JPH1041242A - 特に電子構成品を含む半導体材料薄膜の製法 - Google Patents
特に電子構成品を含む半導体材料薄膜の製法Info
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Abstract
膜を、その薄膜と残りの半導体ウエーハとの間で断裂を
起こすことができるマイクロバブル連続領域をイオン注
入により形成することにより、従来の方法より容易に製
造する方法。 【解決手段】 エレメントを含む基体の面に、イオンを
注入して基体内に気体マイクロバブル連続領域で、基体
の前記面の側にエレメントを含む小さな厚さの領域と、
残りの基体によって形成された大きな厚さの領域とを区
切る連続的マイクロバブル領域を形成し、基体を、注入
したイオンによって発生したガスが拡散によって半導体
から逃げることができる温度よりも低いが、基体内の結
晶再配列効果及びマイクロバブル圧力効果により、気体
マイクロバブル連続領域の両側に位置する二つの領域を
分離するのに充分な温度で基体を熱処理することからな
る、エレメントを有する薄膜の製法。
Description
含む半導体材料の薄膜を得る方法に関する。その薄膜
は、小さな厚さの基体の一部、例えば1〜数個の電子構
成品が形成された部分を、比較的大きな厚さを有する残
りの基体から分離することによって得られる。考慮され
る用途により、本発明は、薄膜をその最初の基体から別
の基体又は支持体へ移すこともできる。
支持体上に支持された、又は電気絶縁性層により支持体
から分離された薄膜半導体中に電子構成品を形成するこ
とが屡々求められている。シリコン・オン・インシュレ
ーター(Silicon On Insulator)構造体と呼ばれている構
造体を得ることができ、それから電子構成品を構成する
ことができる。これらの構造体を得るために、次の方法
を用いることができる。
を、珪素の格子定数に近い格子定数を有する別の材料、
例えば、サファイア(Al2 O3 )又はフッ化カルシウ
ム(CaF2 )基体の単結晶基体上に成長させるヘテロ
エピタキシ(heteroepitaxy)法;
体本体から単結晶珪素の薄膜を分離する酸化珪素の層を
生成させるため、珪素基体中に多量の酸素をイオン注入
する「SIMOX」(現在文献中に用いられている名
前)と呼ばれている方法;
は化学的摩耗により、ウエーハを薄くする原理を用いた
別の方法。
は、製造技術に関連した欠点を持つ。
て制約を受ける。基体の格子定数が半導体の格子定数と
厳密には正確に合わないので、薄膜は多くの結晶欠陥を
有する。更に、これらの基体は高価で脆く、限定された
大きさでしか存在できない。
を行う必要があり、それは非常に重装備の複雑な注入機
械を必要とする。これらの機械の生産性は低く、それを
かなりの程度まで増大しようとすることは困難である。
ら、必要な厚さに到達したら直ちにウエーハを薄く削る
のを停止し、それによって厚さの均一性を保証できるよ
うにエッチングを停止させる崩壊障壁の原理を用いた場
合にのみ競合することができる。残念ながらこの崩壊障
壁の形成はその方法を複雑にし、或る場合にはそのフイ
ルムの使用が限定される。
−2,681,472では、薄膜半導体を製造し、それ
を支持体に確実に付着させる方法で、平らな面を有する
希望の半導体材料のウエーハを次の工程にかけることか
らなる方法が示唆されている。
積内のイオンの浸透深さに近い深さに、気体マイクロバ
ブルの層を生ずることができるイオンを衝突させてウエ
ーハを基体の本体を構成する下方領域と、薄膜を構成す
る上方領域に分離し、前記イオンを希ガス又は水素ガス
のイオンの中から選択し、ウエーハの温度を、注入した
イオンによって生じたガスが拡散によって半導体から逃
げることができる温度よりも低く維持する第一注入工
程;
も一つの固い材料層から構成された支持体とよく接触さ
せ、然も、この緊密な接触を、例えば、接着剤を用いて
行うか、又は表面の予備調製、出来れば支持体とウエー
ハとの間の原子間結合を促進するための熱的及び(又
は)静電的処理の効果による分子接着を用いて行うこと
ができる、第二工程;
った温度より高い温度で、ウエーハ中の結晶再配列効果
及びマイクロバブルの圧力により、薄膜と基体本体との
間に分離を生じさせるのに充分な温度で熱処理する第三
工程。
現象について次の説明が与えられている。第一に、第一
イオン注入工程を、半導体材料のウエーハの平らな面を
イオンビームの方へ向けて行い、半導体材料が完全に単
結晶の場合にはこの平らな面の平面を結晶学的主面にほ
ぼ平行にするか、又はその材料が多結晶である場合には
結晶学的主面に対して多かれ少なかれ傾斜させて、全て
の粒子に対して同じ指数になるようにする。
として終わる気体マイクロバブル層を生ずることができ
る。ウエーハの体積内にイオンの平均浸透深さに近い深
さの所にこのようにして形成されたこのマイクロバブル
層は、ウエーハの体積内にこの層によって分離された二
つの領域、即ち一つの領域は薄膜を構成するためのもの
で、他方の領域は基体の残りを形成する二つの領域を区
切る。「気体マイクロバブル」と言う用語により、材料
中に水素ガス又は希ガスのイオンを注入することにより
発生したどのような空洞又は微小空洞をも意味するもの
とする。空洞は非常に平らな形をしていてもよく、即
ち、数原子間隔程度の小さな高さのものでもよく、或は
大略半球状、又は二つの前の形とは異なった他の形をし
ていてもよい。これらの空洞はガス相を含んでいてもい
なくてもよい。第三工程中、熱処理は、例えば微小空洞
成長効果及び(又は)マイクロバブルの圧力効果による
ような、半導体材料内の結晶再配列効果により断裂帯及
び二つの領域の分離を生じさせるのに充分な温度で行
う。
ガスを注入した後、透過電子顕微鏡によって空洞又はマ
イクロバブルを観測できるか又はできない。珪素の場
合、微小空洞を得ることができ、その大きさは数nm〜
数百nmの範囲にある。従って、特に注入温度が低い
と、これらの空洞は熱処理段階中でだけ観察することが
でき、その段階中にこれら空洞の核生成が行われ、熱処
理が終わった時、薄膜と残りの基体との間に断裂が起き
るようになる。
も全ての種類の固体材料に適用することができると思わ
れる。この方法は誘電体材料、導電体、半絶縁体の外、
無定形半導体に適用することができる。
それらマイクロバブル即ち微小空洞の間の相互作用が全
ウエーハに亙って起き、断裂をもたらすのに充分な密度
でそれらマイクロバブル即ち微小空洞が存在すると言う
意味で連続的層になっている。もし注入を局部的に遮蔽
しても、例えば、1μ又は1μより小さな程度の粒子に
よって意図的又は非意図的やり方で遮蔽しても、それか
ら生じた不連続性は断裂の伝播を妨げない。
に薄膜半導体を形成し、後でその中に慣用的方法により
電子構成品を構成することにある。文献FR−A−2,
681,472に記載された方法は、従来の方法で起き
る固有の問題に対する解決策を与えることができる。し
かし、電子構成品が構成された薄膜半導体で被覆された
支持体からなる装置を得るためには、マイクロエレクト
ロニクスの分野からの工程(イオン注入工程)が含ま
れ、次に機械的分野からの工程(接触工程)、及び熱的
分野からの工程(熱処理工程)を行なってマイクロエレ
クトロニクス分野に関連した工程(電子構成品の形成)
へ戻ることになる。
クロエレクトロニクスの分野から生ずる或る工程を連続
的やり方で一緒にまとめ、即ち電子構成品の全て又は一
部を構成するまでまとめ、エレメント、例えば電子構成
品の出発材料を構成する基体の使用を可能にするか、又
は製造を最適にし、次にその上に薄膜を定めるようにす
ることを考えた。この結果を達成するためには、半導体
層中に電子構成品を形成することが異種媒体の形成を起
こすこと、即ち、種々の材料(半導体、電気接点のため
の金属、絶縁体等)から作られたものを生ずると言う事
から起きる次の問題を解決する必要があった。即ち、注
入されたイオンは、それらイオンを受けた表面に対して
異なった深さで分布する。例として400keVのエネ
ルギーの水素イオンを珪素中に注入すると、それらイオ
ンに向けた表面から約4μmの距離の所に位置するマイ
クロバブルの形成をもたらす。この距離は、600nm
の厚さのタングステン層を表面に有する珪素での同じ注
入では3μmになる〔J.ジーグラー(Ziegler)その他
による「固体中のイオンの停止及び範囲」(The stoppin
g and Range ofIons in Solids)、Pergamon、ニューヨ
ーク、1985年、参照〕。従って、処理された表面が
イオンの経路上で異なった材料を有する場合、マイクロ
バブル(即ち微小空洞)はバブル間の相互作用がウエー
ハの表面の全てに亙って起きる程充分狭い層内に全てが
位置している訳ではない。その場合、残りの半導体ウエ
ーハからの薄膜の分離は満足できるやり方で起こすこと
はできない。
層及び絶縁材料を通るイオン注入は、部品の特性を変え
たり、又はそれらを利用できなくする欠陥を生ずること
があると言う事による別の問題が生じている。
ことができる。イオンが通過する材料の性質に関連して
イオン注入を、薄膜と残りの半導体ウエーハとの間に満
足できる開裂(即ち断裂)を可能にするマイクロバブル
連続領域が得られるようなやり方で行うことが提案され
ている。有利な方法として、異なったエネルギーでの幾
つかの注入を行うことができる。その時注入数を、注入
に関して異なった挙動を示す材料の数によって定める。
異なったエネルギーでの注入は、イオンを受ける表面に
対して一定の深さに位置するマイクロバブル連続領域を
生じさせることができる。例として、水素イオンを珪素
中に注入する場合、バブル間の相互作用が後の熱処理中
に行われ、マイクロバブルを含む領域の両側に位置する
領域をウエーハ全体に亙って連続的なやり方で分離する
結果を与えることが出来るようにするためには、200
nmより小さい厚さの領域内にマイクロバブルを局在さ
せなければならない。
の通過により生ずる欠陥の発生に起因して生ずることが
ある第二の問題に対する解決法も与える。
正することができることが知られている。これは文献、
A.ガット(Gat)その他による「レーザー・アニールし
たイオン注入珪素の物理的及び電気的性質」(Physical
and Electrical Propertiesof Laser-annealed Ion-imp
lanted Silicon)、The journal Appl. Phys. Lett.32
(5), 1st March (1978)、及びA.C.グリーンワルド
(Greenwald)その他による「イオン注入損傷のパルス電
子ビームアニーリング」(Pulsed Electron Bean Anneal
ing of Ion-implantation Damage)、The journal App
l. Phys. 50 (2), February (1979)、の主題である。
注入工程中に電子構成品に生じた欠陥を、分離工程前に
特定の熱処理によって修正したいならば、この熱処理は
マイクロバブルを含む領域に悪影響を与えてはならな
い。なぜなら、この領域の両側に位置する二つの領域の
分離を起こすからである。これとは反対に、このアニー
リングは発生した欠陥を修正するために電子構成品を含
む領域の全てを加熱しなければならない。従って、本発
明によりイオン注入工程直後に損傷を受けた領域を加熱
して欠陥を除去するが、微小空洞を含む領域を加熱しな
いようにする一時的アニーリングを提案する。
く、全熱的処理を行なってもよい。この処理を分離工程
前に行う場合、それは適切な温度であるが前記分離を起
こすのに必要な温度よりも低い温度で、出来れば薄膜の
ための支持体と共に、全構造体に対して行わなければな
らない。この熱処理は、分離工程後に薄膜全体に対し
て、出来ればその支持体と共に行うことができ、これら
の条件下では用いる温度は特に定める必要はない。最後
に、この熱処理は、温度条件及び時間を適合させること
により、薄膜を残りの基体から分離するのに必要な熱処
理と一緒にしてもよい。異なった可能な熱処理の選択
は、用いる材料及び構成品に依存する。
は、半導体材料の基体から、該基体の一つの表面上に形
成された、前記半導体材料とは異なった材料中の少なく
とも一つのエレメントを含む薄膜を得、該薄膜に異種構
造体を与える方法において、 − 前記エレメントを含む前記基体の面に、前記基体の
体積内に気体マイクロバブルを生ずることができるイオ
ンを衝突させることにより注入し、然も、その注入を、
生成エレメントに関して、前記基体の前記面の側に前記
エレメントを含む小さな厚さの領域と、残りの基体によ
って形成されたかなり大きな厚さの領域とを区切る連続
的マイクロバブル領域が得られるようなやり方で行い、
前記イオンは希ガス及び水素ガスのイオンの中から選択
し、基体の温度を、注入したイオンによって発生したガ
スが拡散によって半導体から逃げることができる温度よ
りも低く保ち、 − 次に前記基体内の結晶再配列効果及びマイクロバブ
ル圧力効果により、気体マイクロバブルの領域の両側に
位置する二つの領域の分離を生ずるのに充分な温度で前
記基体を熱処理し、然も、前記小さな厚さの領域が前記
薄膜を構成する、諸工程を含むことを特徴とする異種構
造体を有する薄膜の製法にある。
ともその上部が薄膜の形成を可能にする部分が半導体で
ある基体であると解釈する。イオン注入は、それら注入
されたイオンに関して異なった停止力を有する基体中に
存在する材料の数に従って一つ又は幾つかの続く注入で
行うことができる。従って、基体として同じ停止力を有
するエレメントについては、一工程の注入で充分である
が、さもなければマイクロバブルの前記連続領域が得ら
れるように各注入に対してイオンのエネルギーを選択し
て続いて注入を行う。
ント内に生じた欠陥を修正することを目的とした熱処理
段階を更に含んでいてもよい。
を修正するための熱処理工程を、前記領域を基体から分
離することを目的とした熱処理工程前に行うならば、こ
の修正熱処理は前記エレメントを含む基体領域に極限す
ることができる。この熱的修正処理はレーザービームに
よって行うことができる。
体の全て又は一部でもよい。
することを目的とした熱処理工程前に、前記エレメント
を含む基体の前記表面が支持体とよく接触するようにさ
せる工程を与える。このように接触させるのにはどのよ
うな既知の手段によって行なってもよく、例えば、分子
接着、又は接着剤を使用することにより行なってもよ
い。この支持体は少なくとも一つの電子構成品及び(又
は)少なくとも一つの電気伝導体の全て又は一部を含ん
でいてもよい。
のみ与える次の記載を読むことにより一層よく理解さ
れ、他の詳細な点及び特徴が明らかになるであろうが、
本発明は、それらに限定されるものではない。
即ち、活性領域のための単結晶珪素、誘電体としての酸
化珪素、及び接点を与えるためのタングステンから構成
された電子構成品が薄膜に取付けてある。しかし、本発
明は、電子構成品の場合に限定されるものではない。性
質として半導体材料中のイオンの注入深さを変更し易い
他のエレメント、例えば、回路又は構成品間の電気的接
続に用いられる金属帯を含む薄膜を製造することにも適
用することができる。
基体1を示し、その面2上には電子構成品(トランジス
タ3)が形成されている。トランジスタ3は当業者に知
られている方法に従って、製造されている。適用なやり
方でドープした壁4があり、そこにはソース5及びドレ
イン6がドーピングにより形成されている。単結晶珪素
から作られたゲート7a及びゲート酸化物7bが基体の
面2上に、ソース5とドレイン6との間に形成されてい
る。次に酸化珪素の層8が付着されており、ソース及び
ドレインのためのタングステン接点9及び10が夫々酸
化物層8を通して形成されている。最後に酸化珪素から
作られた不動態化層11がこのようにして作られた部品
3の上に付着されている。
い、上面12の機械的化学的研磨を行なって、後の工程
で固い支持体の面にこの面を接触させた時に適合する粗
さが得られるようにする必要がある。実際電子構成品の
表面の状態は数百nmのオーダーであるのに対し、例え
ば、分子付着により固い支持体に接着することができる
表面粗さはrms粗さで約0.5nmより小さくなけれ
ばならない。この問題に関し、T.アベ(ABE)その他に
よる1990年電気化学学会ウエーハ結合シンポジュウ
ム61を参照することができる。
2へ向けたイオンビームによりウエーハを衝突させるこ
とを含む第一イオン注入工程を次に行う。充分注入する
ことができるイオンは、文献FR−A−2,681,4
72に特定化されている。
ている。400keVのエネルギーの水素イオンを用い
ることにより、二つの異なった注入深さが得られる。珪
素又は酸化珪素を通過した注入水素だけがウエーハの面
12に関して4μmの所に微小空洞21を形成する。一
方同じエネルギーでタングステン層(平均厚さ0.6μ
m)を含む領域を通過した注入水素は、面12に対して
3μmの深さの所に微小空洞を形成する。
入工程へ進む必要がある。470keVのエネルギーの
水素イオンの注入により、微小空洞21、22の第一プ
ロファイルの深さよりも大きな深さの所に微小空洞2
3、24の第二のプロファイルを得ることができる。注
入エネルギーは、微小空洞21及び24の配列が得られ
るように選択されている。従って、微小空洞即ち気体マ
イクロバブルの連続領域が得られ、それは薄膜を構成す
る上方領域と、残りの基体を形成する下方領域とを区切
ることができる。
動をとる材料の数の関数である。異なった挙動とは、イ
オンがこれらの材料中で同じ平均浸透深さを持たないこ
とであると理解されたい。
電子構成品を含む領域を加熱するだけの一時的アニーリ
ングへ進む。この工程は構成品がイオン注入により乱さ
れている場合に必要になるだけである。例として、この
アニーリングは0.2〜1J/cm2 のエネルギーを与
える0.4μmより短い波長のレーザービームを150
ns時間、面12へ当てることにより行うことができ
る。これらの条件下で、数μ秒で800〜900℃の程
度の温度に到達することができる。これらの温度は欠陥
の修正に適合する。このレーザー型アニーリングは、唯
1回ウエーハの全表面に亙って行うか、又は領域毎に数
回の処理で行うことができる。
接触させる工程を例示している。この固い支持体は、重
厚な基体(例えば、ガラスから作られたもの)である
か、又は電子構成品及び(又は)電気伝導体を含む基体
にすることができる。この固い支持体の存在により、文
献FR−A−2,681,472に記載のように、基体
1の上方領域と下方領域との間の分離の機構を遂行させ
ることができる。しかし、半導体材料の薄膜の厚さが満
足できる固さを有するのに充分な大きさを持つ場合に
は、固い支持体が存在する必要はなく、ウエーハの面1
2を研磨することはもはや必要でない。
体から作られた組立体を、イオン衝突が行われた温度よ
りも高く、結晶再配列効果及びマイクロバブルの圧力に
よって微小空洞21、24の連続領域の両側に位置する
二つの領域に、基体を分離するのに充分な温度に加熱す
る等温熱処理を行う。図5に示すように、それにより固
い支持体30により支持された電子構成品3を含む薄膜
31が得られる。上に記載した例は単に一つの電子構成
品について言及しているが、本発明は、一つ又は幾つか
の形成された構成品全体又は一部を有する薄膜の製造に
同様に適用することができる。
れている半導体基体の断面図である。
る図である。
である。
体とよく接触させることを示す図である。
た熱処理工程から得られた、固い支持体に強固に結合さ
れた薄膜を示す図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 半導体材料からなる基体から、その半導
体材料とは異なった材料の少なくとも一つのエレメント
を含む薄膜を、該基体の一方の面上に形成し、前記薄膜
に異種の構造体を与える方法において、 前記エレメントを含む前記基体の面に、前記基体の体積
内に気体マイクロバブルを生ずることができるイオンを
衝突させることにより注入し、然も、その注入を、生成
エレメントに関して、前記基体の前記面の側に前記エレ
メントを含む小さな厚さの領域と、残りの基体によって
形成されたかなり大きな厚さの領域とを区切る連続的マ
イクロバブル領域が得られるようなやり方で行い、前記
イオンは希ガス及び水素ガスのイオンの中から選択し、
基体の温度を、注入したイオンによって発生したガスが
拡散によって半導体から逃げることができる温度よりも
低く保ち、 次に前記基体内の結晶再配列効果及びマイクロバブル圧
力効果により、気体マイクロバブルの領域の両側に位置
する二つの領域の分離を生ずるのに充分な温度で前記基
体を熱処理し、然も、前記小さな厚さの領域が前記薄膜
を構成する、諸工程を含む、異種構造体を有する薄膜の
製法。 - 【請求項2】 イオン注入工程中、続く注入を行い、各
注入のためのイオンエネルギーを、前記連続的マイクロ
バブル領域が得られるように選択する、請求項1に記載
の方法。 - 【請求項3】 注入工程中にエレメント内に生じた欠陥
を修正するための熱処理工程を更に含む、請求項1に記
載の方法。 - 【請求項4】 エレメント中に生じた欠陥を修正するた
めの熱処理を、基体の前記領域を分離するための熱処理
工程前に行い、この熱的修正処理をエレメントを含む基
体領域に極限する、請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 熱的修正処理を、レーザービームを用い
て行う、請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】 エレメント内に生じた欠陥の熱的修正処
理を、基体の前記領域を分離するための熱処理工程前に
行い、然も、この熱的修正処理が、前記欠陥の修正を達
成するのに充分であるが、二つの領域の分離を行わせる
のに必要な温度よりは低い温度に基体を持って行くこと
からなる、請求項3に記載の方法。 - 【請求項7】 前記エレメント内に生じた欠陥の熱的修
正処理を、基体の前記領域を分離するための熱処理工程
後に行う、請求項3に記載の方法。 - 【請求項8】 エレメント内に生じた欠陥の熱的修正処
理及び基体の前記領域を分離するための熱処理工程を一
緒にして同じ熱処理操作で行う、請求項3に記載の方
法。 - 【請求項9】 エレメントが電子構成品又は電気伝導体
の一部又は全てである、請求項1に記載の方法。 - 【請求項10】 基体の前記領域を分離するための熱処
理工程前に、エレメントを含む基体の面を支持体とよく
接触させる工程を与える、請求項1に記載の方法。 - 【請求項11】 支持体が少なくとも一つの電子構成品
及び(又は)少なくとも一つの電気伝導体の一部又は全
てを含む、請求項10に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9604517 | 1996-04-11 | ||
FR9604517A FR2747506B1 (fr) | 1996-04-11 | 1996-04-11 | Procede d'obtention d'un film mince de materiau semiconducteur comprenant notamment des composants electroniques |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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