型的に数個の１０¹⁵Ｈ原子／ｃｍ²分だけ増加させることにある。

無論、双方の方法を合わせて実施することができる。

これらの方法の効果を以下の表１により示す。表１は以下の共注入条件下でＨｅおよびＨ原子の共注入が行われた際に検出された気泡の数を示している。
・１２×１０¹⁵／ｃｍ²のＨｅ原子の核種量
・３４、４０、および、４６ｋｅＶであるＹ軸に沿って示されたＨｅ注入エネルギー
・９、１２、および、１５×１０¹⁵／ｃｍ²であるＸ軸に沿って示された注入されたＨ原子の核種量
・２７ｋｅＶのＨ注入エネルギー

最小Ｈｅ注入エネルギーに、すなわち、最も浅いＨｅ注入深度に対応した最下行において、気泡形成が観察されている。しかし、Ｈｅ注入エネルギーが増加する（Ｈｅはより深く注入されていく）に従い、気泡形成はより少なく観察されている。言い換えれば、Ｈｅがより深く注入されるに従い、気泡形成はより少なく観察されている。

最小のＨ核種量に対応した左側の列において、気泡形成が観察されている。しかし、Ｈ核種量が増加するに従い（中央および右側の列を参照）、気泡形成は減少している。言い換えれば、Ｈ核種量が大きくなるに従い、気泡形成はより少なく観察されている。

双方の方法において、Ｈ注入領域は、ボンディング界面に向かうＨｅの拡散を遮断することを可能にするゲッタリング領域またはバリヤとして機能していると考えられる。

上記のように、ドナー基板は、ドナー基板の一部を支持基板上に転送し、かつ、支持基板上に薄層を形成するように、注入工程によりドナー基板の厚み部分内において作製される脆化領域の高さにおいて剥離される。

ＳＭＡＲＴＣＵＴ（登録商標）などの転写処理に支援されて得られた構造物の表面状態の指定は一般に非常に厳格である。確かに、薄層の粗さは、この構造物の上に作製される構成部分の品質を特定の程度まで左右するパラメータである。

したがって、薄層の表面粗さを可能な限り制限し、かつ、したがって、粗さを制限することを可能にする条件下で注入工程を実施する必要がある。

以下の表２は、剥離工程が行われ、かつ、その結果得られた構造物が、表面再構築により特定の粗さをゴムで埋めるように構成されたＲＴＡ（急速熱アニール）を施された後に測定された表面粗さを示している。

共注入の条件は表１に関して表示された条件と同じである。

表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の先端により掃引された１０×１０μｍ²の表面上でより精密に測定され、かつ、ＲＭＳ（二乗平均）として知られている平均二次値により表されている。

この表からは、粗さを制限するための２つの最善の条件が、左側列の上部で下線を施されたものであることが明らかである。しかし、表１に示したように、これらの条件は気泡形成をもたらす。

一方、気泡形成をもたらさない条件は粗さを制限しない条件である。

それ故、表１と表２の比較がより明確にするように、最善の粗さをもたらす特定の注入条件は不要な気泡形成につながる可能性があり、相互的に、気泡形成を回避する条件は貧弱な粗さをもたらす可能性がある。

したがって、表面粗さと気泡形成は独立には制御することができないように見える。それ故、気泡形成を回避するための最善の条件（注入エネルギーおよび核種量）と、その結果として得られる表面粗さを制限するための最善の条件との間で妥協がなされなければならない。

ここでは、このような妥協は、粗さだけでなく、転写された薄層の厚み部分の均一性、損傷区画の厚み部分、開裂温度などの他のパラメータも制御するために行われなければならない可能性のあることが述べられている。

仏国特許出願公開第０３０９３０４号明細書（２００３年７月２９日出願） Jean-Pierre Colinge著「Silicon-On-Insulator Technology: Materials to VLSI 2nd Edition」第５０〜５１頁（Kluwer Academic Publishers発行） Aditya Agarwal, T. E. Haynes, V. C. Venezia, O. W. Holland, and D. J. Eaglesham著「Efficient production of silicon-on-insulator films by co-implantation of He+ with H+」（「Applied Physics Letters」第７２巻、第１０８６〜１０８８頁（１９９８年発行））

したがって、特に気泡形成の回避およびその結果得られた表面粗さの制限の双方のために、共注入の条件が最適に制御される基板上に半導体材料の薄層を含む高品質構造物を作製するための方法に対する必要性がある。

上記の必要性を満たすために、本発明は、第１の態様に従って、
ドナー基板の厚み部分内に脆化領域を作製するように薄層が作られなければならないドナー基板の面の下方への少なくとも２つの異なった核種の共注入を行う工程と、
注入が施された後にドナー基板の面を支持基板と緊密に接触させる工程と、
ドナー基板の一部を支持基板上に転写し、かつ、支持基板上に薄層を形成するように脆化領域の高さでドナー基板を剥離する工程と、を含む、基板上に半導体材料の薄層を含む構造物の作製方法であって、
少なくとも第１の核種は注入されて、ドナー基板中に小板状欠陥を形成するために実質上化学的に機能し、少なくとも第２の核種は注入されて、前記欠陥において応力を与えるための注入されたドナー基板における内部圧力の供給源として実質上物理的に機能し、前記第１および第２の核種の各々は、正規分布曲線に従って、最大濃度ピークを有し、かつ、注入核種の７０％が集中する展開領域がドナー基板の厚み部分内にそれぞれ分布し、共注入工程が、
・前記第２の核種のピークが、前記脆化領域内のドナー基板の厚み部分内において、かつ、前記第１の核種の展開領域よりも深く所在するように前記第１および第２の核種の注入エネルギーが選択され、かつ、
・前記第１および第２の核種の注入核種量が実質上同じとなり、第１の核種の注入核種量が総注入核種量の４０％から６０％に達するように選択される、
という共注入条件に従って行われることを特徴とする方法を提案する。

本発明による方法の好ましいが制限的ではない形態は以下の通りである。
・ドナー基板は（究極的には表面のＳｉＯ₂層を含む）シリコン基板であり、前記第１および第２の核種の注入核種量は総注入核種量として実質上３．２×１０¹⁶／ｃｍ²よりも小さな核種量となるように選択されることが可能であり、
・総注入核種量は２．２×１０¹⁶／ｃｍ²より小さくすることが可能であり、
・各核種の注入核種量は０．９×１０¹⁶／ｃｍ²と１．５×１０¹⁶／ｃｍ²の間に含まれることが可能であり、
・第１の核種の最大濃度ピークと第２の核種の最大濃度ピークの間の隔たり（ｏｆｆｓｅｔ）は実質上５００と１，０００オングストロームの間に含まれることが可能であり、
・共注入工程はヘリウムおよび水素を共注入することにより行うことができ、ドナー基板において、ヘリウムは実質上物理的に機能し、水素は実質上化学的に機能し、
・共注入工程はヘリウムと水素を順次共注入することにより行うことができ、
・支持基板はシリコン基板とすることができ、かつ、究極的には表面の酸化物層をこの基板の頂部上に含むことができ、
・方法は、ドナー基板の面が支持基板と緊密に接触される前の緊密に接触されるべきドナー基板および支持基板の面の少なくとも１つのプラズマ活性化処理をさらに含むことができる。

本発明は、本発明の第１の態様による方法の共注入工程の直後に得られる中間構造物にも関する。

本発明は、ＳｅＯＩ（絶縁体上半導体）構造物の作製への本発明の第１の態様による方法の適用にも関連する。

本発明の他の特性、目的、および、長所は、非制限的な例として与えられた添付の図面に関した以下の詳細な説明を読むと明らかになる。

既に示したように、本発明は支持基板上に半導体材料の薄層を含む構造物の作製中に行われる共注入工程に関し、薄層は核種の注入により事前に脆化されたドナー基板の高さにおける剥離により得られる。

本発明はＳＭＡＲＴＣＵＴ（登録商標）タイプの転写プロセスを利用することにより得られる構造物の品質を改善するうえで役立てることができる。

この構造物は、一般に、外部環境に露出された表面上の半導体材料の薄層を含むいずれのタイプの構造物とすることもできる。

非制限的に、半導体材料の薄層はシリコンＳｉ、炭化珪素ＳｉＣ、ゲルマニウムＧｅ、シリコンゲルマニウムＳｉＧｅ、ガリウム砒素ＡｓＧａなどとすることができる。

基板支持体はシリコンＳｉ、水晶などから作製することができる。

酸化物の層も支持基板と薄層の間に介在することができ、したがって、構造物は、ＳｅＯＩ（絶縁体上半導体）構造物、特にＳＯＩ（絶縁体上シリコン）構造物となって形成される。

本発明による注入工程は、その本質が、ドナー基板の厚み部分における開裂面と呼ばれる平面に沿った脆化領域を作製するように少なくとも２つの異なった核種の共注入を行うことにある。

注入工程中に、各核種は、その核種が主に分布され、かつ、最大濃度ピークを示す展開領域を表す再配分プロファイルに従って注入済みドナー基板の厚み部分内に分布している。より詳細には、再配分は、（注入された核種が主に分布され、例えば、注入された核種の７０％が集中している前記展開領域を規定している）標準偏差、および、特に注入エネルギーに依存している最大濃度ピークを示す擬似ガウスプロファイルを有している。

共注入された核種の中で、少なくとも第１の注入核種はドナー基板内に小板状の欠陥を形成するために実質上化学的に機能し、少なくとも第２の注入核種は前記欠陥において応力を与えるための注入済みドナー基板における内部圧力の供給源として実質上物理的に機能する。

本発明による方法の好ましい実施形態によれば、水素およびヘリウムの核種はシリコンＳｉドナー基板の厚み部分内に脆化領域を形成するために共注入される。

非特許文献２に関連して既に上記したように、このような場合、水素は実質上化学的に機能する核種であるのに対し、ヘリウムは実質上物理的に機能する核種である。

したがって、さらに、特許文献１に開示された効果から恩恵を得られ、特許文献１によれば剥離後に得られた構造物の急速熱アニール（ＲＴＡ）を含む仕上げ工程と組み合わされると、ヘリウムおよび水素の（小さな核種量の）共注入は、水素のみの（より大きな核種量の）注入の後に続く転写を基準として、より低減されたレベルの粗さを持つ薄層の転写をもたらす。

他を排しないが好ましくは、共注入はヘリウムに続いて水素が順次注入されることにより行われる。

本発明による方法の説明に戻ると、共注入工程は、第１および第２の核種の注入エネルギーが、第２の核種（物理的に機能する核種であって、例えば、Ｈｅ）のピークが、実質上、脆化領域内にドナー基板の厚み部分内に、かつ、第１の核種（化学的に機能する核種であって、例えば、Ｈ）の展開領域よりも深く所在するような共注入条件で行われる。

この共注入条件は、注入された核種の注入核種量が実質上同じとなり、第１の核種の注入核種量が総注入核種量の４０％から６０％に達するようにさらに選択される。

確かに、本出願人はいくつかの実験を行い、かつ、前記第２の核種のピークが第１の核種の展開領域よりも深くドナー基板の厚み部分内に所在するように注入エネルギーを制御することが気泡形成の回避を可能にするという結論に達した。

さらに、本出願人は、これらの実験から、前記第２の核種のピークが脆化領域内でドナー基板の厚み部分内に所在するように注入エネルギーを制御することが粗さを制限するうえでも役立つという結論にも達した。

以下の説明は、これらの実験、ならびに、本発明による方法において示唆された機構の検討により詳細に関する。

第１に、異なったＳＯＩ（絶縁体上シリコン）構造物が作製され、共注入工程はその本質がＨｅ続いてＨの順次の注入にある。

注入核種量が、それぞれＨｅに対して１．２×１０¹⁶／ｃｍ²に、および、Ｈに対して０．９×１０¹⁶／ｃｍ²に固定された。

Ｈの注入エネルギーも固定された（２７ｋｅＶ）のに対して、Ｈｅの異なった注入エネルギーに対して異なった実験が行われた。

本出願人は、剥離工程後の気泡の数および粗さ、ならびに、（以下に詳細に説明される）いくつかの最終的な従来の処理工程が実施された後の粗さなどの品質パラメータによりＳＯＩ表面の品質に対して異なった注入条件を比較しようと試みた。

シリコンドナー基板内の注入核種の濃度分布プロファイルを調査するために、および、より詳細には、それらの核種の最大濃度ピークおよび展開領域の位置を決定するために、二次的なイオン質量スペクトル（ＳＩＭＳ）分析が（注入後、注入工程が行われた後に）行われた。

ＨｅおよびＨの最大濃度ピークの位置、ならびに、両者の展開領域の可能な重なりを考慮することにより、ヘリウムのピークの位置は、水素の展開領域「よりも深くない」、「内にある」、または、「よりも深い」のいずれかに認定することができる。

剥離が起こる開裂平面の脆化領域内における位置を決定するために、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡観察法）および反射光測定層厚み部分分析も（剥離後、剥離工程が実施された後に）行われた。より詳細には、前記開裂平面の位置は支持基板上に形成された薄層の厚み部分から差し引かれている。

反射光測定層厚み部分分析は、剥離後に得られた構造物が、本質が急速熱アニール（ＲＴＡ）にある仕上げ工程を施された後にも行われた。

Ｈｅ最大濃度ピークの位置、ならびに、Ｈｅ分布プロファイルの脆化領域との可能な重なりを考慮することにより、ヘリウムのピークの位置も脆化領域「よりも深くない」、「内にある」、または、「よりも深い」のいずれかに認定することができる。

以下の表３は、上記の分析の結果をＨｅ注入エネルギーとＨ注入エネルギーの間の調査された異なったデルタΔＥに対して示す一方、表４は、脆化領域および水素展開領域を基準としたヘリウムピークの位置を認定している。

図１は、表４に述べられた用語を得るために、Ｈのピークと展開領域の位置ならびに開裂平面および脆化領域の位置の両方と比較される、Ｈｅのピークおよび展開領域の下方で注入が行われたドナー基板の面からのオングストロームでの深さを表すＸ軸に沿った位置をＨｅ注入エネルギーとＨ注入エネルギーの間の調査された異なったデルタΔＥに対して概略的に示す。

ＨｅのピークがＨの展開領域「よりも深くない」時でさえ、開裂平面は常に水素のピーク「よりも深い」ことに注意されよう（参照１を参照）。加えて、ＨｅのピークがＨの展開領域「よりも深い」時でさえ、開裂平面は（数十オングストローム分だけ）常に水素のピークの周辺にある（参照４、５、および、６を参照）。

剥離工程の後、気泡の最終的な存在が上記の構造物の各々に対して調査された。さらに、表面粗さの測定も、（薄層が一旦支持基板上に転写されれば）薄層表面にわたり１０×１０μｍ²の表面上でＡＦＭ（原子間力顕微鏡）の先端を掃引すること、および、Ｄｅｋｔａｋプロファイルメータを使用することの双方により、剥離の後に行われた。

一般に、ＡＦＭによる測定は高周波粗さの特徴付けを行う一方、Ｄｅｋｔａｋプロファイルメータによる測定は低周波粗さの特徴付けを行う。

以下の表５はこれらの観察結果および測定値を要約している。

したがって、Ｈｅの注入エネルギーが弱い時（すなわち、実験条件においてＨｅとＨの間のエネルギー隔たりが２０ｋｅＶを下回った時）に、形成された気泡の数がなおさら重要になっていることが観察できる。しかし、ＨｅのピークがＨの再配分プロファイル「よりも深く」なるようにＨｅが注入されると（すなわち、ＨｅとＨの間のエネルギー隔たりが２０ｋｅＶより高いと）、気泡は形成されない。

Ｈｅのピークが脆化領域「内にある」ようにＨｅが注入されると、粗さが最小になること、および、高周波および低周波の粗さに対しても同時に粗さが最小になることも観察できる。

逆に、注入条件が、Ｈｅのピークが脆化領域「よりも深くない」または「よりも深い」ようにＨｅが注入されるような条件である時に、かつ、より詳細には、Ｈｅの再配分ピークが前記脆化領域から離れていくに従い、粗さはより激しくなる。

高周波粗さ値（ＡＦＭ測定値）は、ＨｅとＨの共注入が行われても、Ｈのみの注入が行われても、比較的同じとなっていることに注意されたい。一方、低周波粗さは、Ｈのみの注入に比較して全ての共注入条件に対して（半分を超えて）有意に抑えられていることが観察される。

上記のように、剥離後に得られた構造物は、表面の再構築により特定の粗さ、および、特に既に上記した特許文献１に述べられているような高周波粗さをゴムで埋めるように構成された急速熱アニール（ＲＴＡ）を含む仕上げ工程を施すことができる。

剥離後に得られた構造物の仕上げ工程は、このＲＴＡ（ＲＴＡ１）に加えて、安定酸化（ＳｔａｂＢｏｘ）第２のＲＴＡ（ＲＴＡ２）および薄膜化操作との処理操作の組合せをさらに含んでいる。

単一の核種のみの注入の代わりに共注入が使用された際の粗さに関する重要な恩恵は、ＲＴＡ１の後に得られる。

さらに、共注入が行われると、前記最後の薄膜化操作の後に２．５Åほどに低いＲＭＳ値（１０×１０μｍ²走査）に到達できる。

それ故、Ｈｅのピークが脆化領域内に所在する時には最終的な構造物が低い粗さを提示するのに対して、前記Ｈｅのピークプロファイルが脆化領域から（より深くなく、または、より深く）離れていくに従い、前記粗さは増大する。

気泡形成の傾向は、以下の形で説明することができる。

下方で注入が行われた面から近くにＨｅが注入されるほど、恐らくは拡散により、より多くの気泡がこの界面に発生する。

一方、ドナー基板においてＨ「より深く」Ｈｅが注入されると、Ｈｅは、アニール処理中に、自身の拡散経路上に、Ｈの注入により形成された小板状の欠陥が現れ、したがって、これらの欠陥はＨの分布プロファイル内でドナー基板内に所在し、かつ、Ｈｅを捕捉し、ならびに、気泡形成を制限する。

したがって、注入条件は、Ｈｅ（または、より一般的には、物理的に機能する核種）が、Ｈが主に展開する層（または、より一般的には、化学的に機能する核種が主に展開する層）よりも深いピークを提示する再配分プロファイルに従って、ドナー基板の厚み部分内で分布するように選択されなければならない。

ここで、本実験の状況において使用されたＨｅ核種量（１．２×１０¹⁶／ｃｍ²）に対して、ＨｅのピークがＨの展開領域よりも深くなるようにＨｅが注入されると、気泡形成が観察されなかったことに注意されたい。しかし、もしＨｅがはるかに大きな核種量で注入されていれば、Ｈｅの全てがＨにより安定化された小板状欠陥により捕らえられる可能性はなく、かつ、したがって、拡散し気泡を形成することができたはずである。

既に触れた特許文献１に開示されているように、ヘリウムと水素の（小さな核種量の）共注入は、剥離後に得られた構造物の急速熱アニール（ＲＴＡ）を含む仕上げ工程と組み合わされると、水素のみの（より大きな核種量の）注入の後に続く転写を基準として、より低減されたレベルの粗さを持つ薄層の転写をもたらす。

しかし、粗さが特に脆化領域を基準としたＨｅピークの相対位置に依存することは上記に示した。

確かに、Ｈｅのピークが脆化領域「よりも深くない」または「よりも深い」のいずれかである時は、Ｈｅのピークが脆化領域「内にある」、したがって、開裂平面に近い時よりも粗さがより重要となる。

ＨｅのプロファイルがＨのプロファイルの近くに定置されると、Ｈｅの最大数がＨの最大濃度層に捕らえられると信じられている。この場合、脆化領域の高さにおけるＨｅの濃度は最大となり、かつ、粗さの低減をもたらす。

逆に、Ｈｅの注入が脆化領域よりはるかに「深くない」、または、はるかに「深い」のいずれかに行われると、Ｈｅの寄与は低下し、粗さは激しくなる。

したがって、注入条件は、Ｈｅ（または、より一般的には物理的に機能する核種）が、脆化領域内に所在するピークを提示する再配分プロファイルに従ってドナー基板の厚み部分内に分布されるようにも選択されなければならない。

これらの目的に対して、第２の核種の注入エネルギーと第１の核種の注入エネルギーの間の差は、例えば、（例えば、ＳＩＭＳ分析により決定された）第１の核種の最大濃度ピークと第２の核種の最大濃度ピークの間の隔たりが５００と１０００オングストロームの間に実質上含まれるように選択することができる。

上記に調査された注入条件は注入エネルギーのみに関連したものである。しかし、基板上に半導体材料の薄層を含む高品質構造物を作製するために必要な共注入条件の全体を最適に制御するために、注入核種量も実験の第２のセット中に調査された。

典型的に、共注入された核種の注入核種量は、総注入核種量が、単一の核種のみが注入された場合よりも低い総注入核種量である３．２×１０¹⁶／ｃｍ²よりも実質上低く、かつ、好ましくは２．２×１０¹⁶／ｃｍ²より少なくなるように選択することができる。

上記の参照３の構造物を作製し（かつ、最小２．５ÅのＲＭＳ最終粗さ値につなげる）ために使用される注入エネルギーは、実験のこの第２のセットでは同一に保たれた、すなわち、Ｈｅは４３ｋｅＶのエネルギーで注入され、Ｈは２７ｋｅＶのエネルギーで注入されている。

粗さおよび気泡形成は、ＨｅおよびＨの注入核種量が修正されると観察された。

先ず、Ｈの核種量は０．９×１０¹⁶／ｃｍ²から１．３×１０¹⁶／ｃｍ²に増加された一方、Ｈｅの核種量は（Ｈｅの核種量が１．２×１０¹⁶／ｃｍ²であった実験の第１のセット中より小さい）０．９×１０¹⁶／ｃｍ²に等しく固定されたままであった。

調査された共注入条件（１．３×１０¹⁶／ｃｍ²に等しい最大Ｈ核種量）のいずれも気泡形成にはつながっていない。しかし、Ｈの核種量が増加するに従って、粗さは穏やかになっていった。

続いて、Ｈｅの核種量が変更された一方、Ｈの核種量は（１．１×１０¹⁶／ｃｍ²に等しく）固定されたままであり、かつ、エネルギーも固定されていた（４９ｋｅＶのＨｅのエネルギー、３２ｋｅＶのＨのエネルギー）。

Ｈｅの核種量が増加するに従って、気泡形成が発生していく。しかし、粗さは、調査された全ての構造物に対して穏やかである（Ｈｅの核種量が１．５×１０¹⁶／ｃｍ²に到達すると１０×１０μｃｍ²走査上での最終的な粗さは２．３ÅＲＭＳほどに小さくなる）。

最後に、実験のこの第２のセットからは、２つの核種の注入核種量が実質上同じになり、第１の核種の注入核種量が典型的に総注入核種量の４０％から６０％に達すると、小さな粗さおよび気泡形成の回避については最善の結果に到達できることを導くことができる。

好都合なことには、各核種の注入核種量は０．９×１０¹⁶／ｃｍ²と１．５×１０¹⁶／ｃｍ²の間に含まれる。

プラズマ活性化などの（特に、注入核種量が、６０％／４０％に近い再配分が達成されるようなものであると）残存気泡の低減および良好な粗さの達成に役立つ可能性のある表面活性化処理をさらに行うことができる。このプラズマ活性化は、ドナー基板の面が支持基板に緊密に接触される前に、緊密に接触されるべきドナー基板および支持基板の面の少なくとも１つに行われる。

他の態様のもとでは、本発明は、上記に開示した本発明の第１の態様による方法の共注入工程の直後に得られる中間構造物にも関する。

他の態様のもとでは、本発明は、本発明の第１の態様による方法のＳｅＯＩ（絶縁体上半導体）構造物の生産への適用にさらに関する。

上記の説明はＳＯＩの作製およびＨｅ／Ｈの共注入を扱った。当業者は、同様の手法が（例えば、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＮ、ＳｉＣなどの）他の半導体材料または他のタイプの共注入に対しても行うことができることを理解されよう。

ヘリウムと水素の注入エネルギーの間の異なったデルタに対して、水素の分布および脆化領域の位置と比較されたヘリウムの分布を示す図である。

Claims (6)

1. 基板上に半導体材料の薄層を含む構造物の作製方法であって、
   （１）前記薄層が形成されるべきドナー基板の表面下へ、水素およびヘリウムの核種の共注入を行うことにより、前記ドナー基板の厚み部分内に脆化領域を作製する工程、
   （２）注入が施された後に、前記ドナー基板の表面を支持基板と緊密に接触させる工程、
   （３）前記脆化領域の高さで前記ドナー基板を剥離することにより、前記ドナー基板の一部を前記支持基板上に転写し、かつ、前記支持基板上に前記薄層を形成する工程、
   を含み、
   注入された第１の水素の核種は、化学的に作用して前記ドナー基板中に小板状欠陥を形成し、
   注入された第２のヘリウムの核種は、注入されたドナー基板の内部圧力源として、物理的に作用して、前記欠陥に応力を与え、
   前記第１の水素および第２のヘリウムの核種の各々は、正規分布曲線に従って、最大濃度ピークを有し、かつ、注入核種の７０％が集中する展開領域が前記ドナー基板の厚み方向にそれぞれ分布し、
   前記方法は、前記共注入工程が、以下の共注入条件により行われる、
   （ａ）前記第２のヘリウムの核種のピークが、前記脆化領域内の前記ドナー基板の厚み部分内に、かつ、前記第１の水素の核種の展開領域よりも深く所在するように前記第１および第２の核種の注入エネルギーが選択され、
   （ｂ）総注入核種量が、２．２×１０ ¹⁶ ／ｃｍ ² よりも小さく、前記第１の水素の核種の注入核種量が、前記総注入核種量の４０％から６０％の範囲内に達するように選択され、かつ
   前記第１の水素の最大濃度ピークと前記第２のヘリウムの最大濃度ピークの間の隔たりは５００と１０００オングストロームの間に含まれる、
   ことを特徴とする方法。
2. 各核種の注入核種量は、０．９×１０¹⁶／ｃｍ²と１．５×１０¹⁶／ｃｍ²の間に含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記共注入工程は、ヘリウムに次いで水素を順次共注入することにより行うことを特徴とする請求項１から２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記支持基板は、シリコンで作製されてい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方法。
5. 前記シリコンで作製されたドナー基板は、表面の酸化物層を前記基板の頂部上に含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記ドナー基板の表面を前記支持基板と緊密に接触される前に、緊密に接触されるべき前記ドナー基板および前記支持基板の少なくとも１つの表面に、プラズマ活性化処理をさらに施す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方法。

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