JP6454606B2 - 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することにより、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、熱剥離を生じさせない程度の低温で熱処理を加えた後に、貼り合わせる時の温度と所定の温度差の範囲内となるように接合体の温度を制御した状態で、イオン注入層に高強度の可視光を照射することで、イオン注入層の脆化を一気に進めて剥離させることを見出した。
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１０〜５０℃で貼り合わせて接合体を得る工程と、
前記接合体を９０℃以上であって割れを生じない温度で熱処理する工程と、
前記熱処理した接合体に可視光を照射する工程であって、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、
前記接合体を得るための前記貼り合わせ時の温度と、前記可視光を照射する時の前記接合体の温度との差が、前記支持ウェーハがサファイアウェーハであるときは９０℃以下であり、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℃以下であり、前記支持ウェーハがガラスウェーハであるときは４０℃以下である、
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、特に限定されるものではないが、市販されているものを用いてもよい。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、イオン注入層において剥離しない程度に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、接合体を９０℃以上であって、例えば貼り合わせ界面に割れを生じない温度で熱処理する。９０℃未満だと、酸化物単結晶ウェーハと支持ウェーハの貼り合わせ界面における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９０〜２２５℃であり、より好ましくは９０〜２００℃である。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９０〜２００℃であり、より好ましくは９０〜１７５℃である。また、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９０〜１１０℃であり、より好ましくは９０〜１００℃である。接合体を９０℃以上であって割れを生じない温度で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の貼り合わせ界面での接合力を向上させるだけでなく、後の工程においてイオン注入層を脆化しやすくすることも可能となる。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。上記温度での熱処理の時間は、貼り合わせ界面等に割れや剥離を生じなければ特に限定されないが、１０分から数十時間、例えば１００時間までとしてもよい。例えば、熱処理温度が９０℃以上１１０℃未満である場合、１０分間〜１００時間とすることが好ましく、熱処理温度が１１０℃以上１７５℃未満である場合、１０分間〜６０時間とすることが好ましく、熱処理温度が１７５℃以上２００℃未満である場合、１０分間〜２４時間とすることが好ましく、熱処理温度が２００℃以上２２５℃未満である場合、１０分間〜１２時間とすることが好ましい。本発明によれば、接合体に保護ウェーハを備えることなく、熱処理することができるため、工程をより簡易化することが可能である。
熱処理した接合体は、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、熱処理した接合体を、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。接合体を貼り合わせ時と同様の室温近傍の温度とすることで、接合体の応力を低減でき、後の可視光照射による剥離工程において、接合体の割れや欠陥を生じにくくさせることが可能となる。
次に、熱処理後の接合体に可視光を照射してイオン注入層に沿って剥離し、支持ウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を転写する。可視光の光源としては、レーザー光、フラッシュランプアニール装置を用いたフラッシュランプ光等が挙げられ、Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｅｒ（ＲＴＡ）装置の光源、グリーンレーザー光またはフラッシュランプ光等であることが好ましい。酸化物単結晶ウェーハの内部に形成されたイオン注入界面近傍がアモルファス化していることによって、可視光の吸収を受けやすく、エネルギーを選択的に受容しやすいという機構によってイオン注入層を脆化させ剥離することが可能である。これは、イオン注入した酸化物単結晶は色が濃くなる、つまり、イオン注入によるダメージ部分であるイオン注入層の光の吸収係数が上がるという現象を利用して剥離させることが可能である。
可視光は、接合体の酸化物単結晶ウェーハ側から照射することが好ましい。また、支持ウェーハがサファイアウェーハまたはガラスウェーハである場合は、接合体の酸化物単結晶ウェーハ側からまたは支持ウェーハ側から可視光を照射してもよい。サファイアウェーハおよびガラスウェーハは透明であるため、可視光は吸収されずに酸化物単結晶ウェーハ中のイオン注入層まで透過し、イオン注入層を脆化することが可能となる。
接合体に可視光を照射する際、加熱や冷却を行うことなく、あるいは、加熱や冷却状態で、可視光を照射してもよく、可視光照射時の接合体の温度を所定の温度となるようにして行う。所定の温度を超えると、貼り合わせ界面で剥がれや割れが生じる場合がある。所定の温度には、接合体の温度を貼り合わせ時と同じ室温近傍（室温を含む）の温度、例えば１０〜５０℃程度も含まれ、接合体の応力を低減でき、接合体の割れや欠陥を生じにくくさせることが可能となるため望ましい。所定の温度は、用いる支持ウェーハに合わせて変化させてもよく、例えば貼り合わせ時の温度が２５℃の時、支持ウェーハがサファイアウェーハである場合は、室温近傍、例えば２０℃から１１５℃未満が好ましく、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、室温近傍、例えば２０℃から１０５℃未満が好ましく、支持ウェーハがガラスウェーハである場合は、室温近傍、例えば２０℃から６５℃未満が好ましい。接合体に可視光を照射する際に室温近傍の温度を超えた温度で実施する場合、例えば、所定の温度に設定した熱処理炉、オーブン、またはホットプレート等で加熱した状態で可視光を照射してもよい。なお、可視光照射時の接合体の温度は、周囲の雰囲気温度、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し、熱電対を備えた温度計を用いてホットプレートの表面を直接測定した温度であってもよい。
接合体に可視光を照射する時の接合体の温度は、また、上述した接合体を得る工程における貼り合わせる時の温度との間に所定の好ましい温度範囲を有している。例えば、接合体を得るための貼り合わせ時の温度と、可視光を照射する時の接合体の温度との差は、支持ウェーハがサファイアウェーハである場合は９０℃以下であり、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８０℃以下であり、支持ウェーハがガラスウェーハである場合は４０℃以下である。所定の好ましい温度範囲を超えると、接合体の貼り合わせ界面に剥がれや割れが生じる場合がある。
また、場合によって、照射する工程は、接合体の側面、例えばイオン注入層の端部に楔状の刃を接触させたまたは挿入した状態で、接合体に可視光を照射してイオン注入層に沿って剥離し、支持ウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を転写してもよい。光照射による光エネルギーと機械的衝撃による物理的エネルギーを併用して剥離を行うことで、より円滑な剥離が可能になると同時に転写時のハンドリング性が向上させることが可能である。
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を９０℃以上の温度で熱処理する（工程ｄ）。熱処理した接合体１６の酸化物単結晶ウェーハ１１側から可視光１７を照射してイオン注入層１３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ｅにおいて、熱処理した接合体のサファイアウェーハ側から可視光を照射してイオン注入層に沿って酸化物単結晶ウェーハの一部を剥離し、サファイアウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を転写することによって、複合ウェーハを得てもよい。さらに、または、図示しないが、工程ｅにおいて、熱処理した接合体のイオン注入層の端部に楔状の刃を接触させた状態で、接合体の酸化物単結晶ウェーハ側から可視光を照射してイオン注入層に沿って酸化物単結晶ウェーハの一部を剥離し、支持ウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を転写することによって、複合ウェーハを得てもよい。
＜実験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を原子間力顕微鏡で評価したところ、１．０ｎｍ以下であった。
まず、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に、窒素雰囲気下でプラズマ活性化装置を用いてプラズマ処理を施し、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、接合体が７０、８０、９０、１００、１１０、１２５、１５０、１７５、２００、２２５、２５０、または２７５℃となるように各々加熱し、各温度において２４時間加熱処理を行った。加熱手段には、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。得られた接合体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、割れや欠けがないものを○、微小なクラックが有るものを△、ウェーハが破損したものを×とした。支持ウェーハをサファイアとすると、熱処理温度を７０〜２２５℃としたサンプルについては、割れや欠けが発生せず、接合していることが確認できた。
＜実験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７０、８０、９０、１００、１１０、１２５、１５０、１７５、２００、または２２５℃となるように各々加熱し、各温度において２４時間加熱処理を行った以外は実験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。得られた接合体の外観検査の結果を表１に示す。支持ウェーハをシリコンとすると、熱処理温度を７０〜２００℃としたサンプルについては、割れや欠けが発生せず、接合していることが確認できた。
＜実験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７０、８０、９０、１００、１１０、１２５、１５０、１７５、２００、または２２５℃となるように各々加熱し、各温度において２４時間加熱処理を行った以外は実験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。得られた接合体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。支持ウェーハを酸化膜付きシリコンとすると、熱処理温度を７０〜２００℃としたサンプルについては、割れや欠けが発生せず、接合していることが確認できた。
＜実験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７０、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２４時間加熱処理を行った以外は実験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。得られた接合体の外観検査の結果を表１に示す。支持ウェーハをガラスとすると、熱処理温度を７０〜１１０℃としたサンプルについては、割れや欠けが発生せず、接合していることが確認できた。
Figure 0006454606
実験１〜４はタンタル酸リチウムウェーハを用いたが、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験１〜４と同様の実験を行っても、表１と同じ結果を得た。また、表面活性化処理をプラズマ処理の代わりに、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、真空イオンビーム処理とした場合でも、全く同一の結果が得られた。これらの結果から上記の活性化方法いずれの場合も有効であり、且つ、タンタル酸リチウムとニオブ酸リチウムとの間に差異は無いことが判明した。
＜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７．０×１０１６ａｔｏｍ／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。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るサファイアウェーハの表面に、７×１０−６Ｐａ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、接合体が９０、１００、１１０、１２５、１５０、１７５、２００、または２２５℃となるように各々加熱し、各温度において２４時間加熱処理を行った。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。熱処理した接合体を室温に下がるまで静置し、その後、室温（２５℃）で、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行い、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。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表２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を×とした。
＜比較例１＞
接合体を７０℃で２４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２に示す。
＜比較例２＞
接合体を８０℃で２４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２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９０、１００、１１０、１２５、１５０、１７５、または２００℃となるように各々加熱し、各温度において２４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２に示す。
＜比較例３＞
接合体を７０℃で２４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２に示す。
＜比較例４＞
接合体を８０℃で２４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２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９０、１００、１１０、１２５、１５０、１７５、または２００℃となるように各々加熱し、各温度において２４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２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２４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２に示す。
＜比較例６＞
接合体を８０℃で２４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２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９０、１００、または１１０℃となるように各々加熱し、各温度において２４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２に示す。
＜比較例７＞
接合体を７０℃で２４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２に示す。
＜比較例８＞
接合体を８０℃で２４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２に示す。
Figure 0006454606
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９０〜２２５℃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９０〜２００℃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９０〜２００℃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９０〜１１０℃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、熱処理温度を８０℃とした場合には、支持ウェーハ上にタンタル酸リチウム薄膜が転写できた部分と一部未転写の部分が発生した。７０℃および８０℃ではイオン注入界面での脆化が十分でなく、また、両ウェーハの貼り合わせの接合力が不足し、全面転写に至らなかったものと思われる。
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、光照射をフラッシュランプアニール装置の代わりにレーザーを用いた場合も結果は同一であった。レーザー光源は、液晶用アモルファスシリコンの結晶化に用いられている波長５３２ｎｍのグリーンレーザーを用いたが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第二次高調波（波長＝５３２ｎｍ）、ＹＶＯ４レーザーの第二次高調波（波長＝５３２ｎｍ）、アルゴンレーザー（波長＝５１４ｎｍ）なども同様に用いることも出来る。
＜実施例５＞
熱処理した後に室温まで冷却した接合体のイオン注入層に楔状の鋭角の刃を接触させ、接合体に接触させた刃の反対側に備えたバネを軽く押す状態を維持し、接合体に刃を接触させたままで、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行った以外は、実施例１と同様に実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表３に示す。なお、表３に示す外観検査は、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を×とした。
＜比較例９、１０＞
熱処理した後に室温まで冷却した接合体のイオン注入層に楔状の鋭角の刃を接触させ、接合体に接触させた刃の反対側に備えたバネを軽く押す状態を維持し、接合体に刃を接触させたままで、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行った以外は、比較例１、２と同様に実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表３に示す。
＜実施例６＞
熱処理した後に室温まで冷却した接合体のイオン注入層に楔状の鋭角の刃を接触させ、接合体に接触させた刃の反対側に備えたバネを軽く押す状態を維持し、接合体に刃を接触させたままで、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行った以外は、実施例２と同様に実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表３に示す。
＜比較例１１、１２＞
熱処理した後に室温まで冷却した接合体のイオン注入層に楔状の鋭角の刃を接触させ、接合体に接触させた刃の反対側に備えたバネを軽く押す状態を維持し、接合体に刃を接触させたままで、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行った以外は、比較例３、４と同様に実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表３に示す。
＜実施例７＞
熱処理した後に室温まで冷却した接合体のイオン注入層に楔状の鋭角の刃を接触させ、接合体に接触させた刃の反対側に備えたバネを軽く押す状態を維持し、接合体に刃を接触させたままで、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行った以外は、実施例３と同様に実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表３に示す。
＜比較例１３、１４＞
熱処理した後に室温まで冷却した接合体のイオン注入層に楔状の鋭角の刃を接触させ、接合体に接触させた刃の反対側に備えたバネを軽く押す状態を維持し、接合体に刃を接触させたままで、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行った以外は、比較例５、６と同様に実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表３に示す。
＜実施例８＞
熱処理した後に室温まで冷却した接合体のイオン注入層に楔状の鋭角の刃を接触させ、接合体に接触させた刃の反対側に備えたバネを軽く押す状態を維持し、接合体に刃を接触させたままで、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行った以外は、実施例４と同様に実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表３に示す。
＜比較例１５、１６＞
熱処理した後に室温まで冷却した接合体のイオン注入層に楔状の鋭角の刃を接触させ、接合体に接触させた刃の反対側に備えたバネを軽く押す状態を維持し、接合体に刃を接触させたままで、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行った以外は、比較例７、８と同様に実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表３に示す。
Figure 0006454606
表３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９０〜２２５℃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９０〜２００℃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９０〜２００℃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７０〜１１０℃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。この結果から、光照射による光エネルギーと機械的衝撃による物理的エネルギーを併用して剥離を行うことで、転写時のハンドリング性が向上した。
＜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、接合体を９０℃で２４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。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、接合体を９０℃で２４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、接合体を９０℃で２４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、接合体を９０℃で２４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＞
接合体を１１０℃で２４時間加熱処理を行い、熱処理した後に室温まで冷却した接合体の支持ウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行った以外は、実施例１と同様に実施した。支持ウェーハにサファイアウェーハを用いると、支持ウェーハ側から可視光照射しても、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することができた。なお、タンタル酸リチウムウェーハの代わりにニオブ酸リチウムウェーハを用いた場合も同様の結果であった。
＜実施例１４＞
支持ウェーハにガラスウェーハを用いた以外は、実施例１３と同様に実施した。支持ウェーハにガラスウェーハを用いると、支持ウェーハ側から可視光照射しても、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することができた。なお、タンタル酸リチウムウェーハの代わりにニオブ酸リチウムウェーハを用いた場合も同様の結果であった。
＜実施例１５＞
接合体を１１０℃で２４時間加熱処理を行い、熱処理した後に室温まで冷却した接合体を、ホットプレートを用いて、ホットプレートの表面温度を２０、２５、３５、４５、５５、６５、７５、８５、９５、１０５または１１５℃とした状態で接合体の支持ウェーハ側の面をホットプレート上に置き、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行い、可視光照射後すぐにホットプレートから接合体を取り出した以外は実施例１と同様にして実施した。なお、可視光照射時の接合体の温度は、熱電対でホットプレートの表面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の外観検査の結果を表４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またはウェーハが破損したものを×とした。
＜比較例２１＞
接合体に可視光照射を行う際に、接合体を１２５℃となるように加熱した状態で可視光照射した以外は実施例１５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４に示す。
＜実施例１６＞
接合体を１１０℃で２４時間加熱処理を行い、熱処理した後に室温まで冷却した接合体を、ホットプレートの表面温度を２０、２５、３５、４５、５５、６５、７５、８５、９５または１０５℃とした状態で接合体の支持ウェーハ側の面をホットプレート上に置き、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行い、可視光照射後すぐにホットプレートから接合体を取り出した以外は実施例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４に示す。
＜比較例２２＞
接合体に可視光照射を行う際に、ホットプレートの表面温度を１１５℃とした状態で可視光照射した以外は実施例１６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４に示す。
＜実施例１７＞
接合体を１１０℃で２４時間加熱処理を行い、熱処理した後に室温まで冷却した接合体を、ホットプレートの表面温度を２０、２５、３５、４５、５５、６５、７５、８５、９５または１０５℃とした状態で接合体の支持ウェーハ側の面をホットプレート上に置き、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行い、可視光照射後すぐにホットプレートから接合体を取り出した以外は実施例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４に示す。
＜比較例２３＞
接合体に可視光照射を行う際に、ホットプレートの表面温度を１１５℃とした状態で可視光照射した以外は実施例１７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４に示す。
＜実施例１８＞
接合体を１１０℃で２４時間加熱処理を行い、熱処理した後に室温まで冷却した接合体を、ホットプレートの表面温度を２０、２５、３５、４５、５５または６５℃とした状態で接合体の支持ウェーハ側の面をホットプレート上に置き、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側からフラッシュランプアニール装置で可視光照射を行い、可視光照射後すぐにホットプレートから接合体を取り出した以外は実施例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４に示す。
＜比較例２４＞
接合体に可視光照射を行う際に、ホットプレートの表面温度を７５℃とした状態で可視光照射した以外は実施例１８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４に示す。
Figure 0006454606
表４に示すように、光照射時の接合体の温度は、貼り合わせる時の温度との温度差を所定の範囲とすることで、複合ウェーハを作製することができることを確認した。つまり、接合体を得る工程において貼り合わせる時の温度（２５℃）と、転写する工程において可視光を照射する時の接合体の温度との差を、支持ウェーハがサファイアウェーハであるときは９０℃以下、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℃以下、支持ウェーハがガラスウェーハであるときは４０℃以下とすることで、ウェーハに割れが生じずに、支持ウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜を転写することが確認できた。
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
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
１７ ：光照射
１８ ：複合ウェーハ

Claims (8)

  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１０〜５０℃で貼り合わせて接合体を得る工程と、
    前記接合体を９０℃以上であって割れを生じない温度で熱処理する工程と、
    前記熱処理した接合体に可視光を照射する工程であって、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、
    前記接合体を得るための前記貼り合わせ時の温度と、前記可視光を照射する時の前記接合体の温度との差が、前記支持ウェーハがサファイアウェーハであるときは９０℃以下であり、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℃以下であり、前記支持ウェーハがガラスウェーハであるときは４０℃以下である、
    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. 前記熱処理する工程における前記温度が、前記支持ウェーハがサファイアウェーハであるときは９０〜２２５℃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９０〜２００℃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９０〜１１０℃である、請求項１に記載の複合ウェーハの製造方法。
  3. 前記照射する工程が、前記接合体の前記イオン注入層に楔状の刃を接触させた状態で、前記接合体に前記可視光を照射することを含む、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１〜３のいずれか１項に記載の複合ウェーハの製造方法。
  5. 前記可視光の光源が、フラッシュランプアニール装置を用いたフラッシュランプ光である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合ウェーハの製造方法。
  6. 前記可視光の光源が、レーザー光である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合ウェーハの製造方法。
  7. 前記照射する工程が、前記接合体の前記酸化物単結晶ウェーハ側から前記可視光を照射することを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合ウェーハの製造方法。
  8. 前記支持ウェーハがサファイアウェーハまたはガラスウェーハであり、
    前記照射する工程が、前記接合体の前記酸化物単結晶ウェーハ側または前記支持ウェーハ側から前記可視光を照射することを含む、請求項１〜６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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