JP5547395B2 - 歪み緩和方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に層を組み集める改良された方法に関する。

図１Ａないし１Ｃは、周知の種類の層移し変え方法の実施態様を示す。これらの図は、横断面図である。

図１は、ガス種の注入段階にあるシリコン基板１を示す。当該注入のために、該基板の面２は、矢印３で表したイオン注入を受ける。シリコン基板の場合、水素が、例えば２００ｋｅＶのエネルギーおよび約６．１０^１６ Ｈ^＋／ｃｍ^２の用量で注入されうる。次いで、脆化域を成す層４が形成され、これは、基板１を２つの部分：被注入面２および脆化域４の間に位置する薄膜５と、脆化域４の下方に位置する基板の残り部分６とに分ける。

図１Ｂは、基板１の面２を、支持または補強基板７上に接合する段階を示す。該接合は、異なる手段：例えば接着剤、または分子接着による直接接着により為されうる。接着層８が使用されてもよい。例えば、基板１がシリコンの場合、酸化層が、その面２上に形成されてよい。補強材７も酸化シリコン層を有する場合、２つの酸化層を接触させて配置することにより接着層が構成される。

図１Ｃが熱効果による、薄膜５と基板６の残り部分６’との脆化域４に沿った分離段階を示す。これにより、シリコン・オン・インシュレータ型（ＳＯＩ構造）のシリコン基板１’が得られる。

しかしながら、イオン注入とそれに続く接着によるこういった膜移し変え方法では、注入ウエハの湾曲率が高すぎる場合、乏しい結果しか得られない。

図１Ａないし１Ｃには示されていないがウエハ６の湾曲は、凹または凸である。この例は、図２Ａに誇張して示されている。

この湾曲は、基準面Ｐ（ここではウエハ６の表面に接する）と同一ウエハの表面２との間の最大距離ｈに相当する、弓なりまたは撓みの測定によって特徴づけられる。湾曲は、弓なりでなくてもよく、またはより複雑に歪みがあってもよい。

非常に大きな湾曲が注入前に形成されていることもあり、あるいはイオンまたは原子注入により生じることもある。

また、多くの場合、この歪みは表面処理（化学機械平坦化など）および直接接着を不可能にすることが観察されている。

この湾曲を補正する従来技術は、接着面２の反対側のウエハの表面２’上に応力膜９を堆積することからなる（図１Ａないし１Ｃ）。図２Ｂは、脆化域４および応力膜９を有するウエハ６を示す。

フィルム９の応力に関連するモーメントは、応力の強度およびサインが賢明に選ばれた場合、ウエハ６の湾曲の補正を可能とする。

こういった補正技術では、ウエハ７自体に過度の湾曲がないと仮定すれば、図１Ｂおよび１Ｃの段階にしたがって、大気温度で比較的正確な接着が達成される。

しかしながら、これらの条件下で行われた移し変えは、時に、例えば移し変えが熱処理中に行われる場合、質の悪いものとなる。

これは、応力補正フィルム９、被注入ウエハ６および第二の接着されたウエハ７の熱膨張係数の差異によるものでありうる。この熱処理は次いで、接着された構造体の湾曲の修正をもたらす。

さらに、破断段階（図１Ｃに関連して上述した）の間、最初のウエハの残り部分６’と補正フィルム９が突然、湾曲の変化、つまり補正フィルムの存在による曲げを受ける。この結果、最初のウエハ６の残り部分６’の破砕のリスクが高くなる。

凸（凹）の急激な変化はまた、２つのウエハの相対的な移動をもたらす。したがって、２つのウエハの望ましくない摩擦と関連した、２つのウエハのそれぞれの表面状態の劣化のリスクも高まる。

本発明によると、一つは接着面近傍の、もう一つは接着面と反対側の面近傍の、２つの脆化域が用いられる。これにより、歪み緩和または補正効果が得られる。

本発明は特に、第一材料からなる層を第二材料からなる第二基板上に移し変える方法であり、
ａ）第一材料からなる第一基板に第一脆化面を形成する段階
ｂ）第一基板の湾曲を低減するために、第一基板に第二脆化面を形成する段階
ｃ）例えば直接接着または分子接着により第一および第二基板を組み合わせる、または第一基板上に第二基板を堆積する段階
ｄ）第二脆化面のレベルで分離させることなく、第一脆化面のレベルで第一基板から層を分離する段階
を含む方法に関する。

脆化域は、例えばそれぞれ基板の第一自由面および第一面と反対側の基板の第二自由面への第一および第二イオンおよび／または原子タイプの注入により得られうる。

第一基板は、段階ａ）以前に既に最初の湾曲を有しうる。あるいは、こういった湾曲は、前期基板の第一面への第一イオンおよび／または原子注入により生成または増強されうる。

第一および第二脆化域はそれぞれ、第一基板の第一および第二面近傍に形成され、組み合わせは第一基板の第一面で行われる。

好適には、第一基板は、第一および第二脆化域の形成段階の後に１０μｍ以下の弓なりを有する。

注入は、実質的に同一用量および同一エネルギーで、または異なる用量および／またはエネルギーで行われてよく、後者は第一材料および第二材料の熱膨張係数または最初の湾曲が異なる場合に特に有利でありうる。

本発明により達成される湾曲緩和または補正は、完全またはほぼ完全、または部分的である。

さらに、段階ｄ）で、したがって第一基板の層の分離と同時に、歪み緩和または補正により歪みが顕著に低減（またはさらには消滅）する。

第二注入の効果は、第一注入のレベルでの破断または分離の瞬間に完全または部分的に消滅する。したがって、湾曲の急激な変化による最初のウエハの残り部分の破砕のリスクは、非常に顕著に低減またはさらには排除される。

湾曲の急激な変化に関連する２つの基板のいかなる相対的な移動、したがって関連するいかなる劣化のリスクもまた、顕著に低減またはさらには排除される。

本発明による方法は、特に異なる基板間で熱膨張係数が異なる場合、補正層による先行技術とは違い、分離前に使用される熱処理温度が様々であってもその効率を維持する。

本発明は、単一基板の場合に特に適用する。しかし、概して言えば、当該歪み緩和技術は、単一か複合かに関わらずいかなる種類の材料にも適用されうる。

最初の基板は、したがって、その２つの面（組み合わせ面および組み合わせ面の反対側の面）の一方および／またはもう一方で、均質でありうる、または、一または複数の堆積を備えうる。

本発明は、接着前または接着のために処理するための変形が困難な、極めて堅固な基板に特に適用する。これらは例えば、ＳｉＣまたはサファイアまたはガーネット基板等であってよい。本発明は、半導体基板に適用する。

図１Ａないし１Ｃは、先行技術の方法を示す。 図２Ａおよび２Ｂはそれぞれ、基板の歪み、および補強層を備えた基板を示す。 図３Ａないし３Ｂは、本発明の一実施態様を示す。 図３Ｃないし３Ｄは、本発明の一実施態様を示す。 図４は、本発明の実施例の範囲内で実施される基板を示す。 図５Ａおよび５Ｂは、本発明による方法による、基板積み重ね時の補正効果を示す。

本発明の実施態様を、図３Ａないし３Ｃと関連してこれより記述する。

本発明によると、第一基板６が、その面２，２’のそれぞれを介して注入される。面２は、補強基板７の表面と組み合わされるように意図されている。あるいは、補強基板７は、面２上への堆積により形成されてもよい。面２’は、面２の反対側の面である。

均質の材料であるため２つの面が同質の場合、注入は、２つの面で同一用量および同一エネルギーで行われうる。２つの側面または２つの面の近傍で応力が発生する。被注入基板６における応力およびその発生は、２つの注入後、２つの面２，２’それぞれの近傍で実質的に同一である。

各注入について、注入の深さＲｐとは、注入が行われる基板の表面からの平均的な深さである。該平均的な深さは、最大注入断面のある、注入エネルギーと関連する深さである。

注入は、基本的に該注入ピーク周辺に応力を引き起こす。該引き起こされた応力は、次いで基板の曲げモーメントをもたらす。

該応力、よって曲げモーメント、結果的に被注入基板の湾曲緩和は、適応させることができる。このように、いずれかの側に注入されたイオンの性質は、引き起こされる応力を変化させる、または特定の値から生じる応力を得るために、変更できる。

さらに、イオンまたは原子注入の技術では、注入エネルギーのみに依存し表面の形状に依存しない一定の平均的な深さでの注入が可能である。

歪みを補正するための２つの面での注入により、注入によって湾曲が付加されることなしに、または実質的に付加されることなしに、第一被注入基板６を得ることができ、第二基板７との良質の接着がもたらされる。

図３Ｂは、支持または補強基板上への基板６の面２の接合段階を図示し、該接合は、必要であれば直接接着を助けるまたは補助するための一または複数の層８との直接接着または分子接着により為される。既に上述したように、該支持または補強基板７は、基板６への厚膜の堆積により得られうる。

図３Ｃは、例えば熱効果（数分から数時間、例えば４時間ないし１０時間に亘る、数百℃、例えば１５０℃ないし１２００℃の温度での）による分離段階を図示する。

図１Ｃと同様ここでも、第二ウエハ７上に移し変えられる薄膜５は、最初の被注入ウエハ６から取られるものである。しかしながら、この場合、図１Ｂおよび１Ｃの段階での熱処理は、二重に注入されたウエハ６の望ましくないまたは有害な湾曲を引き起こさない。実際、応力の発生は、２つの面２，２’それぞれの近傍で同一または実質的に同一であり、一つの面では破断を、もう一方の面では泡立ちおよび／または剥離を引き起こす。

破断の間、二重に注入されたウエハ６の残り部分６’（図３Ｃ）は層５から分離される。したがって該残りの部分は、２つの面２，２’それぞれの近傍の応力とともに解放される。よって、被注入ウエハの残り部分６’は、急激に過度の湾曲を受けることがない。これにより、被注入ウエハの該解放された部分６’の望ましくない破砕が回避される。

基板の該部分６’の別のホスト基板との組み合わせは意図されていないため、面２’は、いかなる表面処理も必要としない。面または域４のレベルでの分離の間、図３Ｃに示したように、したがって、面または被注入域４’のレベルで泡立ちまたは気泡１５または剥離（いくつかの泡立ちまたは気泡１５の破裂）が形成されるが、該面または域４’のレベルでの全体的な破断は起こらない。この効果の結果、注入４’により生じる応力が完全にまたは殆ど低減される。

接着する二重に注入されたウエハ６および第二ウエハ７が異なる熱膨張係数を有する、例えばそれらの割合が２以上である場合、本発明は有利に実行され、湾曲の修正をもたらす：異なる用量および／または注入エネルギーによって、および／または異なるイオンのタイプによって、異なる応力が、接着されるべき面２の近傍で、および第一の被注入ウエハ６の面２の反対側にある面２’の近傍で自発的に引き起こされる。

また、基板６および７の組み合わせの後、特に基板６および７の熱膨張係数の差異によるものであろう接着された表面のその後の歪みを少なくとも部分的に防止するために、基板６への第二の注入段階を実行できる。第二の注入段階は図３Ｄに図示されており、ここでは、既に２つの注入３，３’を受けた（図３Ａ）基板６と基板７の組み合わせの後、第三のビーム３’’により、第二の面２’を介した第三の注入４’’を実行することが可能となる。この第三の注入は、応力の修正、よって第一ウエハの曲げモーメントを誘引するものとなる。この第三の注入により、接着後に引き起こされる歪みを緩和することができる。歪みは例えば、温度上昇により引き起こされる歪みでありうる。

破断の瞬間に、第一ウエハ６の２つの面で同時に、補正効果が完全または部分的に消滅する。

応力の差異により誘引されるモーメントは、被注入ウエハ６の湾曲を適応させることができ、以下の両方を可能にする：
−接着されるべき面２の原子またはイオン注入により誘引される湾曲（または歪み）の緩和により、良質の直接接着を引き起こすこと、
−および、歪み緩和手段の消滅と同時に破断による膜５の分離を生じさせること。これらの手段は、注入により引き起こされる応力から生じるものであり、応力は、上述したような泡立ちおよび／または気泡および／または剥離により、破断熱処理中に消滅またはほぼ消滅する。例えば湾曲の急激な変化によるものであろう被注入ウエハの残り部分６’の破損が回避される。

これより、実施例を挙げる。

最初の基板６は、液相エピタキシによりビスマスに高濃縮された磁性ガーネットの膜２０、例えば組成Ｂｉ_０．８ Ｔｍ_０．２５Ｇｄ_１．４５Ｐｒ_{ｙ０．３５}）（Ｇａ_０．７ Ｆｅ_４．３）Ｏ_１２および厚さｅ約０．３μｍのもの、が上側に形成された（図４）、直径５０ｍｍのＳＧＧＧタイプのガーネット（置換型ガドリニウム・ガリウム・ガーネット、例えば組成Ｇｄ_３−ｘ Ｃａ_ｘ Ｇａ_{５−ｙ−ｚ} Ｍｇ_ｙ Ｚｒ_ｚ Ｏ_１２）である。この最初の基板６の弓なりまたは撓みは、エピタキシの後、５μｍ以下である。

エピタキシの実行に用いられる技術は、液相エピタキシ技術であり、エピタキシされた膜２０，２０’が基板の２つの面のそれぞれで得られる。

約１１０ＫｅＶの注入エネルギーおよび一平方センチメートルあたり約１０^１７ Ｈ＋イオンの用量での水素イオンのイオン注入４が、前面の膜２０を介して行われる。

被注入ウエハ６の歪み（凸を形成する）が観察され、これは注入が行われる域の圧縮に相当する。この歪みは、注入時に引き起こされた弓なりまたは撓みの測定によって特徴付けられてよく（図２Ａに関して上述したように）、この弓なりまたは撓みｈはここで、ウエハの直径上で実行された測定の場合、約２０μｍである。ＳＧＧＧ基板の堅さを考えると、続いて良質の接着を可能とするにはこの撓みは大きすぎる。

本発明の教示によると、基板６は、同一用量および同一エネルギーで、第二の面の側に（裏側の面２’上に堆積された層２０’を介して）注入される。これにより二重に注入されたウエハは、５μｍ以下、よって第二の注入後の最初の弓なりより小さい弓なりまたは撓みを有する。これにより、第二の注入後の湾曲の緩和が達成される。

次いで、ホスト支持体７、例えば直径５０ｍｍのガラス基板上で、良質の接着が達成されうる（図３Ｂ）。

被注入ウエハ６の膜５の分離およびホスト支持体７への移し変えを達成するために、熱処理が用いられる。ガーネットおよび上述の条件下での注入の場合、この熱処理は例えば４８０℃で４時間である。

当該実施例の代替実施例によると、基板６の第一の注入は、一平方センチメートルあたり８．１０^１６の用量および２００ＫｅＶのエネルギーでヘリウムイオンを用いて行われる。

本発明による歪み緩和技術を用いない場合、この第一の注入３の後、約２５μｍの弓なりまたは撓みが観察される。本発明による技術（第二の面２’を介した注入３’）を使用することで、歪みが緩和され、そして弓なりまたは撓みが約５μｍ以下に低減される。

当該実施例および代替実施例では、磁性ガーネットのエピタキシされた膜２０，２０’の厚さ、注入されるイオン４，４’の性質、それらの（片方または両方の）用量および／または注入エネルギーを変更することができる。これは、例えば材料が２つの面２，２’上で同一でない場合に当てはまる。

また別の実施例によると、直径２．５ｃｍおよび厚さ２３０μｍのＳｉＣ基板６は、１２０ＫｅＶのエネルギーでの約８ １０^１６Ｈ^＋ｃｍ^−２の単一の注入（図１Ａの場合）の間に〜４０μｍ（その直径上で測定）の歪みを受ける。

厚さ３５０μｍのＳｉＣウエハの場合、同じ注入条件下で歪みは約８μｍである。

ここでも、裏面２’での同一の注入による、本発明による方法を適用することによって、歪みが緩和される（または補正される）。歪みは僅か数μｍ、例えば１０μｍ以下となりうる。この緩和手段は、例えば多結晶ＳｉＣまたはシリコンの支持体７上への移し変え段階の間に、膜５の分離と同時に除去される。

一般的に言うと、本発明による歪み緩和技術は、注入されるウエハの最初の歪みの全てまたは一部を補正するために用いられうる。この利点は、注入後に良質の接着を達成するために用いられうる。

当該歪み緩和技術はまた、積み重ね後または熱処理後の構造体の予想される歪みの全てまたは一部を補正するために用いられてもよい。この場合、例えば誘引される応力を適応させるために注入される用量を適応させることができる。

このことは、積み重ねられた構造体の最終的な湾曲が、結果として生じるモーメントにより積み重なったウエハのそれぞれに存在する応力に依存することを示す。積み重ねられた構造体が破断熱処理中に大きく湾曲されたとしても、その影響は、２つの注入面４，４’間での異なるイオン注入により緩和されうる。

そして、図５Ａは２つの基板６，７の積み重ねを図示し、その一方は２つの注入４，４’を受けたものである。積み重ねはさらに、例えば基板の湾曲に起因しうる湾曲を有し、これは組み合わせ中に二重に注入された基板６上に湾曲（およびその結果大きく補正された面または湾曲）を付与するものである。したがって、基板６の二重注入は、湾曲緩和効果を有するが、充分ではない。よって、組み合わせ後、次いで強化注入が表面２’近傍で行われ、これにより、図５Ｂに示したように湾曲をさらに低減できる。言い換えると、湾曲緩和が達成され、組み合わせまたは接着が可能となり、そして構造体のいかなる曲げも、組み合わせまたは接着直後に修正される。こういった曲げは、ウエハ７自体に最初の歪みがある場合は特に、室温で存在しうる。

Claims (13)

1. 第一材料からなる層を第二材料からなる第二基板上に移し変える方法であり、
   ａ）第一材料からなる第一基板に第一脆化面を、前記基板の第一面を介した第一イオンおよび／または原子注入により形成する段階
   ｂ）第一基板の湾曲を低減するために、前記第一基板に第二脆化面を、前記基板の第二面を介した第二イオンおよび／または原子注入により形成する段階
   ｃ）段階ａ）およびｂ）の後、第一および第二基板を組み合わせる、または第一基板上に第二基板を堆積する段階
   ｄ）段階ｃ）の後、第二脆化面のレベルで分離させることなく、第一脆化面のレベルで第一基板から、前記第一面から前記第一脆化面までの、第一材料からなる層を分離する段階
   を含む方法。
2. 第一および第二面のそれぞれを介して行われる注入が実質的に同一ドーズ量および同一エネルギーで行われる、請求項１に記載の方法。
3. 第一および第二面のそれぞれを介して行われる注入が実質的に異なるドーズ量および／またはエネルギーで行われる、請求項１に記載の方法。
4. 第一材料および第二材料が異なる熱膨張係数を有する、請求項３に記載の方法。
5. 第一基板が均質なウエハである、請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
6. 第一基板が、第一および第二面の一方および／またはもう一方の上に一または複数の堆積物を備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
7. 第一材料がガーネットの種類である、またはＳｉＣまたはサファイアからなる、請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
8. 第一基板が、第一および第二面の一方および／またはもう一方の上に一または複数の堆積物を備える、請求項７に記載の方法。
9. 第一基板が、第一および第二面の一方および／またはもう一方の上に、ビスマスドープされた磁性ガーネットからなる一または複数の堆積物を備える、請求項８に記載の方法。
10. 段階ｃ）の後またはｄ）の前に、第二面を介した追加の注入段階を含む、請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。
11. 段階ｃ）が直接接着または分子接着により行われる、請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法。
12. 段階ｄ）が熱処理により行われる、請求項１ないし１１のいずれかに記載の方法。
13. 第一基板が段階ａ）の前に湾曲を有し、および／または湾曲が前記基板の第一面を介した第一イオンおよび／または原子注入により生成または増強される、請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。

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