JP6396854B2 - 酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法 - Google Patents

酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、複合ウェーハの製造に関する。より詳しくは、支持ウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法に関する。
近年、スマートフォンに代表される小型通信機器の分野において、通信量の急激な増大や多機能化は進行している。通信量の増大に対応してバンド数を増加させることが行われている一方、小型通信機器は、その形状をスケールアップさせることなく多機能化することが求められている。よって、小型通信機器に用いられる各種部品は、更なる小型化、高性能化が必須となっている。
タンタル酸リチウム(Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｔａｎｔａｌａｔｅ:ＬＴ)やニオブ酸リチウム(Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ:ＬＮ)等の酸化物単結晶は、一般的な圧電材料であり、表面弾性波(ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ：ＳＡＷ)デバイスの材料として広く用いられている。圧電材料に酸化物単結晶を用いた場合、電磁的エネルギーが力学的エネルギーに変換される効率を示す電気機械結合係数の値が大きいため広帯域化を可能とするが、温度安定性は低く、温度変化によって対応できる周波数がシフトしてしまう。温度に対する低い安定性は、酸化物単結晶の熱膨張係数に起因する。
電圧材料に酸化物単結晶を用いた場合の温度安定性を向上させる方法として、例えば、酸化物単結晶ウェーハに、酸化物単結晶より小さい熱膨張係数を有する材料、具体的にはサファイアウェーハを貼り合わせて、酸化物単結晶ウェーハ側を研削などで数μｍ〜数十μｍに薄化することで、酸化物単結晶の熱膨張の影響を抑えることが提案されている（非特許文献１）。しかし、この方法は、貼り合わせた後に酸化物単結晶ウェーハを削り込むため、酸化物単結晶ウェーハの大部分を捨て去ってしまうことになり、材料の使用効率が悪い。また、酸化物単結晶として用いられるタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムは高価な材料であるので、生産コストを抑えるためにも、製品への利用効率が高く、廃棄する量が少ない手法が望まれる。
ＳＯＩウェーハの製造手法、例えばＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ法は、端的に言えば、水素イオン層を形成したシリコンウェーハに支持ウェーハを貼り合わせた後に、５００℃前後の熱処理を加えることでイオン注入層を熱的に剥離させる方法である（特許文献１）。酸化物単結晶ウェーハの製品への利用効率を上げるために、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ法のシリコンウェーハの代わりに酸化物単結晶ウェーハを適用して、支持ウェーハ上に酸化物単結晶の薄膜を形成することが試みられている（非特許文献２、３）。
非特許文献２は、イオン注入層を形成したタンタル酸リチウムウェーハの表面に厚さ１２１ｎｍのＣｒの金属層を形成し、金属層を介して厚さ数百ｎｍのＳｉＯ２基板と貼り合わせて、２００〜５００℃で熱処理してイオン注入層で剥離させ、金属層を介してＳｉＯ２基板上にタンタル酸リチウム薄膜を転写した後に、ＳｉＯ２基板のタンタル酸リチウム薄膜を転写した面の反対側にタンタル酸リチウムウェーハを貼り合わせて、ＬＴＭＯＩ（ｌｉｔｈｉｕｍ−ｔａｎｔａｌａｔｅ−ｍｅｔａｌ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を作製することを報告している。また、非特許文献３は、イオン注入層を形成したタンタル酸リチウムウェーハにシリコンウェーハを貼り合わせて、２００℃で熱処理してイオン注入層で剥離させて、シリコンウェーハ上にタンタル酸リチウム薄膜を熱的に転写したことを報告している。
特許第３０４８２０１号公報
太陽誘電株式会社、"スマートフォンのＲＦフロントエンドに用いられるＳＡＷ−Ｄｕｐｌｅｘｅｒの温度補償技術"、［ｏｎｌｉｎｅ］、２０１２年１１月８日、電波新聞ハイテクノロジー、[平成２７年３月２０日検索]、インターネット（ＵＲＬ：http://www.yuden.co.jp/jp/product/tech/column/20121108.html） Ａ Ｔａｕｚｉｎら、"３−ｉｎｃｈ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌ ＬｉＴａＯ３ ｆｉｌｍｓ ｏｎｔｏ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｕｓｉｎｇ Ｓｍａｒｔ ＣｕｔＴＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ"、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９ｔｈ Ｊｕｎｅ ２００８、Ｖｏｌ.４４、Ｎｏ.１３、ｐ.８２２ Ｗｅｉｌｌ Ｌｉｕら、"Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ＬｉＴａＯ３ ｆｉｌｍ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｕｓｉｎｇ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ"、Ｊ. Ｖａｃ. Ｓｃｉ. Ｔｅｃｈｎｏｌ. Ｂ２６（１）、Ｊａｎ／Ｆｅｂ ２００８、ｐ.２０６
タンタル酸リチウム（ＬＴ）やニオブ酸リチウム（ＬＮ）等の酸化物単結晶は、硬く且つ非常に脆いものであり、また、図２に示すように、シリコン、ガラスおよびサファイアと比べて熱膨張係数が極めて大きい。このため、酸化物単結晶は、シリコン、ガラスおよびサファイア等の異種のウェーハと貼り合わせた後に高温で熱処理すると、両ウェーハの熱膨張係数の差によって、貼り合わせたウェーハの間で剥がれや割れが発生してしまうという問題がある。例えば、タンタル酸リチウムと、一般的に支持ウェーハとして用いられる、特に熱膨張係数が大きいサファイアとの差は、図２から確認できるとおり、７×１０−６／Ｋ（＝７ｐｐｍ／Ｋ）以上もある。
非特許文献２は、タンタル酸リチウムのウェーハと薄膜の間に、金属層とＳｉＯ２基板を挟む構造とすることで、熱処理時に熱膨張の差によるウェーハの剥がれや割れを抑制し、タンタル酸リチウム薄膜の転写を可能とする報告である。しかし、この方法では、下地の基板を薄膜と同じタンタル酸リチウムとするため、上述した圧電材料としての課題である温度安定性は解決できない。また、熱処理を２００℃以上としないと、薄膜を転写することができない。さらに、金属層を挟み込む構造であるため、適用可能な用途は制限される。また、ウェーハの割れを抑制するために高価なタンタル酸リチウムを必要以上に使用しなければならなく、製造コストが高くなる。
非特許文献３は、熱処理を２００〜８００℃で試みたと記載しているが、具体的にＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ法を用いてシリコンウェーハ上にタンタル酸リチウム薄膜を転写した例としては２００℃のみであり、また、この例において、シリコンウェーハの全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写し得たか否かについては記載されていない。本発明者らは、非特許文献３と同様の手法を用いて、２００℃での熱処理による剥離についての検証実験を行ったところ、タンタル酸リチウム薄膜は、シリコンウェーハの全面には転写されず、ごく一部分においてのみ転写が認められた。特に、シリコンウェーハの外周部分においては、タンタル酸リチウム薄膜が全く転写されなかった。これは、熱処理中に両ウェーハの熱膨張の差に起因して貼り合わせウェーハの反りが生じ、シリコンウェーハの外周部分においてタンタル酸リチウムウェーハとの貼り合わせ界面から剥がれたものと思われる。また、熱処理温度を２００℃以上とした場合についても、上述したように、両ウェーハの熱膨張の差に起因した貼り合わせウェーハの反りを抑制できず、シリコンウェーハの全面にタンタル酸リチウム薄膜を安定的に転写することができないと推察する。
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、予想に反して、熱膨張係数の近い材料を組み合わせて応力の発生を抑える従来のアプローチとは異なり、敢えて酸化物単結晶と熱膨張係数が大きく異なる（具体的には酸化物単結晶よりも７ｐｐｍ／Ｋ以上熱膨張係数の小さい）材料を支持ウェーハとして選択し、酸化物単結晶よりも小さい熱膨張係数を有する保護ウェーハを用いることで、低コスト、かつ、貼り合わせ界面で剥がれや割れが生じにくい、支持ウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法を見出した。具体的には、所定の水素イオン注入量を用いてイオン注入層を形成した酸化物単結晶ウェーハと、酸化物単結晶より熱膨張係数の小さい支持ウェーハとを、表面活性化処理などでウェーハ間に結合力を付与した状態で貼り合わせた接合体に対して、意外にも、接合体の少なくとも一方の表面に保護ウェーハを配置するという簡便な方法により、イオン注入層を脆化させて剥離させることを可能にした。
すなわち、本発明は、一態様によれば、
タンタル酸リチウムウェーハまたはニオブ酸リチウムウェーハである酸化物単結晶ウェーハの表面から水素原子イオンまたは水素分子イオンを注入し、前記酸化物単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成する工程と、
前記酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と、前記酸化物単結晶ウェーハと貼り合わせようとする支持ウェーハの表面の少なくとも一方に、表面活性化処理を施す工程と、
前記表面活性化処理を施した後、前記酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と、前記支持ウェーハの表面とを貼り合わせて接合体を得る工程と、
前記接合体の少なくとも一方の表面に、前記酸化物単結晶ウェーハよりも小さい熱膨張係数を有する保護ウェーハを備える工程と、
前記保護ウェーハを備えた接合体を、８０℃以上の温度で熱処理する工程であって、前記イオン注入層に沿って剥離し、前記支持ウェーハ上に転写された酸化物単結晶薄膜を得る、工程と
を少なくとも含み、
前記水素原子イオンの注入量が、５．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２〜２．７５×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ２であり、前記水素分子イオンの注入量が、２．５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１．３７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であり、
前記支持ウェーハがサファイア、シリコン、酸化膜付きシリコン、およびガラスからなる群から選ばれるウェーハであり、
前記８０℃以上の温度が、前記支持ウェーハがサファイアウェーハであるときは８０〜１５０℃であり、前記支持ウェーハがシリコンウェーハまたは酸化膜付きシリコンウェーハであるときは８０〜１２５℃であり、前記支持ウェーハがガラスウェーハであるときは８０〜１１０℃である、
支持ウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法を提供することができる。
本発明の製造方法によれば、支持ウェーハと酸化物単結晶薄膜との貼り合わせ界面での密着性が高く、且つ、剥がれや割れが生じにくく、支持ウェーハ上の全面に均一の厚みの酸化物単結晶薄膜が転写された複合ウェーハを得ることができる。また、支持ウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を転写して分離した後の酸化物単結晶ウェーハを、再度、複合ウェーハの製造に用いることができ、低コスト化することが可能となる。
本発明の一態様の複合ウェーハの製造方法の模式図である。 各種材料の熱膨張係数を比較した図である。
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲は、この形態に限定されるものではない。
本発明は、一態様によれば、支持ウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法に関する。
支持ウェーハは、例えば、貼り合わせる酸化物単結晶ウェーハの熱膨張係数よりも７ｐｐｍ／Ｋ以上小さい材料からなるウェーハであってもよい。支持ウェーハは、サファイアウェーハ、シリコンウェーハ、酸化膜付きシリコンウェーハおよびガラスウェーハ等が挙げられる。支持ウェーハの大きさは、特に限定されるものではないが、例えば直径７５〜１５０ｍｍ、厚さ０．２〜０．８ｍｍのウェーハであってもよい。支持ウェーハは、市販されているものを用いてもよいが、特に限定されるものではない。例えば、酸化膜付きシリコンウェーハは、少なくとも貼り合わせる表面に酸化膜を有するシリコンウェーハであり、シリコンウェーハを大気雰囲気下７００〜１２００℃で熱処理することで、シリコンウェーハの表面上に酸化膜を作製してもよい。酸化膜付きシリコンウェーハの酸化膜の厚さは、特に限定されるものではないが、１０〜５００ｎｍであることが好ましい。
酸化物単結晶は、リチウムと、タンタルまたはニオブ等の金属元素と、酸素とからなる化合物であって、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）が挙げられる。酸化物単結晶は、特にレーザー素子あるいは圧電素子、表面弾性波素子等の用途において、タンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶であることが好ましい。酸化物単結晶は、通常、ウェーハの形状で用いられる。酸化物単結晶ウェーハの大きさは、特に限定されるものではないが、例えば直径７５〜１５０ｍｍ、厚さ０．２〜０．８ｍｍのウェーハであってもよい。酸化物単結晶ウェーハは、市販されているものを用いてもよいが、チョクラルスキー法等を用いた既報の製造方法（例えば特開２００３−１６５７９５号、再公表２００４−０７９０６１号）をそのまま用いてまたはそれらに記載される工程を組み合わせて作製してもよい。
支持ウェーハおよび酸化物単結晶ウェーハは、貼り合わせる表面において、表面粗さＲＭＳが１．０ｎｍ以下であることが好ましい。表面粗さＲＭＳが１．０ｎｍより大きいと、貼り合わせ界面に空隙が生じ、剥がれの原因となる場合がある。このため、表面粗さＲＭＳが１．０ｎｍより大きい場合は、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）によって所望の表面粗さとしてもよい。なお、表面粗さＲＭＳは、例えば原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＦＭ）によって評価することができる。
酸化物単結晶ウェーハは、その表面から水素イオンを注入し、酸化物単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成する。イオン注入層は、酸化物単結晶ウェーハの表面から所望の深さにイオン注入層を形成できるような注入エネルギーで、所定の線量の水素原子イオン（Ｈ＋）または水素分子イオン（Ｈ２ ＋）を注入することにより形成される。このときの条件として、例えば注入エネルギーは５０〜２００ｋｅＶとすることができる。水素原子イオン（Ｈ＋）の場合、注入量は、５．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２〜２．７５×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ２である。５．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２未満だと、後の工程でイオン注入層の脆化が起こらない。２．７５×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ２を超えると、イオン注入時にイオン注入した面においてマイクロキャビティが生じ、ウェーハ表面に凹凸が形成され所望の表面粗さが得られなくなる。また、水素分子イオン（Ｈ２ ＋）の場合、注入量は、２．５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１．３７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。２．５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満だと、後の工程でイオン注入層の脆化が起こらない。１．３７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２を超えると、イオン注入時にイオン注入した面においてマイクロキャビティが生じ、ウェーハ表面に凹凸が形成され所望の表面粗さが得られなくなる。水素原子イオンの注入量は、水素分子イオンの注入量の２倍であってもよい。
次に、酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と、酸化物単結晶ウェーハと貼り合わせようとする支持ウェーハの表面の少なくとも一方に、表面活性化処理を施す。表面活性化処理を施す表面は、酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と、酸化物単結晶ウェーハと貼り合わせようとする支持ウェーハの表面の両方であってもよく、少なくとも一方である。表面活性化処理を施すことで、貼り合わせた後に接合強度を高めるための高温での熱処理を用いなくてもよく、比較的低温でも所望の接合強度を得ることができる。とりわけ、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなどの硬くて脆い酸化物単結晶ウェーハと、酸化物単結晶ウェーハと比較して熱膨張係数が非常に小さい支持ウェーハとを用い、上述したように表面活性化処理を施して貼り合わせた場合、後の保護ウェーハを介した比較的低温での熱処理によって、酸化物単結晶ウェーハと支持ウェーハの熱膨張係数の差から、貼り合わせ界面と並行となる方向に発生した大きな剪断応力が、表面活性化処理によって剪断応力に対抗し得るのに十分な接合強度を付与した貼り合わせ界面ではなく、イオン注入層に集中して破壊を促進されることができる。
表面活性化処理の方法としては、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、イオンビーム処理およびプラズマ処理等が挙げられる。オゾンで処理をする場合は、例えば、純水中にオゾンガスを導入してオゾン水とし、オゾン水中にウェーハを浸漬させることで、活性なオゾンで表面を活性化することができる。また、ＵＶオゾン処理をする場合は、例えば、大気もしくは酸素ガスに短波長のＵＶ光（例えば波長１９５ｎｍ程度）を照射して活性なオゾンを発生させた雰囲気中にウェーハを保持することで、表面を活性化することができる。イオンビーム処理をする場合は、例えば、高真空中（例えば１×１０−５Ｐａ未満）でＡｒ等のイオンビームをウェーハ表面に当て、活性度が高いダングリングボンドを露出させることで行うことができる。プラズマで処理をする場合、例えば、真空チャンバ中にウェーハを載置し、プラズマ用ガスを減圧（例えば０．２〜１．０ｍＴｏｒｒ）下で５〜６０秒程度さらし、表面をプラズマ処理する。プラズマ用ガスとしては、表面を酸化する場合には酸素ガス、酸化しない場合には水素ガス、窒素ガス、アルゴンガスまたはこれらの混合ガスを用いることができる。プラズマで処理することにより、ウェーハ表面の有機物が酸化して除去され、さらに表面のＯＨ基が増加し活性化する。
次に、表面活性化処理を施した後、酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と、支持ウェーハの表面とを貼り合わせて接合体を得る。酸化物単結晶ウェーハと支持ウェーハを貼り合わせる時の温度は、室温近傍（室温を含む）の温度、例えば１０〜５０℃で行うことが好ましい。最終製品である複合ウェーハは、室温前後で用いられることが多く、貼り合わせる時もこの温度域に準拠していることが望ましい。なお、貼り合わせる時の温度は、貼り合わせを行う場所の温度、つまり周囲または装置内の雰囲気温度であってもよい。貼り合わせる時の温度は、例えば貼り合わせ装置内の雰囲気温度を設定することで制御することができる。なお、室温は、対象物に加熱も冷却も行わない周囲温度であり、特に限定されないが、例えば１０〜３０℃、好ましくは２５℃前後である。
次に、接合体の少なくとも一方の表面に保護ウェーハを備える。保護ウェーハとしては、酸化物単結晶ウェーハよりも熱膨張係数が小さい材料であれば特に限定されないが、サファイア、シリコンおよびガラスからなる群から選ばれるウェーハであることが好ましい。保護ウェーハは、市販されているものを用いてもよいが、特に限定されるものではない。保護ウェーハは、接合体の酸化物単結晶ウェーハ側の表面、接合体の支持ウェーハ側の表面、またはその両方の表面に備えることが好ましく、接合体の酸化物単結晶ウェーハ側の表面に備えることがより好ましい。接合体の両方の表面に保護ウェーハを備える場合、保護ウェーハは、各々同じ材料を用いてもよいし、別々の材料を用いてもよい。
保護ウェーハの大きさは、特に限定されるものではないが、接合体の直径と同等以上であることが好ましく、例えば直径７５〜１５０ｍｍ、厚さ０．２〜１．０ｍｍのウェーハであってもよい。保護ウェーハは、場合によって、接合体の厚みと所定の比率となる厚みとしてもよい。例えば、保護ウェーハを、厚み０．２〜０．６ｍｍの酸化物単結晶ウェーハと厚み０．２〜０．８ｍｍの支持ウェーハを貼り合わせた接合体に備える際、接合体の酸化物単結晶ウェーハ側の表面にのみ備える場合は、厚み０．３〜１．０ｍｍの保護ウェーハを用いることが好ましく、接合体の支持ウェーハ側の表面にのみ備える場合は、厚み０.４〜１．０ｍｍの保護ウェーハを用いることが好ましく、または、接合体の両方の表面に備える場合は、それぞれ厚み０．３〜０．６５ｍｍ程度の保護ウェーハを用いることが好ましい。また、例えば、接合体の酸化物単結晶ウェーハ側の厚みが０．２〜０．３５ｍｍであり、接合体の支持ウェーハ側の厚みが０．２〜０．３５ｍｍである接合体に保護ウェーハを備える際、接合体の酸化物単結晶ウェーハ側の表面にのみ備える場合は、厚み０．３５〜１．０ｍｍの保護ウェーハを用いることが好ましく、接合体の支持ウェーハ側の表面にのみ備える場合は、厚み０．３５〜１．０ｍｍの保護ウェーハを用いることが好ましく、または、接合体の両方の表面に備える場合は、それぞれ厚み０．３〜０．６５ｍｍ程度の保護ウェーハを用いることが好ましい。
保護ウェーハは、接合体の表面に両面テープまたは粘着剤を用いて固定してもよい。接合体に保護ウェーハを備えることで、後の熱処理工程において接合体の反りを防ぐだけでなく、熱による剥離の際に生じる衝撃を保護ウェーハによって吸収することも可能となり、支持ウェーハと酸化物単結晶ウェーハの貼り合わせ界面での割れを生じにくくさせ得る。このことによって、熱処理時において、酸化物単結晶ウェーハと支持ウェーハの熱膨張係数の差から、貼り合わせ界面と並行となる方向に発生した大きな剪断応力が、貼り合わせ界面ではなく、イオン注入層に集中して破壊をより促進されることができる。
次に、保護ウェーハを備えた接合体を８０℃以上の温度で熱処理し、イオン注入層に沿って剥離し、支持ウェーハ上に転写された酸化物単結晶薄膜を得る。８０℃未満だと、酸化物単結晶ウェーハと支持ウェーハとの貼り合わせ界面での接合強度が不十分となり、貼り合わせ界面で剥がれが生じる場合がある。熱処理の温度は、用いる支持ウェーハに合わせて変化させてもよい。熱処理する工程における温度は、例えば、支持ウェーハがサファイアウェーハである場合は、好ましくは８０〜１５０℃であり、支持ウェーハがシリコンウェーハまたは酸化膜付きシリコンウェーハである場合は、好ましくは８０〜１２５℃であり、支持ウェーハがガラスウェーハである場合は、好ましくは８０〜１１０℃である。上記温度での熱処理の時間は、特に限定されないが、１０分間から１２５時間としてもよい。例えば、熱処理温度が８０℃以上１１０℃未満である場合、１０分間〜１２５時間とすることが好ましく、熱処理温度が１１０℃以上１２５℃未満である場合、１０分間〜４８時間とすることが好ましく、熱処理温度が１２５℃以上１５０℃未満である場合、１０分間〜３６時間とすることが好ましい。熱処理手段としては、例えば熱処理炉やオーブン等が挙げられるが、特に限定されない。なお、接合体の温度は、例えば熱処理装置内に付随する熱電対などを用いて、炉やオーブン内の雰囲気温度を測定した温度であってもよい。保護ウェーハを備えた状態の接合体を８０℃以上の低温で長時間熱処理することによって、支持ウェーハと酸化物単結晶ウェーハとの貼り合わせ界面での接合力を向上させる一方、イオン注入層を脆化し剥離させることが可能となる。
以上のようにして得られた支持ウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハは、室温近傍（室温を含む）の温度、例えば１０〜５０℃となるように冷却することが好ましい。例えば、複合ウェーハを２５℃に調節した部屋で静置させて所望の温度としてもよい。例えば、接合体の支持ウェーハ側の表面に保護ウェーハを固定した後に熱処理して得られた複合ウェーハは、冷却した後に保護ウェーハを除去することが好ましい。保護ウェーハを除去する方法としては、特に限定されるものではないが、物理的にまたは化学的に除去してもよい。例えば、保護ウェーハを両面テープで固定した場合、保護ウェーハと複合ウェーハの間にカッターを入れて、両面テープとともに保護ウェーハを複合ウェーハから除去してもよい。また、例えば、保護ウェーハを粘着剤で固定した場合、保護ウェーハから複合ウェーハの保護ウェーハを備えた面までの部分をトルエンなどの溶剤等に浸漬させて、粘着剤を溶解することで、保護ウェーハを複合ウェーハから除去してもよい。
以上の手法を用いることで、支持ウェーハと、支持ウェーハ上のタンタル酸リチウム薄膜またはニオブ酸リチウム薄膜である酸化物単結晶薄膜とを備えた複合ウェーハが得られる。得られた複合ウェーハの酸化物単結晶薄膜の厚さは、水素イオン注入時の水素イオンの注入深さに対応し、１００〜１０００ｎｍであることが好ましく、必要に応じてその表面を研磨してもよい。
本発明にかかる複合ウェーハの製造工程は、特に限定されるものではないが、その一態様を図１に示す。酸化物単結晶ウェーハ１１の表面から水素イオン１２を注入し、酸化物単結晶ウェーハ１１の内部にイオン注入層１３を形成する（工程ａ）。酸化物単結晶ウェーハ１１のイオン注入した表面１１ｓと、酸化物単結晶ウェーハと貼り合わせる支持ウェーハ１４の表面１４ｓの両方に、イオンビーム１５を照射して表面活性化処理を施す（工程ｂ）。表面活性化処理を施した後、酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面１１ｓと、支持ウェーハの表面１４ｓとを貼り合わせて接合体１６を得る（工程ｃ）。得られた接合体１６の酸化物単結晶ウェーハ側の表面１６ｓに保護ウェーハ２０を備える（工程ｄ）。保護ウェーハ２０を備えた接合体１６を８０℃以上の温度で熱処理してイオン注入層１３を脆化させ、脆化したイオン注入層１３ｂに沿って酸化物単結晶ウェーハの一部１１ｂを剥離し、支持ウェーハ１４上に酸化物単結晶薄膜１１ａを転写することによって、複合ウェーハ１８を得ることができる（工程ｅ）。または、図示しないが、工程ｄにおいて、接合体の支持ウェーハ側の表面に保護ウェーハを備えてもよいし、接合体の酸化物単結晶ウェーハ側の表面および支持ウェーハ側の表面の両方に保護ウェーハを備えてもよい。
＜実施例１＞
支持ウェーハとして、直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのサファイアウェーハを用いた。酸化物単結晶ウェーハとして、直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのタンタル酸リチウムウェーハを用いた。サファイアウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さＲＭＳは、１．０ｎｍ以下であった。
まず、タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量８．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍにイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成した。次に、イオン注入したタンタル酸リチウムウェーハの表面と、タンタル酸リチウムウェーハと貼り合わせようとするサファイアウェーハの表面に、７ｘ１０−６Ｐａ下で真空イオンビーム装置を用いてＡｒをイオン源とし、真空イオンビーム処理を施し、表面活性化を行った。次に、表面活性化したサファイアウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの表面を室温（２５℃）で貼り合わせて接合体を得た。次に、保護ウェーハとして直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのシリコンウェーハを用いて、接合体のサファイアウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、両面テープを用いてそれぞれ固定した。次に、保護ウェーハを備えた接合体が８０、９０、１００、１１０、１２５または１５０℃となるように各々加熱し、各温度において４８時間加熱処理を行い、イオン注入層に沿って剥離して、サファイアウェーハ上にタンタル酸リチウム薄膜を転写した複合ウェーハを得た。なお、加熱手段として、熱処理オーブンを用い、熱電対でオーブン内の雰囲気温度を測定して接合体の温度とした。得られた複合ウェーハを室温に下がるまで静置し、その後、トルエン溶液を用いて保護ウェーハを除去した複合ウェーハを得た。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表１に示す。なお、外観検査は、目視で行い、薄膜の転写がウェーハ全面において出来ているものを○、薄膜の転写が一部不良であるものを△、薄膜の転写ができなかったものまたは薄膜に割れが生じたものを×とした。
＜比較例１＞
接合体を７０℃で４８時間加熱処理した以外は実施例１と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表１に示す。
＜比較例２＞
接合体を１７５℃で４８時間加熱処理した以外は実施例１と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表１に示す。
＜実施例２＞
支持ウェーハとして、直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのシリコンウェーハを用いて、接合体が８０、９０、１００、１１０または１２５℃となるように各々加熱し、各温度において４８時間加熱処理を行った以外は実施例１と同様に行った。なお、シリコンウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さＲＭＳは、１．０ｎｍ以下であった。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表１に示す。
＜比較例３＞
接合体を７０℃で４８時間加熱処理した以外は実施例２と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表１に示す。
＜比較例４＞
接合体１５０℃で４８時間加熱処理した以外は実施例２と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表１に示す。
＜実施例３＞
支持ウェーハとして、直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのシリコンウェーハ上に１００ｎｍの酸化膜を付したシリコンウェーハを用いて、接合体が８０、９０、１００、１１０または１２５℃となるように各々加熱し、各温度において４８時間加熱処理を行った以外は実施例１と同様に行った。なお、酸化膜付きシリコンウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さＲＭＳは、１．０ｎｍ以下であった。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表１に示す。なお、酸化膜付きシリコンウェーハは、予めシリコンウェーハを１１００℃で１時間程度加熱することにより、シリコンウェーハ上に１００ｎｍの熱酸化膜を成長させたシリコンウェーハとした。
＜比較例５＞
接合体を７０℃で４８時間加熱処理した以外は実施例３と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表１に示す。
＜比較例６＞
接合体を１５０℃で４８時間加熱処理した以外は実施例３と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表１に示す。
＜実施例４＞
支持ウェーハとして、直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのガラスウェーハを用いて、接合体が８０、９０、１００、または１１０℃となるように各々加熱し、各温度において４８時間加熱処理を行った以外は実施例１と同様に行った。なお、ガラスウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さＲＭＳは、１．０ｎｍ以下であった。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表１に示す。
＜比較例７＞
接合体を７０℃で４８時間加熱処理した以外は実施例４と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表１に示す。
＜比較例８＞
接合体を１２５℃で４８時間加熱処理した以外は実施例４と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表１に示す。
Figure 0006396854
表１に示すように、支持ウェーハをサファイアとし、熱処理温度を８０〜１５０℃としたサンプル、支持ウェーハをシリコンとし、熱処理温度を８０〜１２５℃としたサンプル、支持ウェーハを酸化膜付きシリコンとし、熱処理温度を８０〜１２５℃としたサンプル、および、支持ウェーハをガラスとし、熱処理温度を８０〜１１０℃としたサンプルについては、支持ウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜が転写されたことを確認した。いずれの支持ウェーハにおいても、熱処理温度を７０℃とした場合に、イオン注入層での剥離は生じず、貼り合わせた両ウェーハの界面で剥がれが生じた。また、支持ウェーハをサファイアとし、熱処理温度を１７５℃としたサンプル、支持ウェーハをシリコンまたは酸化膜付きシリコンとし、熱処理温度を１５０℃としたサンプル、および、支持ウェーハをガラスとし、熱処理温度を１２５℃としたサンプルについては、支持ウェーハと酸化物単結晶ウェーハとの貼り合わせ界面で酸化物単結晶ウェーハが粉々に粉砕し、転写できなかった。
また、酸化物単結晶ウェーハとしてニオブ酸リチウムウェーハを用いて実施例１〜４と同様の実験についても行ったが、表１と同じ結果を得た。また、表面活性化処理を真空イオンビーム処理の代わりに、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、プラズマ処理とした場合でも結果は全く同一であった。また、保護ウェーハを粘着剤で固定した際の結果も全く同一であり、保護ウェーハの固定方法は、特に影響しないものと考えられる。
＜実施例５＞
保護ウェーハとして直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのガラスウェーハを用いた以外は実施例１と同様に行った。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２に示す。
＜比較例９＞
接合体を７０℃で４８時間加熱処理した以外は実施例５と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２に示す。
＜比較例１０＞
接合体を１７５℃で４８時間加熱処理した以外は実施例５と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２に示す。
＜実施例６＞
保護ウェーハとして直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのガラスウェーハを用いた以外は実施例２と同様に行った。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２に示す。
＜比較例１１＞
接合体を７０℃で４８時間加熱処理した以外は実施例６と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２に示す。
＜比較例１２＞
接合体１５０℃で４８時間加熱処理した以外は実施例６と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２に示す。
＜実施例７＞
保護ウェーハとして直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのガラスウェーハを用いた以外は実施例３と同様に行った。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２に示す。
＜比較例１３＞
接合体を７０℃で４８時間加熱処理した以外は実施例７と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２に示す。
＜比較例１４＞
接合体を１５０℃で４８時間加熱処理した以外は実施例７と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２に示す。
＜実施例８＞
保護ウェーハとして直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのガラスウェーハを用いた以外は実施例４と同様に行った。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２に示す。
＜比較例１５＞
接合体を７０℃で４８時間加熱処理した以外は実施例８と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２に示す。
＜比較例１６＞
接合体を１２５℃で４８時間加熱処理した以外は実施例８と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２に示す。
Figure 0006396854
表２に示すように、支持ウェーハをサファイアとし、熱処理温度を８０〜１５０℃としたサンプル、支持ウェーハをシリコンとし、熱処理温度を８０〜１２５℃としたサンプル、支持ウェーハを酸化膜付きシリコンとし、熱処理温度を８０〜１２５℃としたサンプル、および、支持ウェーハをガラスとし、熱処理温度を８０〜１１０℃としたサンプルについては、支持ウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜が転写されたことを確認した。いずれの支持ウェーハにおいても、熱処理温度を７０℃とした場合に、イオン注入層での剥離は生じず、貼り合わせた両ウェーハの界面で剥がれが生じた。また、支持ウェーハをサファイアとし、熱処理温度を１７５℃としたサンプル、支持ウェーハをシリコンまたは酸化膜付きシリコンとし、熱処理温度を１５０℃としたサンプル、および、支持ウェーハをガラスとし、熱処理温度を１２５℃としたサンプルについては、支持ウェーハと酸化物単結晶ウェーハとの貼り合わせ界面で酸化物単結晶ウェーハが粉々に粉砕し、転写できなかった。
また、酸化物単結晶ウェーハとしてニオブ酸リチウムウェーハを用いて実施例５〜８と同様の実験についても行ったが、表２と同じ結果を得た。また、表面活性化処理を真空イオンビーム処理の代わりに、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、プラズマ処理とした場合でも結果は全く同一であった。また、保護ウェーハを粘着剤で固定した際の結果も全く同一であり、保護ウェーハの固定方法は、特に影響しないものと考えられる。
＜実施例９＞
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を５．０×１０１６、７．５×１０１６、１０×１０１６、１２．５×１０１６、１５×１０１６、１７．５×１０１６、２０×１０１６、２２．５×１０１６、２５×１０１６、または２７．５×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍに各々イオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、保護ウェーハを備えた接合体を１１０℃で４８時間加熱処理を行った以外は実施例１と同様に実施した。
＜比較例１７＞
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を４．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件でイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成した以外は実施例９と同様に実施した。
＜参考例１＞
酸化物単結晶ウェーハとして、直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのタンタル酸リチウムウェーハを用いた。タンタル酸リチウムウェーハの貼り合わせに用いる面の表面粗さＲＭＳは、１．０ｎｍ以下であった。タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量３０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍにイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成した。結果、貼り合わせる前のタンタル酸リチウムウェーハの表面上に凹凸が観察され、貼り合わせ時の所望の表面粗さとならないため貼り合わせを行わなかった。タンタル酸リチウムウェーハの表面上の凹凸は、注入した水素が固溶しきれずに内部で発泡したため生じたと思われる。
＜実施例１０＞
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を５．０×１０１６、７．５×１０１６、１０×１０１６、１２．５×１０１６、１５×１０１６、１７．５×１０１６、２０×１０１６、２２．５×１０１６、２５×１０１６、または２７．５×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍに各々イオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、保護ウェーハを備えた接合体を１１０℃で４８時間加熱処理を行った以外は実施例２と同様に実施した。
＜比較例１８＞
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を４．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件でイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成した以外は実施例１０と同様に実施した。
＜実施例１１＞
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を５．０×１０１６、７．５×１０１６、１０×１０１６、１２．５×１０１６、１５×１０１６、１７．５×１０１６、２０×１０１６、２２．５×１０１６、２５×１０１６、または２７．５×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍに各々イオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、保護ウェーハを備えた接合体を１１０℃で４８時間加熱処理を行った以外は実施例３と同様に実施した。
＜比較例１９＞
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を４．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件でイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成した以外は実施例１１と同様に実施した。
＜実施例１２＞
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を５．０×１０１６、７．５×１０１６、１０×１０１６、１２．５×１０１６、１５×１０１６、１７．５×１０１６、２０×１０１６、２２．５×１０１６、２５×１０１６、または２７．５×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍに各々イオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、保護ウェーハを備えた接合体を１１０℃で４８時間加熱処理を行った以外は実施例４と同様に実施した。
＜比較例２０＞
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を４．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件でイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成した以外は実施例１２と同様に実施した。
水素原子イオン注入量を５．０×１０１６〜２７．５×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２とした実施例９〜１２の場合、いずれの支持ウェーハを用いた場合でも、支持ウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜が転写されたことを確認した。一方、水素原子イオン注入量を４．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２とした比較例１７〜２０の場合、いずれの支持ウェーハを用いた場合でも、タンタル酸リチウムウェーハのイオン注入層で剥離は生じなかった。これはイオン注入量が十分ではなく、後の工程で脆化に至らなかったためと思われる。
なお、実施例９〜１２では水素原子イオンを用いたが、水素分子イオンを用いてその注入量を水素原子イオンの注入量の半分とすることでも、同様の結果を得ることができた。また、酸化物単結晶ウェーハとしてニオブ酸リチウムウェーハを用いても実施例９〜１２と同じ結果を得ることができた。
＜実施例１３＞
タンタル酸リチウムウェーハとサファイアウェーハを１０枚ずつ用意し、タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を９．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍにイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、接合体のサファイアウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、シリコンウェーハの保護ウェーハを備えた接合体を１１０℃で４８時間加熱処理を行った以外は実施例１と同様に実施し、１０枚の複合ウェーハを作製した。作製した複合ウェーハのうち、サファイアウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写できた確率（％）を歩留まりとし、表３に示す。
＜実施例１４＞
接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例１３と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表３に示す。
＜実施例１５＞
接合体のサファイアウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例１３と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表３に示す。
＜比較例２１＞
保護ウェーハを備えずに接合体を熱処理した以外は、実施例１３と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表３、表４および表５に示す。
＜実施例１６＞
タンタル酸リチウムウェーハとシリコンウェーハを１０枚ずつ用意し、タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を９．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍにイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、接合体のシリコンウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、シリコンウェーハの保護ウェーハを備えた接合体を１１０℃で４８時間加熱処理を行った以外は実施例２と同様に実施し、１０枚の複合ウェーハを作製した。作製した複合ウェーハのうち、シリコンウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写できた確率（％）を歩留まりとし、表３に示す。
＜実施例１７＞
接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例１６と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表３に示す。
＜実施例１８＞
接合体のシリコンウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例１６と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表３に示す。
＜比較例２２＞
保護ウェーハを備えずに接合体を熱処理した以外は、実施例１６と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表３、表４および表５に示す。
＜実施例１９＞
タンタル酸リチウムウェーハと酸化膜付きシリコンウェーハを１０枚ずつ用意し、タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を９．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍにイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、接合体の酸化膜付きシリコンウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、シリコンウェーハの保護ウェーハを備えた接合体を１１０℃で４８時間加熱処理を行った以外は実施例３と同様に実施し、１０枚の複合ウェーハを作製した。作製した複合ウェーハのうち、酸化膜付きシリコンウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写できた確率（％）を歩留まりとし、表３に示す。
＜実施例２０＞
接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例１９と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表３に示す。
＜実施例２１＞
接合体の酸化膜付きシリコンウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例１９と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表３に示す。
＜比較例２３＞
保護ウェーハを備えずに接合体を熱処理した以外は、実施例１９と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表３、表４および表５に示す。
＜実施例２２＞
タンタル酸リチウムウェーハとガラスウェーハを１０枚ずつ用意し、タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を９．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍにイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、接合体のガラスウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、シリコンウェーハの保護ウェーハを備えた接合体を１１０℃で４８時間加熱処理を行った以外は実施例４と同様に実施し、１０枚の複合ウェーハを作製した。作製した複合ウェーハのうち、ガラスウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写できた確率（％）を歩留まりとし、表３に示す。
＜実施例２３＞
接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例２２と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表３に示す。
＜実施例２４＞
接合体のガラスウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例２２と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表３に示す。
＜比較例２４＞
保護ウェーハを備えずに接合体を熱処理した以外は、実施例２２と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表３、表４および表５に示す。
Figure 0006396854
表３に示すように、接合体の片側よりも両側に保護ウェーハを備えた方が、全面転写の歩留りが良かった。また、接合体の片側に保護ウェーハを備える場合、支持ウェーハ側よりもタンタル酸リチウムウェーハ側に備える方が、全面転写の歩留りが良かった。これは、タンタル酸リチウムが硬くて脆い材料であるため、保護ウェーハを備えることの効果が顕著となったと推定する。また、支持ウェーハ側のみに備えた場合でも保護ウェーハ無しの場合と比較して、大きく歩留りが改善したことを確認した。酸化物単結晶ウェーハとしてニオブ酸リチウムウェーハを用いて実施例１３〜２４と同様の実験についても行ったが、表３と同じ結果を得た。また、表面活性化処理を真空イオンビーム処理の代わりに、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、プラズマ処理とした場合でも結果は全く同一であった。
＜実施例２５＞
タンタル酸リチウムウェーハとサファイアウェーハを１０枚ずつ用意し、タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を９．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍにイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、接合体のサファイアウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、ガラスウェーハの保護ウェーハを備えた接合体を１１０℃で４８時間加熱処理を行った以外は実施例５と同様に実施し、１０枚の複合ウェーハを作製した。作製した複合ウェーハのうち、サファイアウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写できた確率（％）を歩留まりとし、表４に示す。
＜実施例２６＞
接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例２５と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表４に示す。
＜実施例２７＞
接合体のサファイアウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例２５と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表４に示す。
＜実施例２８＞
タンタル酸リチウムウェーハとシリコンウェーハを１０枚ずつ用意し、タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を９．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍにイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、接合体のシリコンウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、ガラスウェーハの保護ウェーハを備えた接合体を１１０℃で４８時間加熱処理を行った以外は実施例６と同様に実施し、１０枚の複合ウェーハを作製した。作製した複合ウェーハのうち、シリコンウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写できた確率（％）を歩留まりとし、表４に示す。
＜実施例２９＞
接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例２８と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表４に示す。
＜実施例３０＞
接合体のシリコンウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例２８と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表４に示す。
＜実施例３１＞
タンタル酸リチウムウェーハと酸化膜付きシリコンウェーハを１０枚ずつ用意し、タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を９．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍにイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、接合体の酸化膜付きシリコンウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、ガラスウェーハの保護ウェーハを備えた接合体を１１０℃で４８時間加熱処理を行った以外は実施例７と同様に実施し、１０枚の複合ウェーハを作製した。作製した複合ウェーハのうち、酸化膜付きシリコンウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写できた確率（％）を歩留まりとし、表４に示す。
＜実施例３２＞
接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例３１と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表４に示す。
＜実施例３３＞
接合体の酸化膜付きシリコンウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例３１と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表４に示す。
＜実施例３４＞
タンタル酸リチウムウェーハとガラスウェーハを１０枚ずつ用意し、タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を９．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧１００ＫｅＶの条件で深さ６５０ｎｍにイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、接合体のガラスウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、ガラスウェーハの保護ウェーハを備えた接合体を１１０℃で４８時間加熱処理を行った以外は実施例８と同様に実施し、１０枚の複合ウェーハを作製した。作製した複合ウェーハのうち、ガラスウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写できた確率（％）を歩留まりとし、表４に示す。
＜実施例３５＞
接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例３４と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表４に示す。
＜実施例３６＞
接合体のガラスウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例３４と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表４に示す。
Figure 0006396854
表４に示すように、接合体の片側よりも両側に保護ウェーハを備えた方が、全面転写の歩留りが良かった。また、接合体の片側に保護ウェーハを備える場合、支持ウェーハ側よりもタンタル酸リチウムウェーハ側に備える方が、全面転写の歩留りが良かった。これは、タンタル酸リチウムが硬くて脆い材料であるため、保護ウェーハを備えることの効果が顕著となったと推定する。また、支持ウェーハ側のみに備えた場合でも保護ウェーハ無しの場合と比較して、大きく歩留りが改善したことを確認した。酸化物単結晶ウェーハとしてニオブ酸リチウムウェーハを用いて実施例２５〜３６と同様の実験についても行ったが、表４と同じ結果を得た。また、表面活性化処理を真空イオンビーム処理の代わりに、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、プラズマ処理とした場合でも結果は全く同一であった。
＜実施例３７＞
保護ウェーハとして直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのサファイアウェーハを用いて、接合体のサファイアウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、両面テープを用いてそれぞれ固定した以外は、実施例１３と同様に実施し、１０枚の複合ウェーハを作製した。作製した複合ウェーハのうち、サファイアウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写できた確率（％）を歩留まりとし、表５に示す。
＜実施例３８＞
接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例３７と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表５に示す。
＜実施例３９＞
接合体のサファイアウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例３７と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表５に示す。
＜実施例４０＞
保護ウェーハとして直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのサファイアウェーハを用いて、接合体のサファイアウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、両面テープを用いてそれぞれ固定した以外は、実施例１６と同様に実施し、１０枚の複合ウェーハを作製した。作製した複合ウェーハのうち、シリコンウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写できた確率（％）を歩留まりとし、表５に示す。
＜実施例４１＞
接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例４０と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表５に示す。
＜実施例４２＞
接合体のシリコンウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例４０と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表５に示す。
＜実施例４３＞
保護ウェーハとして直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのサファイアウェーハを用いて、接合体のサファイアウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、両面テープを用いてそれぞれ固定した以外は、実施例１９と同様に実施し、１０枚の複合ウェーハを作製した。作製した複合ウェーハのうち、酸化膜付きシリコンウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写できた確率（％）を歩留まりとし、表５に示す。
＜実施例４４＞
接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例４３と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表５に示す。
＜実施例４５＞
接合体の酸化膜付きシリコンウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例４３と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表５に示す。
＜実施例４６＞
保護ウェーハとして直径１００ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍのサファイアウェーハを用いて、接合体のサファイアウェーハ側の表面およびタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の両方に、両面テープを用いてそれぞれ固定した以外は、実施例２２と同様に実施し、１０枚の複合ウェーハを作製した。作製した複合ウェーハのうち、ガラスウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写できた確率（％）を歩留まりとし、表５に示す。
＜実施例４７＞
接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例４６と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表５に示す。
＜実施例４８＞
接合体のガラスウェーハ側の表面のみに保護ウェーハを備えた以外は、実施例４６と同様に実施した。作製した複合ウェーハの歩留まりを表５に示す。
Figure 0006396854
表５に示すように、接合体の片側よりも両側に保護ウェーハを備えた方が、全面転写の歩留りが良かった。また、接合体の片側に保護ウェーハを備える場合、支持ウェーハ側よりもタンタル酸リチウムウェーハ側に備える方が、全面転写の歩留りが良かった。これは、タンタル酸リチウムが硬くて脆い材料であるため、保護ウェーハを備えることの効果が顕著となったと推定する。また、支持ウェーハ側のみに備えた場合でも保護ウェーハ無しの場合と比較して、大きく歩留りが改善したことを確認した。酸化物単結晶ウェーハとしてニオブ酸リチウムウェーハを用いて実施例３７〜４８と同様の実験についても行ったが、表５と同じ結果を得た。また、表面活性化処理を真空イオンビーム処理の代わりに、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、プラズマ処理とした場合でも結果は全く同一であった。
１１ ：酸化物単結晶ウェーハ
１１ｓ ：酸化物単結晶ウェーハの表面
１１ａ ：酸化物単結晶薄膜
１１ｂ ：剥離した後の酸化物単結晶ウェーハの一部
１２ ：水素イオン
１３ ：イオン注入層
１３ｂ ：脆化後のイオン注入層
１４ ：支持ウェーハ
１４ｓ ：支持ウェーハの表面
１５ ：イオンビーム照射
１６ ：接合体
１６ｓ ：接合体の酸化物単結晶ウェーハ側の表面
１８ ：複合ウェーハ
２０ ：保護ウェーハ

Claims (4)

  1. タンタル酸リチウムウェーハまたはニオブ酸リチウムウェーハである酸化物単結晶ウェーハの表面から水素原子イオンまたは水素分子イオンを注入し、前記酸化物単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成する工程と、
    前記酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と、前記酸化物単結晶ウェーハと貼り合わせようとする支持ウェーハの表面の少なくとも一方に、表面活性化処理を施す工程と、
    前記表面活性化処理を施した後、前記酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と、前記支持ウェーハの表面とを貼り合わせて接合体を得る工程と、
    前記接合体の少なくとも一方の表面に、前記酸化物単結晶ウェーハよりも小さい熱膨張係数を有する保護ウェーハを備える工程と、
    前記保護ウェーハを備えた接合体を、８０℃以上の温度で熱処理する工程であって、前記イオン注入層に沿って剥離し、前記支持ウェーハ上に転写された酸化物単結晶薄膜を得る、工程と
    を少なくとも含み、
    前記水素原子イオンの注入量が、５．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２〜２．７５×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ２であり、前記水素分子イオンの注入量が、２．５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１．３７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であり、
    前記支持ウェーハがサファイア、シリコン、酸化膜付きシリコン、およびガラスからなる群から選ばれるウェーハであり、
    前記８０℃以上の温度が、前記支持ウェーハがサファイアウェーハであるときは８０〜１５０℃であり、前記支持ウェーハがシリコンウェーハまたは酸化膜付きシリコンウェーハであるときは８０〜１２５℃であり、前記支持ウェーハがガラスウェーハであるときは８０〜１１０℃である、
    支持ウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法。
  2. 前記保護ウェーハが、両面テープまたは粘着剤で固定される、請求項１に記載の複合ウェーハの製造方法。
  3. 前記表面活性化処理が、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、イオンビーム処理、およびプラズマ処理から選ばれる、請求項１または２に記載の複合ウェーハの製造方法。
  4. 前記保護ウェーハが、サファイア、シリコンおよびガラスからなる群から選ばれるウェーハである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合ウェーハの製造方法。
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TW105117211A TWI684200B (zh) 2015-06-02 2016-06-01 具備氧化物單結晶薄膜之複合晶圓之製造方法
US15/577,615 US10727396B2 (en) 2015-06-02 2016-06-01 Method for producing composite wafer having oxide single-crystal film
EP16803412.2A EP3306645B1 (en) 2015-06-02 2016-06-01 Method for producing composite wafer provided with oxide single-crystal thin film
PCT/JP2016/066284 WO2016194978A1 (ja) 2015-06-02 2016-06-01 酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法
CN201680033205.7A CN107636802B (zh) 2015-06-02 2016-06-01 具备氧化物单晶薄膜的复合晶片及其制造方法
KR1020177033745A KR102554057B1 (ko) 2015-06-02 2016-06-01 산화물 단결정 박막을 구비한 복합 웨이퍼의 제조 방법

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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110838463A (zh) * 2018-08-17 2020-02-25 胡兵 一种半导体衬底、将衬底层与其上功能层分离的方法
FR3068508B1 (fr) 2017-06-30 2019-07-26 Soitec Procede de transfert d'une couche mince sur un substrat support presentant des coefficients de dilatation thermique differents
WO2019244471A1 (ja) * 2018-06-22 2019-12-26 日本碍子株式会社 接合体および弾性波素子
KR101969679B1 (ko) * 2018-07-27 2019-04-16 한양대학교 산학협력단 Soi 웨이퍼와 열처리 공정을 이용한 박막 형성 및 전사 방법
CN109818590B (zh) * 2019-03-13 2021-12-03 电子科技大学 具有应力缓冲层的单晶薄膜制备方法、单晶薄膜及谐振器
CN111799215B (zh) * 2020-06-29 2021-05-11 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种降低异质结构薄膜退火热应力的方法
CN113394338A (zh) * 2021-04-28 2021-09-14 上海新硅聚合半导体有限公司 一种异质单晶薄膜的制备方法及异质单晶薄膜
WO2023179898A1 (en) * 2022-03-23 2023-09-28 CZIGLER, Zoltan Method of forming a composite substrate
KR20240024555A (ko) 2022-08-17 2024-02-26 국방과학연구소 단결정 산화물 박막의 전사 방법 및 이의 응용
TWI818806B (zh) * 2022-11-18 2023-10-11 力晶積成電子製造股份有限公司 晶圓接合方法

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS604599B2 (ja) 1976-03-17 1985-02-05 株式会社東芝 タンタル酸リチウム単結晶の製造方法
US5668057A (en) 1991-03-13 1997-09-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Methods of manufacture for electronic components having high-frequency elements
FR2681472B1 (fr) 1991-09-18 1993-10-29 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication de films minces de materiau semiconducteur.
CA2133300C (en) 1993-11-01 1999-04-27 Hirotoshi Nagata Optical waveguide device
EP0742598B1 (en) 1995-05-08 2000-08-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of manufacturing a composite substrate and a piezoelectric device using the substrate
US6319430B1 (en) 1997-07-25 2001-11-20 Crystal Technology, Inc. Preconditioned crystals of lithium niobate and lithium tantalate and method of preparing the same
US6540827B1 (en) 1998-02-17 2003-04-01 Trustees Of Columbia University In The City Of New York Slicing of single-crystal films using ion implantation
JP2000269779A (ja) 1999-03-18 2000-09-29 Shin Etsu Chem Co Ltd 弾性表面波又は疑似弾性表面波デバイス用圧電性単結晶ウェーハ及びその製造方法
JP4708577B2 (ja) 2001-01-31 2011-06-22 キヤノン株式会社 薄膜半導体装置の製造方法
JP2002353082A (ja) 2001-05-28 2002-12-06 Shin Etsu Handotai Co Ltd 貼り合わせウェーハの製造方法
JP2003095798A (ja) 2001-09-27 2003-04-03 Hoya Corp 単結晶基板の製造方法
US6803028B2 (en) 2002-04-08 2004-10-12 Corning Incorporated Method of making stoichiometric lithium niobate
WO2004079061A1 (ja) 2003-03-06 2004-09-16 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. タンタル酸リチウム結晶の製造方法
US7374612B2 (en) 2003-09-26 2008-05-20 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method of producing single-polarized lithium tantalate crystal and single-polarized lithium tantalate crystal
TWI270928B (en) * 2005-07-22 2007-01-11 Sino American Silicon Products Method of manufacturing composite wafer sructure
JP5064695B2 (ja) * 2006-02-16 2012-10-31 信越化学工業株式会社 Ｓｏｉ基板の製造方法
KR101447048B1 (ko) * 2007-04-20 2014-10-06 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Ｓｏｉ 기판 및 반도체장치의 제조방법
US7678668B2 (en) * 2007-07-04 2010-03-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing method of SOI substrate and manufacturing method of semiconductor device
JP2009135448A (ja) * 2007-11-01 2009-06-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体基板の作製方法及び半導体装置の作製方法
EP2226934B1 (en) * 2007-12-25 2016-11-30 Murata Manufacturing Co. Ltd. Composite piezoelectric substrate manufacturing method
JP4743258B2 (ja) * 2008-10-31 2011-08-10 株式会社村田製作所 圧電デバイスの製造方法
JP5455595B2 (ja) 2008-12-11 2014-03-26 信越化学工業株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
JP5389627B2 (ja) * 2008-12-11 2014-01-15 信越化学工業株式会社 ワイドバンドギャップ半導体を積層した複合基板の製造方法
JP5643509B2 (ja) 2009-12-28 2014-12-17 信越化学工業株式会社 応力を低減したｓｏｓ基板の製造方法
FR2961719B1 (fr) * 2010-06-24 2013-09-27 Soitec Silicon On Insulator Procede de traitement d'une piece en un materiau compose
FR2968861B1 (fr) * 2010-12-10 2013-09-27 Commissariat Energie Atomique Procédé de fabrication d'un résonateur a ondes acoustiques comprenant une membrane suspendue
US20120247686A1 (en) 2011-03-28 2012-10-04 Memc Electronic Materials, Inc. Systems and Methods For Ultrasonically Cleaving A Bonded Wafer Pair
JP2013149853A (ja) * 2012-01-20 2013-08-01 Shin Etsu Chem Co Ltd 薄膜付き基板の製造方法
WO2014017369A1 (ja) * 2012-07-25 2014-01-30 信越化学工業株式会社 ハイブリッド基板の製造方法及びハイブリッド基板
CN104078407B (zh) 2013-03-29 2018-12-04 济南晶正电子科技有限公司 薄膜和制造薄膜的方法
JP6049571B2 (ja) * 2013-08-28 2016-12-21 信越化学工業株式会社 窒化物半導体薄膜を備えた複合基板の製造方法
US10095057B2 (en) 2013-10-23 2018-10-09 Honeywell International Inc. Treatment and/or stabilizing gases in an optical gyro based on an inorganic waveguide

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