(57)【要約】【課題】  ２枚のウェハ間の接合を、接合後の欠陥の発生を低減すること、および接合エネルギーを高めることによって、強化する方法を提供する。【解決手段】  本発明は、別のウェハと接合するためにウェハの酸化表面を調製する方法であって、酸化表面には原子種が注入され、ＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2を使用して酸化表面を洗浄する第１ステップと、塩化水素種（ＨＣｌ）を使用して洗浄する第２ステップとを含み、第１ステップは、約１０Å〜約１２０Åでエッチングするように実行され、第２ステップは、約１０分間またはそれ以内の間、約５０℃以下の選択された温度で実行される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
別のウェハと接合するためにウェハの酸化表面を調製する方法であって、酸化表面は原子種の注入を受け、方法は、ＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2を使用することによって酸化表面を洗浄する第１ステップと、塩化水素種（ＨＣｌ）を使用することによって洗浄する第２ステップと、を含み、第１ステップが、１０Åから１２０Åまでエッチングされるように実行され、第２ステップが、１０分未満の持続時間で５０℃を下回る選択温度で実行され、ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2の単位質量当たりの分量が１／２〜４／４の範囲内にあり、この第１ステップが処理される温度は３０℃〜９０℃の間である、酸化ウェハ表面の調製方法。
【請求項２】
ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2の単位質量当たりの百分率分量が１／２で、この混合物の温度は５０℃で、第１ステップの洗浄時間は３分間である、請求項１に記載の酸化ウェハ表面の調製方法。
【請求項３】
ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2の単位質量当たりの百分率分量が２／４で、この混合物の温度は７０℃で、第１ステップの洗浄時間は３分間である、請求項１または２に記載の酸化ウェハ表面の調製方法。
【請求項４】
ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2の単位質量当たりの分量が３／４で、この混合物の温度は８０℃で、第１ステップの洗浄時間は３分間である、請求項１〜３のいずれか一つに記載の酸化ウェハ表面の調製方法。
【請求項５】
洗浄の第２ステップが、ウェハ表面に存在する金属汚染物質の９５％〜９９％が除去されるように実行される、請求項４に記載のウェハの酸化表面の調製方法。
【請求項６】
第２ステップの混合物が使用される選択温度は室温である、請求項１〜５のいずれか一つに記載のウェハの酸化表面の調製方法。
【請求項７】
第２ステップの間に使用された選択温度が０℃よりも高い、請求項６に記載のウェハの酸化表面の調製方法。
【請求項８】
第２ステップが、１０分未満の継続時間の間、５０℃を下回る選択温度で実行される、請求項７に記載のウェハの酸化表面の調製方法。
【請求項９】
プラズマ活性化ステップが第１ステップよりも前に実行される、請求項１〜８のいずれか一つに記載のウェハの酸化表面の調製方法。
【請求項１０】
表面酸化層を有する第１ウェハから薄膜を除去する方法であって、
ａ）形成される薄膜の厚さに近い深さで第１ウェハ内に脆弱ゾーンを形成するステップと、
ｂ）請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法にしたがって第１ウェハの酸化表面を調製するステップと、
ｃ）ステップｂ）で調製された表面で第２ウェハに第１ウェハを接合するステップと、
ｄ）脆弱ゾーンで、第２ウェハに接合された薄膜を剥離するエネルギーを供給するステップと、を含む除去方法。
【請求項１１】
ステップｂ）で調製される表面の熱酸化ステップが、ステップｂ）の前に実行される、請求項１０に記載の除去方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項９のいずれか一つに記載の方法によって第２ウェハの接合表面を調製することをさらに含む、請求項１０または１１に記載の除去方法。
【請求項１３】
第２ウェハの表面の熱酸化ステップが、表面を調製する前に実行される、請求項１２に記載の除去方法。
【請求項１４】
ステップａ）の間に形成された脆弱ゾーンが、脆弱ゾーンの深さと近い深さまで原子種を注入することによって得られる、請求項１０〜１３のいずれか一つに記載の除去方法。
【請求項１５】
セミコンダクタ・オン・インシュレータ構造を形成するための、請求項１０〜１４のいずれか一つに記載の除去方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロエレクトロニクス、光学またはオプトエレクトロニクスの構造体を形成するために、半導体材料を含む２枚のウェハを接合することに関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、一体に接合される２枚のウェハの少なくとも一方の接合面を調製することに関する。
【背景技術】
【０００３】
２枚のウェハを一体に接合する前に良好な接触品質を保証するために、接合される２つの表面のうち少なくとも一方が洗浄されていなければならない。
【０００４】
ウェハ表面に絶縁性粒子または汚染物質が存在すると、それらが２枚のウェハの界面に位置する場合は良好な接合を損なう可能性がある。
【０００５】
詳細には、これが発生するのは、接合する前に、２枚の接合ウェハのうちの一方には、接合される面近くに原子種が注入され、次いでＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）として既知の方法の進行中に、注入されるゾーンで分離される場合である。後に接合界面内で密封されるそれらの粒子は、分離後に得られる構造体内に形成される表面上のブリスターをもたらし、および／または原子種が注入されたゾーンと前記構造体の表面との間の変態（ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ）していないゾーンをもたらす可能性がある。これらのブリスターは、例えば、接合を強化するための接合の間または接合後に実施される熱処理の間に増加および／または成長する。
【０００６】
したがって、このような粒子と汚染物質を接合表面から除去する手段を見出すことが重要である。
【０００７】
当技術分野で既知の従来の洗浄技術は、接合前にウェハを化学的に処理するステップを含む。
【０００８】
例えば半導体材料のウェハなど、ウェハの酸化表面を洗浄するために、ＲＣＡ洗浄として既知の処理を使用することが知られている。ＲＣＡ洗浄には、
−水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）と過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）と脱イオン水とを含む、通常、３０℃から８０℃の温度範囲で使用されるＳＣ１（標準洗浄１）の溶液を用いた第１浸漬と、
−塩酸（ＨＣｌ）と過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）と脱イオン水とを含む、７０℃から９０℃の温度範囲で使用されるＳＣ２（標準洗浄２）の溶液を用いた第２浸漬と、を含む。
【０００９】
第１浸漬は、主として、ウェハ表面の絶縁性粒子とその表面近くに埋まった粒子を除去し、それらが再び堆積することを防止するためのものである。
【００１０】
さらに、この第１のＳＣ１浸漬は、接合されるウェハ表面の親水性を改善できる。表面の親水特性は、ここでは、２枚のウェハ間を良好に接合するのに不可欠な状態を構成する。
【００１１】
ＳＣ２溶液は、主として、塩化物を形成することによってウェハ表面に堆積された金属による汚染物質を除去するためのものである。
【００１２】
金属の除去効率は、典型的には、周囲温度から９０℃の間で９５％〜９９％である。ウェハ内部への化学作用の深さは、典型的には、周囲温度から９０℃の間で約１オングストローム（Å）〜約１０Åである。
【００１３】
このため、ＳＣ２処理は、通常、７０℃〜９０℃の温度範囲で実施されている。
【００１４】
ただし、このような化学処理を行った後に得られる表面は粗いままであり、場合によっては処理前よりも顕著になっている場合もある。
【００１５】
ウェハの表面に存在するこのプロフィール形状は、オングストロームＲＭＳ（二乗平均平方根）で測定する粗さ値が高いときよりもさらに接合状態を変化させる。
【００１６】
またウェハ表面に絶縁性の粒子または汚染物質が存在すると、それらが界面で見つかった場合には、ウェハの良好な接合の支障になり得る。
【００１７】
接合後、後に接合界面において密封されるこれらの粒子によって、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）による分離後に得られる構造体内に形成される表面上のブリスターをもたらし、および／または原子種が注入されたレベルでの領域とこの構造体の表面との間の変態していない領域をもたらす可能性がある。これらのブリスターは、例えば、接合を強化するための接合の間または接合後に実施される熱処理の間に増加および／または成長する。
【００１８】
特に、欧州特許第０９７１３９６号明細書はＳＣ１、次いでＳＣ２、最後に別のＳＣ１処理を実施することによってこのような注入表面を調製することから成る技術を開示している。このプロセスには、８０℃で、約８分間（４分×２回）のＳＣ１処理と、８０℃で、約４分間のＳＣ２処理との全所用時間を要する３つのステップを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
したがって、２枚のウェハ間の接合品質の向上を最大限にするために、その洗浄および接合調製作用を最適化するＲＣＡ処理を実行する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第一の態様によると、本発明は別のウェハと接合するためにウェハの酸化表面を調製する方法であって、酸化表面は原子種の注入を受け、方法は、ＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2を使用することによって酸化表面を洗浄する第１ステップと、塩化水素種（ＨＣｌ）を使用することによって洗浄する第２ステップと、を含み、第１ステップが、約１０Åから約１２０Åまでエッチングされるように実行され、第２ステップが、約１０分未満の持続時間で約５０℃を下回る選択温度で実行される方法を提案する事により状況を改善しようというものである。
【００２１】
酸化ウェハ表面を調製する方法の特徴（すべて、約３０％の割合で水に希釈されたＮＨ4ＯＨに対応するＮＨ4ＯＨの単位質量を基準とする）は、
−第１ステップのエッチングが約１０オングストローム〜約６０オングストロームでエッチングされるように実行されること、
−第１ステップの処理パラメータが、平均直径が約０．１マイクロメータより大きい絶縁性粒子を表面から除去するように選択されること、
−第１ステップの処理パラメータが、処理後の粗さが約５ÅＲＭＳ未満、さらに詳細には、約４ÅＲＭＳ未満となるように選択されること、
−ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2の単位質量当たりの分量が約１／２〜約４／４の範囲にあり、この第１ステップが処理される温度が約３０℃から約９０℃の間であること、
−ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2の単位質量当たりの百分率分量が約１／２で、この混合物の温度は約５０℃で、第１ステップの洗浄時間は約３分間であること、
−ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2の単位質量当たりの百分率分量が約２／４で、この混合物の温度は約７０℃で、第１ステップの洗浄時間は約３分間であること、
−ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2の単位質量当たりの分量は約３／４で、この混合物の温度は約８０℃で、第１ステップの洗浄時間は約３分間であること、
−洗浄の第２ステップは、ウェハ表面に存在する金属汚染物質の約９５％〜９９％が除去されるように実行されること、
−第２ステップの混合物が使用される選択温度はおよそ室温に選択されること、
−第２ステップにおいて使用される選択温度は約０℃より高いこと、
−第２ステップの洗浄時間は約１０分未満、より詳細には約３分未満であること、
−プラズマ活性化ステップが第１ステップの前に実施されること、である。
【００２２】
第２の態様によると、本発明は、薄膜を除去する方法であって、
ａ）形成される薄膜の厚さに近い深さで第１ウェハ内に脆弱ゾーンを形成するステップと、
ｂ）酸化表面を調製する方法にしたがって第１ウェハの酸化表面を調製するステップと、
ｃ）ステップｂ）で調製された表面で第２ウェハに第１ウェハを接合するステップと、
ｄ）脆弱ゾーンで、第２ウェハに接合された薄膜を剥離するエネルギーを供給するステップと、を含む方法を提案する。
【００２３】
本発明による薄膜を除去する方法の特徴は、
−ステップｂ）で調製される表面の熱酸化ステップがステップｂ）の前に実施されること、
−この方法が、酸化表面を調製する前記方法にしたがって、第２ウェハの接合面を調製することをさらに含むこと、
−第２ウェハの表面の熱酸化ステップが前記表面を調製する前に実施されること、
−ステップａ）の間に形成される脆弱ゾーンが、脆弱ゾーンの深さに近い深さまで原子種を注入することによって得られること、である。
【００２４】
第３の態様によれば、本発明は、セミコンダクタ・オン・インシュレータ構造の生成に薄膜除去方法を適用することを提示する。
【００２５】
本発明の別の態様、目的および利点は、以下の図の説明において本文書の以下に記載する。
【００２６】
図１は、「Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）」技術の種々のステップ（図１ａ〜図１ｄ）を示す。
【００２７】
図２は、種々の洗浄操作後のウェハの粗さの測定値を示すグラフである。
【００２８】
図３は、図２に示す測定値と同じ測定値を示すグラフであって、ここでは、より実質的には洗浄操作において得られる粗さを予測するのに用いられる。
【００２９】
図４は、洗浄によって生じるエッチング深さの関数として、ウェハから表面の粒子を除去する効率の測定値を示すグラフである。
【００３０】
図５は、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）方法を用いて除去した後に得られるウェハ上で観察されるブリスターの数の測定値を示すグラフであって、ここでは、接合前に、本発明によるＳＣ１処理の後、ＳＣ２処理が５０℃の温度で実行されたか、またはＳＣ２処理が８０℃の温度で実行された。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１ａ】「Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）」技術のステップを示す図。
【図１ｂ】「Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）」技術のステップを示す図。
【図１ｃ】「Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）」技術のステップを示す図。
【図１ｄ】「Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）」技術のステップを示す図。
【図２】種々の洗浄操作後のウェハの粗さの測定値を示すグラフ。
【図３】図２に示す測定値と同じ測定値を示すグラフ。
【図４】洗浄によって生じるエッチング深さの関数として、ウェハから表面の粒子を除去する効率の測定値を示すグラフ。
【図５】Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）方法を用いて除去した後に得られるウェハ上で観察されるブリスターの数の測定値を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明によるウェハ洗浄ステップは、いわゆるＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）プロセスによる薄膜除去プロセスに含むこともできる。
【００３３】
図１ａを参照すると、薄膜除去プロセスの第１段階は、表面酸化層１１を有するドナーウェハ１０を作製するために、半導体材料のウェハを酸化することから成る。
【００３４】
この酸化は自然酸化であってもよく、あるいは熱処理（すなわち熱酸化）またはＳｉＯ2の凝結体の堆積によってなされてもよい。
【００３５】
図１ｂを参照すると、このように酸化されたドナーウェハ１０には、これらの酸化表面の１つを通して、例えば水素および／またはヘリウムの注入など、原子種が注入される。
【００３６】
注入に用いられるこれらの原子種が投与され、ドナーウェハ１０の表面下の予め設定された深さ、すなわちドナーウェハ１０の残り部分に対して特定の脆性を有する脆化領域１５まで、予め設定されたエネルギーで送られる。これによって、脆化領域１５と注入１２を受ける酸化表面とによって画定された膜１６が形成される。
【００３７】
図１ｃを参照すると、受容ウェハ２０は、注入１２を受けたドナーウェハの酸化表面に接触している。
【００３８】
最初に利用される接着特性は、接触した表面間の分子付着である。
【００３９】
次に、２枚のウェハ間の結合を強化するために随意の熱処理が実行される。この熱処理は１つまたは複数の所定温度で、所定の継続時間で実行され、これにより接合効率が最適となり、ウェハ表面の構造欠陥の形成を回避できる。例として、約３０分間、約３００℃の温度を用いてもよい。実際には、この熱処理によって、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの強い共有結合の利点に対して、大部分のＳｉＯＨ結合が失われてしまう。
【００４０】
したがって、熱および／または機械エネルギーなど十分なエネルギーが供給されて、脆化領域１５の弱い接合を破壊し、したがって薄膜１６がドナーウェハ１０から分離されて、図１ｄに示すように、セミコンダクタ・オン・インシュレータ構造３０を形成する。ドナーウェハ１０から除去された薄膜１６は、その後半導体部分を形成し、下位酸化層１７は、その後構造体３０の電気的絶縁部分を形成する。
【００４１】
分離および接合された表面は有利には、例えば、化学エッチング、犠牲酸化、研磨、化学機械的研磨もしくはＣＭＰ、原子種衝撃または任意の他の平滑化技術によって、仕上げされる。次いで、最終構造体はマイクロエレクトロニクス、光学またはオプトエレクトロニクスにおける用途に向けられる。
【００４２】
最終構造体はマイクロエレクトロニクス、光学またはオプトエレクトロニクスにおける用途に向けられる。
【００４３】
例えば、分離層内に構成部品を形成することも可能である。
【００４４】
したがって、例えば、ＳＯＩ、ＳＧＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、ＳＯＱ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｑｕａｒｔｚ）、ＧｅＯＩ（Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造体、ＩＩＩ−Ｖ族に属する成分によって絶縁物グループの上に構成される合金などのセミコンダクタ・オン・インシュレータ構造を形成することができる。各ＳＯＩ構造は分離層と他のウェハとの間に置かれる本発明による洗浄後の酸化物を含む絶縁層を有する。
【００４５】
上述のとおり、ドナーウェハ１０を受容ウェハ２０に接合する段階は、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）プロセスにおける基本段階を構成する。
【００４６】
したがって、本発明の主目的は２枚のウェハ１０、２０の間のこの接合を、特に以下の４つの目的を満たすことによって、強化することである。すなわち、
−接合されるウェハの少なくとも一方の表面から絶縁性粒子を除去し、接合後の欠陥の発生を低減すること、
−ウェハ表面の凹凸の大きさと数を低減して接合表面の接触面積を増やし、これにより接合エネルギーを高めること、
−表面を親水性にしてこれを維持し、接合エネルギーを最大限にすること、
−接合されるウェハの少なくとも一方の表面上の汚染物質を除去し、接合後に欠陥が生じることを低減することである。
【００４７】
別の目的は、簡単で速い費用対効果の優れた技術によってこれらの目的に適合できることである。
【００４８】
別の目的は、本発明によるステップを組み込んだＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）プロセスからセミコンダクタ・オン・インシュレータ構造を形成することである。
【００４９】
別の目的は、注入１２を受けた酸化表面を接合するために調製を制御することである。実際、このような表面は、注入を受けていない場合に比べてそのような調製に対して約５倍感度が高いことを本出願人は見出した。したがって、この目的を達成するために、適合され校正される調製パラメータを極めて正確に設定することが必須である。
【００５０】
調製されるウェハは、任意の種類の半導体材料によっても形成することができる。
【００５１】
しかし、ウェハ材料はここではシリコンに限定されるものであり、それは、本出願人が以下に記載の研究を実施した材料である。
【００５２】
このウェハは、自然に酸化された（以後、自然酸化と称する）か、または人工的に酸化（これは、例えば、加熱成形された酸化物の場合である）されたものである。
【００５３】
場合により、接合する少なくとも一方の酸化表面のプラズマ活性化の予備ステップを実行してもよい。
【００５４】
次に、本発明は、別のウェハと接合するためにウェハのこの表面を調製する方法を提示する。この方法では、Ｈ2Ｏ2分子と混合するアンモニア処理した化学種を用いた少なくとも１つの化学処理ステップを実行する。
【００５５】
好ましくは、これらの化学種は湿潤媒体で供給される。
【００５６】
化学種は、例えば脱イオン水で希釈されている。この種のアンモニア処理された溶液はＳＣ１溶液とも呼ばれる。
【００５７】
このＳＣ１溶液を用いて実施されるこの第１洗浄ステップは、特に（この溶液の化学作用によって得られる）以下の効果の結果を得る。すなわち、
−粒子の下を掘ることによって、したがってそれらを「剥離する」（あるいは「リフトオフ」効果として知られる）ことによって表面をエッチングすること、
−表面と粒子との間に、絶縁性粒子の分離を発生させる溶液の高ｐＨに直接結合される反対の電位を生成すること、
−生成された反対の電位によって与えられる、バス（ｂａｔｈ）からプレートまでの粒子の移動を防止すること、である。
【００５８】
したがって、この洗浄は特に、アンモニア処理された溶液の高ｐＨに関連し、結果として、溶液中に高濃度のＯＨイオンを含む。
【００５９】
これらのイオンは、アンモニアによる酸化物のエッチングの間に、表面に生成されるペンダント結合と反応し、ＳｉＯＨ末端においてそれらを飽和させる。表面上に形成されるＳｉＯＨのこの層は、その後、前記の反発する反対電位を生成し、表面との結合度合いが最も小さい粒子（言い換えると、絶縁性粒子）を表面から除去して、それらが再び付着するのを防ぐ。
【００６０】
これらの表面ＳｉＯＨ結合は、ウェハ表面の水分子の吸着点でもあり、それによって親水性の原因となる。この親水性によって、その後、別のウェハとの接合が強化される。
【００６１】
図２を参照すると、種々のＳＣ１溶液によってエッチングされた材料の厚み（エッチング深さとも言う）間の関係を見出すことから成る、本出願人により実施された研究の結果が示されており、ウェハ表面に存在する凹凸が測定されている。
【００６２】
エッチング深さはここでは反射率計よって測定され、凹凸は、酸化されイオン注入されたシリコンウェハ上で、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて測定される。
【００６３】
粒子の除去の度合いは、各ＳＣ１処理の前およびその後の反射率測定によって決定される。一般には予め設定された光スペクトルに調整されたレーザを用いて実行される測定を、約０．１３ミクロンの粒子について実施し、この値は、ここでは反射率計によって検出可能な最も小さい粒子の平均直径を構成している。
【００６４】
図２のグラフのｘ座標は、種々のＳＣ１溶液で得られたエッチング深さを示しており、これらのエッチング深さはオングストロームで表されている。
【００６５】
図２のグラフのｙ座標は、ウェハ上で行われた種々のエッチングに対してウェハ上で測定された粗さ値を示しており、これらの粗さ値は、ここでは、ＲＭＳオングストロームで表されている。
【００６６】
明らかになった粗さは、ここでは、ウェハ表面上でなされたエッチングの関数として表され、グラフでは黒点で示されている。
【００６７】
この測定の１つの第１の結果は、平均粗さがエッチング深さとともに増加することである。
【００６８】
第２の結果は、エッチング深さと粗さとの間に、略直線関係が得られることである。
【００６９】
図３を参照し、エッチングと粗さとのこの略直線関係を考慮すると、図２の曲線１の線形延長により、図３の曲線２が形成される。
【００７０】
曲線１のこの線形延長を用い、予め設定された最大粗さ値であってそれを超えると結合エネルギーが不十分となる最大粗さ値を知ると、それに対応する最大エッチング深さであってそれを超えると結合エネルギーが不十分となる最大エッチング深さを導き出し、予測することができる。
【００７１】
ここで、本出願人によって実行された前記研究においては、最大粗さ値を約５ＲＭＳオングストロームに設定することを考慮すると、この粗さ値は、例えば、「電気機械学会会報（Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ）  第９７−３６巻」、５０頁、第３章で発表されたＣ．Ｍａｌｌｅｖｉｌｌｅらによる「ウェハ接合メカニズムの詳細な特徴（Ｄｅｔａｉｌｅｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗａｆｅｒ  ｂｏｎｄｉｎｇ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ）」で開示された測定結果にしたがっている。実際、約５ＲＭＳオングストロームの粗さでは、結合エネルギーが大幅に低減することが示されている。
【００７２】
このように、図３を参照すると、エッチングの最大深さは１２０オングストローム近くで見出されることが推定される。
【００７３】
Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）によるＳＯＩ構造の形成に適用される場合、ウェハ接合は、次の分離ステップ中に接合が剥がれるのを避けるのに十分な接合強度を必要とする。これは、粗さが４オングストロームＲＭＳ未満である場合に実験的に達成されており、これにより、最大エッチングを約６０〜７０オングストローム近くで低減する（図３を再び参照のこと）。
【００７４】
本出願人によってなされたこれらの測定は、超えてはならないエッチング深さの最大限度で、ウェハ表面をエッチングする作用をできる限り制限する必要性を強調している。
【００７５】
図４を参照すると、ウェハから表面粒子を除去する効率と、種々のＳＣ１溶液によるウェハのエッチング深さとの間の関係を見出すために、本出願人によって別の研究がなされた。
【００７６】
これらの測定値を得るために、本出願人はまず、除去すべき粒子を表す予め設定された多数の絶縁性粒子を堆積することによってウェハを意図的に汚染した。
【００７７】
同様に意図的に汚染された種々のウェハの表面でＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔ、明視野点欠陥）を測定することによって、特にこれらの粒子の除去効率を見出した。
【００７８】
ＬＰＤは、レーザ光散乱光学測定器によって検出可能なハイライトとも称される欠陥である。
【００７９】
ＬＰＤ測定は、レーザ源によって放射される入射光波でウェハ表面を照射することと、光学検出器によって、表面上に存在するＬＰＤ欠陥によって散乱した光を検出することから成る。
【００８０】
ウェハ表面で散乱する光は、ウェハ表面の残留粒子の数と相互に関連するため、光散乱測定はこれらの残留粒子の数に関する情報を与える。
【００８１】
ＬＰＤ測定以外の技術は、単独またはＬＰＤ測定と組み合わせて実現できる。
【００８２】
エッチング深さに関しては、（図２を参照して）粗さを測定するのに用いられた方法と実質的に同一の方法で、典型的には反射率計によって測定される。
【００８３】
ｘ座標として、図２および図３と同じ方法で、種々のＳＣ１溶液によって影響を受ける、オングストロームで表された種々のエッチング深さが示されている。
【００８４】
ｙ座標として、ウェハ表面上に存在すると予測される絶縁性粒子の総数に対する百分率で表される、絶縁性粒子の除去効率が示されている。
【００８５】
エッチング深さの関数として粒子除去効率の測定値がグラフ上の黒点で示されている。
【００８６】
図４を参照すると、約１０オングストロームのエッチング深さの値を超えると、粒子除去効率は１００％に近くなるのに対して、この値が約１０オングストロームを下回ると、効率は約５０％〜６０％になるため、粒子除去はそれほど印象的ではない。
【００８７】
したがって、約１０オングストローム未満のエッチングに対しては、粒子除去は良好な状態で接合するには不十分である。
【００８８】
エッチングされた厚みが小さすぎる場合、粒子が表面から分離せず、それらの除去効率は極めて急激に低下する。
【００８９】
場合により、ＳＣ１バスを使用するのと同時に、粒子を表面から分離するのを促進できるメガサウンド（ｍｅｇａｓｏｕｎｄ）を適用することができる。
【００９０】
さらに、ここで再び、この種の化学処理に際して注入された酸化表面で生じた特定感度を思い出すとよい。実際には、この感度は、注入されていない同一面の感度よりも約５倍高い。
【００９１】
この目的を達成するには、特に、化学処理の実施および較正が特に細かく行われなければならない。
【００９２】
図２および図４に関して本出願人により実行された測定では、エッチング深さを、洗浄されるウェハがＳＣ１溶液に浸漬されたときに得るのが望ましいと評価することが可能であり、エッチング深さは、約１０オングストローム〜約１２０オングストロームの間、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）によるＳＯＩ構造を使用する用途においては約１０オングストローム〜約６０オングストロームの間の範囲に位置するように拘束される。
【００９３】
エッチング深さのこの許可された範囲内で、本出願人は、洗浄後の結合エネルギーをさらに増加させることを目的として、ＳＣ１溶液を用いてエッチング条件を最適化しようと試みる多数の実験を実施してきた。
【００９４】
これらエッチングの結果に関しては、典型的には、
−約１／２〜約４／４または約１／２．５〜約４／４の範囲におけるＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2の単位質量当たりの分量（すべて、約３０％の割合で水に希釈されたＮＨ4ＯＨに対応するＮＨ4ＯＨの単位質量を基準とする）、
−約３０℃〜約８０℃の範囲の温度、
−数秒から数時間のエッチング時間、を使用した。
【００９５】
以下の表においては、特に顕著と見なされるＳＣ１による洗浄の条件が与えられている。
【００９６】
【表１】
2010268001.tif 000003
【００９７】
本出願人は詳細には以下のことを導き出した。すなわち、
−単位質量当たりのＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2％＝約１／２
−約７０℃の温度
−約３分の洗浄時間
【００９８】
約２０オングストロームのエッチングが得られ、約３ＲＭＳオングストロームの粗さと約９０％を超える粒子除去レベルを達成し、これにより最適な結合エネルギーを得た。
【００９９】
場合により、１つまたは複数の洗浄段階に先立ちまたはそれに続いて先の洗浄段階が実行される。
【０１００】
このように、ＳＣ２処理の第２ステップが、先のＳＣ１処理に続いて実行されることが有利であり、このＳＣ２処理はＨＣｌとＨ2Ｏ2の混合物を含む溶液に基づいている。
【０１０１】
ＳＣ１タイプの処理中にアンモニア性の化学種を使用する処理など、塩基性ｐＨで化学処理を先に施すと、例えば、ウェハ表面の親水性が大幅に向上した。
【０１０２】
実際に、溶液中の水酸化物イオンが高濃度であるので、これらＯＨ-イオンが、ウェハの表面で生じたペンダント結合と反応し、それらをＳｉＯＨ末端で飽和させることができる。このような表面ＳｉＯＨ結合は、ウェハ表面上の水分子の吸着点を構成し、それによってウェハが親水性となる。前記親水性は、その後、別のウェハとの接合を強化する。さらに、表面上に形成されたＳｉＯＨ層が反対の反発電位を生成し、この電位は結合の度合いが最も小さい粒子（すなわち絶縁性粒子）を表面から切り離し、それらが再び堆積するのを防止できる。
【０１０３】
このように、表面上に使用される塩基性溶液は、（それらを再び堆積するのを防ぐことによって）望ましくない粒子を除去し、ウェハの別のウェハとの接着能力を高める。
【０１０４】
その後、親水性または親水化した表面が、塩化水素化学種（ＨＣｌ）を用いて化学処理される。
【０１０５】
本発明の方法のこの第２ステップの第１実施態様においては、前記化学種は湿式処理によって供給される。
【０１０６】
本発明の方法の第２実施態様においては、前記化学種は乾式処理によって供給される。
【０１０７】
後者の場合、前記化学種は、例えば脱イオン水で希釈できる。このような塩化水素溶液は、このとき、ＳＣ２溶液と称される。
【０１０８】
本出願人は各種検査を実行して、最大結合エネルギーを達成する洗浄温度を最適化することを試みた。
【０１０９】
詳細には、本出願人は、検査によって、塩化水素処理中の結合エネルギーに対する衝撃温度を観測した。
【０１１０】
図５に関して、本出願人はＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）によって形成されるほぼ同一のＳＯＩ構造体に現れるブリスターの数（すでに説明した）を記録し、該構造体は約１５００Åの厚みの酸化層で覆われた単結晶シリコンから形成され、これにより塩化水素種を使用する結合前化学処理は５０℃または８０℃の温度で実行された。
【０１１１】
ブリスターの数は縦座標に表れている。
【０１１２】
温度は横座標に沿って示されている。
【０１１３】
８０℃で塩化水素処理を受けたＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）後に得られるＳＯＩ構造の試料について実施される一連の測定の全体結果では、ブリスターの平均数は約７であった。
【０１１４】
次のＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）で得られる構造体の試料について、５０℃で塩化水素処理を受けた測定の全体の結果では、ブリスターの平均数は約０．５であった。
【０１１５】
したがって、本出願人は、実験条件下で、結合前洗浄の間に塩化水素種を用いると、８０℃よりむしろ５０℃で実行したときに、結合エネルギーが増加することを明確に確認した。
【０１１６】
表面ブリスターの数の低減（したがって結合エネルギーの増加）に対する温度の影響を説明できる理由としては、表面親水性へのＨＣｌ化学作用の悪影響がある。
【０１１７】
塩酸は（約２の）酸性ｐＨを有し、したがって溶液中に高濃度のＨ3Ｏ+イオンを含む。したがって、それらのイオンはウェハ表面の水と表面ＳｉＯＨ末端と相互作用して、後者の数を低減する。
【０１１８】
その後、これらの結合の低減は、結合部の数と表面ウェハの質を低減する傾向にあり、表面の親水特性を低下させる。
【０１１９】
しかし、結合される表面の良好な親水性によって、ウェハ間の結合エネルギーがより高くなり、それによって表面に拘束される粒子をより強力に封止し（ブリスターの原型）、それらの周りの微小欠陥を閉鎖する。その後、分離すると、表面を変形させてその中にブリスターを形成する加圧空洞がより少なくなってしまう。
【０１２０】
したがって温度減少によって、接合面の親水性への塩化水素の酸性の悪影響を低減し、したがって結合エネルギーをあまりに大きく低減させることがない。
【０１２１】
したがって、本出願人は、塩化水素処理の間の５０℃の温度によって、一定の処理継続時間で、従来行われた塩化水素処理（典型的には８０℃以上で行われる）に比べて約３０％結合エネルギーが増加することを立証できた。
【０１２２】
本出願人はまた、塩化水素処理の間の温度を５０℃未満まで低減すると、約１０分未満、好ましくは約３分未満の処理継続時間で結合エネルギーを増加させることを明確に確認した。
【０１２３】
ただし、ＳＣ２処理などの塩化水素処理を実施する主な目的は、接合される表面の汚染除去をすることであり、汚染物質（主に金属）除去効率は、温度が周囲温度から約９０℃の範囲内にそれぞれあるかどうかによって約９５％〜約９９％に変化すること、および処理温度で酸化物内の塩素イオンの拡散距離に直結する作用の深さが、周囲温度から約９０℃の間で約１Åから約１０Åに変化可能であることが以前に説明されている。なお、汚染除去は、先に処理したプラズマ活性化ステップの場合（先に記載したように）に、特に効果的でなければならない。実際、プラズマ活性化は表面を汚染する傾向がある。
【０１２４】
したがって、以下のことが言える。すなわち、
−良好な接合品質で、接合される面の十分な親水性（先のＳＣ１処理から得られる）を保護し、塩化水素処理の間の温度は低くすること、
−接合面を十分に汚染除去し、温度はその塩化水素処理の間は高くすること、である。
【０１２５】
このように、親水性と金属汚染除去との間で妥協点を見つけることができる。
【０１２６】
この目的を達成するために、温度は結合エネルギーを最大にするように適合させる。
【０１２７】
接合される２枚のウェハの前記２枚の酸化接合面のうちの少なくとも一方を洗浄した後、これら２枚のウェハを、この一つの（または複数の）洗浄面の高さで互いに密着させる。
【０１２８】
このように、酸化したウェハを洗浄すると、相当数の大きいサイズの粒子を制限することができ、したがってウェハの品質を低下させる欠陥を有することを避けることができる。ウェハは、結合エネルギーが欠陥のない最終構造を得るのに十分でない場合に品質が低下する。
【０１２９】
図１ｃおよび図１ｄを参照すると、構造３０を形成するための、接合後に実施される、脆化領域１５の高さでの薄膜１６の前記分離が、非変態領域で不完全に実行される。
【０１３０】
これらの欠陥は、接合前に実施される本発明による洗浄ステップによって可能な限り低減される。化学処理ＳＣ１は調節された処理パラメータの条件下で、このパラメータにしたがって実行して、接合界面での絶縁性粒子の最大数を低減させ、同時にできる限り界面の粗さを低減し、注入を受けた酸化面のエッチングに対する特定感度を考慮に入れた。
【０１３１】
その後、ＳＣ２処理は、金属汚染物質が効果的に除去され、ＳＣ１処理で得られた親水性がより良好な接合に対して高く留まるように実行した。
【０１３２】
本発明は、半導体分野に関するあらゆる種類の材料からの酸化ウェハの表面、言い換えると、シリコンまたはシリコンゲルマニウム合金などの原子族ＩＶに属するがＩＶ−ＩＶ、ＩＩＩ−ＶまたはＩＩ−ＶＩ族の他のタイプの合金にも及ぶ材料からの酸化ウェハの表面の調製に関する。
【０１３３】
なお、これらの合金は２元、３元、４元またはそれ以上であってもよい。
【符号の説明】
【０１３４】
１０  ドナーウェハ
１１  表面酸化層
１５  脆化領域
１６  薄膜
２０  受容ウェハ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３５】
【特許文献１】欧州特許第０９７１３９６号明細書
【図１ａ】
2010268001.tif 000004
【図１ｂ】
2010268001.tif 000005
【図１ｃ】
2010268001.tif 000006
【図１ｄ】
2010268001.tif 000007
【図２】
2010268001.tif 000008
【図３】
2010268001.tif 000009
【図４】
2010268001.tif 000010
【図５】
2010268001.tif 000011