(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体上半導体構造を形成するプロセスにおいて、
（Ｉ）第１の母体基板外部表面を有する、半導体材料からなる母体基板を提供する工程、
（II）前記第１の母体基板外部表面の下のいくらかの深さにあるイオン注入域に前記第１の母体基板外部表面を通して第１の種に属する複数のイオンを、前記イオン注入域と前記第１の母体基板外部表面の間に挟み込まれた、剥離膜である前記半導体材料の少なくとも５０ｎｍ厚部分の構造が実質的に損傷を受けないように、電磁分離によって純化された第１のイオンシャワーを用いることによって注入する工程、及び
（III）前記工程（II）とは別の、前記工程（II）から独立している、前記第１の母体基板外部表面の下の前記深さにある前記イオン注入域に前記第１の母体基板外部表面を通して第２の種に属する複数のイオンを、前記剥離膜の少なくとも５０ｎｍ厚部分の構造が実質的に損傷を受けないように電磁分離によって純化された第２のイオンシャワーを用いることによって注入する工程であって、前記第２の種に属する前記イオンが前記第１の種に属する前記イオンと異なる工程、
を有してなるプロセス。
【請求項２】
前記工程（II）において、前記剥離膜の内の少なくとも１００ｎｍ厚部分が実質的に損傷を受けないことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記剥離膜の前記無損傷部分の厚さが前記剥離膜の総厚の少なくとも５０％であることを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記工程（II）において、前記第１のイオンシャワーが実質的に、Ｈ３＋，Ｈ＋，Ｈ２＋，Ｄ２＋，Ｄ３＋，ＨＤ＋，Ｈ２Ｄ＋，ＨＤ２＋，Ｈｅ＋，Ｈｅ２＋，Ｏ＋，Ｏ２＋，Ｏ２＋及びＯ３＋から選ばれる第１の種に属するイオンからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項５】
前記イオン注入域が、前記第１のイオン種に属する前記イオンが注入された第１のイオン注入域及び前記第２のイオン種に属する前記イオンが注入された第２のイオン注入域を含み、前記第１のイオン注入域と前記第２のイオン注入域が実質的に重なり合うことを特徴とする請求項１から４のいずれか1項に記載のプロセス。
【請求項６】
前記第１のイオン注入域における前記第１の種のイオンの密度ピークと前記第２のイオン注入域における前記第２の種のイオンの密度ピークの間隔が１００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
前記第１の種に属する前記イオンがＨ３＋であり、前記第２の種に属する前記イオンがＨｅ＋であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項８】
前記プロセスが、
（Ｖ）前記イオン注入域内の場所において前記母体基板から前記剥離膜及び前記イオン注入域の前記半導体材料の少なくとも一部を分離する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項９】
前記プロセスが、
（IV）前記第１の母体基板外部表面の受け基板との接合形成を含む工程、
をさらに含み、
（１）前記受け基板が酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなり、
（２）前記工程（IV）において、前記接合形成が、（ａ）前記母体基板と前記受け基板が押し合されて密着するような前記母体基板及び前記受け基板への力、（ｂ）前記母体基板内の電位が前記受け基板内の電位より高くなるような前記母体基板及び前記受け基板内の電場及び（ｃ）前記母体基板と前記受け基板の間の温度勾配を印加する工程によって実施されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記工程（II）において、前記第１のイオンシャワーの前記電磁分離が磁場を用いることによって行われることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１１】
絶縁体上半導体構造を形成するプロセスにおいて、
（Ａ１）母体基板及び受け基板を提供する工程であって、
（１）前記母体基板が半導体材料からなり、前記受け基板との接合形成のための第１の母体基板外部表面（第１の接合形成面）及び第２の母体基板外部表面を有し、
（２）前記受け基板が酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなり、（ｉ）前記母体基板との接合形成のための第１の受け基板外部表面（第２の接合形成面）及び（ii）第２の受け基板外部表面の、２つの外部表面を有する、
工程；
（Ａ２）前記第１の母体基板外部表面の下のいくらかの深さにある前記母体基板のイオン注入域に前記第１の母体基板外部表面を通して第１の種に属する複数のイオンを、前記イオン注入域と前記第１の母体基板外部表面の間に挟み込まれた前記半導体材料の膜である剥離膜の少なくとも５０ｎｍ厚部分の内部構造が実質的に損傷を受けないように、電磁分離によって純化された第１のイオンシャワーを用いることによって注入する工程；
（Ａ３）前記工程（Ａ２）とは別の、前記工程（Ａ２）から独立している、前記第１の母体基板外部表面の下の前記深さにある前記イオン注入域に前記第１の母体基板外部表面を通して第２の種に属する複数のイオンを、前記剥離膜の少なくとも５０ｎｍ厚部分の構造が実質的に損傷を受けないように電磁分離によって純化された第２のイオンシャワーを用いることによって注入する工程であって、前記第２の種に属する前記イオンが前記第１の種に属する前記イオンと異なる工程、
（Ｂ）前記工程（Ａ１）、（Ａ２）及び（Ａ３）後、前記第１の接合形成面と前記第２の接合形成面を接触させる工程；
（Ｃ）前記母体基板と前記受け基板が前記第１の接合形成面及び前記第２の接合形成面において相互に接合するに十分な時間をかけて、同時に実施される、
（１）前記第１の接合形成面と前記第２の接合形成面が押し合されて接触するように前記母体基板及び／または前記受け基板に力を印加する工程、
（２）前記母体基板及び前記受け基板に概ね前記第２の受け基板外部表面から前記第２の母体基板外部表面への向きを有する電場をかける工程、及び
（３）前記母体基板及び前記受け基板を加熱する工程であって、前記加熱は前記第２の母体基板外部表面及び前記第２の受け基板外部表面の平均温度がそれぞれ温度Ｔ１及びＴ２であることを特徴とし、前記温度は共通温度への冷却時に前記母体基板及び前記受け基板が異なる収縮を受け、よって前記イオン注入域において前記母体基板を弱化させる、加熱工程、
及び
（Ｄ）前記接合された母体基板と受け基板を冷却する工程及び前記イオン注入域において前記母体基板を分離する工程、
を含み、
前記酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックは、前記工程（Ｃ）中に前記第２の接合形成面から離れて前記第２の受け基板外部表面に向かう方向に前記受け基板内を移動する、正イオンを含有することを特徴とするプロセス。
【請求項１２】
前記工程（Ａ２）の後であって、前記工程（Ｂ）の前に、前記母体基板の前記第１の接合形成面が前記第１の接合形成面の水素濃度を低減するための処理を施されることを特徴とする請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記水素濃度低減処理が、酸素プラズマ処理、オゾン処理、Ｈ２Ｏ２による処理、Ｈ２Ｏ２とアンモニアによる処理、Ｈ２Ｏ２と酸による処理、及びこれらの組合せから選ばれることを特徴とする請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記工程（Ａ２）において、前記剥離膜の内の少なくとも１００ｎｍ厚部分が実質的に損傷を受けないことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか1項に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記剥離膜の前記無損傷部分の厚さが前記剥離膜の総厚の少なくとも５０％であることを特徴とする請求項１１から１４のいずれか1項に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記第１の種に属する前記イオンがＨ３＋であり、前記第２の種に属する前記イオンがＨｅ＋であることを特徴とする請求項１１から１５のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記プロセスが、
前記工程（Ｄ）において、前記イオン注入域内の場所において前記母体基板から前記剥離膜及び前記イオン注入域の前記半導体材料の少なくとも一部を分離する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１１から１６のいずれか１項に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は絶縁体上半導体（ＳＯＩ）構造を作成するプロセスに関する。特に、本発明は高純度イオンシャワー注入を用いることによるＳＯＩ構造を作成するプロセスに関する。本発明は、例えば、絶縁体上シリコン構造のような絶縁体上半導体構造、ガラス上シリコン構造のようなガラス上半導体構造、及び関連半導体デバイスの作成に有用である。
【背景技術】
【０００２】
本明細書で用いられるように、略称「ＳｉＯＩ」は絶縁体上シリコンを指す。略称「ＳＯＩ」は全般的に、ＳｉＯＩを含むがこれには限定されない、絶縁体上半導体を指す。略称「ＳｉＯＧ」はガラス上シリコンを指す。略称「ＳＯＧ」は全般的に、ＳｉＯＧを含むがこれには限定されない、ガラス上半導体を指す。ＳＯＧはセラミック上半導体構造及びガラス-セラミック上半導体構造を含むとされる。同様に、ＳｉＯＧはセラミック上シリコン構造及びガラス-セラミック上シリコン構造を含むとされる。
【０００３】
ＳｉＯＩ技術は、高性能の薄膜トランジスタ、太陽電池及び、アクティブマトリックスディスプレイのような、ディスプレイのために益々重要になっている。ＳｉＯＩウエハは一般に絶縁材料上の、一般には０.１〜０.３μｍ厚であるが、５μｍ厚もの場合もある、実質的に単結晶のシリコン薄層を含む。
【０００４】
そのようなＳｉＯＩウエハを得る様々な方法には、格子整合基板上のＳｉエピタキシャル成長法、ＳｉＯ２酸化物層をその上に成長させた別のシリコンウエハに単結晶ウエハを接合し、続いて上部ウエハを研磨またはエッチングして、例えば０.１〜０.３μｍ厚の単結晶シリコン層にする方法、あるいは、水素イオンまたは酸素イオンを注入して、酸素イオン注入の場合にはシリコンウエハ内にＳｉで覆われた埋込酸化物層を形成し、水素イオン注入の場合には薄いＳｉ層を分離（剥離）して酸化物層をもつ別のＳｉウエハに接合する、イオン注入法がある。これらの３つの手法の内、イオン注入に基づく手法が工業的により実用的であることがわかった。特に、水素イオン注入法には、必要な注入エネルギーが酸素イオン注入に必要なエネルギーの５０％より低く、必要なドーズ量が２桁低いという、酸素注入プロセスに優る利点がある。
【０００５】
水素イオン注入法による剥離は初め、例えば、非特許文献１において教示され、その後マイケル・ブルーエル（Michel Bruel）によって実証された。ブルーエルの特許文献１，非特許文献２及び３を参照されたい。
【０００６】
水素イオン注入法は一般に以下の工程を含む。単結晶シリコンウエハ上に熱酸化物層を成長させる。次いで、このウエハに水素イオンを注入して表面傷を発生させる。注入エネルギーによって傷が発生するはずの深さが決定され、ドーズ量によって傷の密度が決定される。次いで、このウエハを室温で別のシリコンウエハ（支持基板）と接触させて仮接合を形成させる。
【０００７】
次いでウエハを約６００℃で熱処理して、Ｓｉウエハからの薄いシリコン層の分離に用いるために、表面傷を成長させる。得られた集成体を次いで約１０００℃の温度まで加熱してＳｉＯ２下層を含むＳｉ膜を支持基板、すなわち無注入シリコンウエハに完全に接合させる。このようにして、このプロセスにより、シリコン薄膜が酸化物絶縁層を間にして別のシリコンウエハに接合された、ＳｉＯＩ構造が形成される。
【０００８】
ＳＯＩ構造及びＳｉＯＩ構造の工業的応用にはコストが重要な課題である。これまで、そのような構造のコストの大半は、Ｓｉ薄膜で覆われた、酸化物層を支持するシリコンウエハのコストであった。すなわち、コストの大半は支持基板であった。
【０００９】
支持基板としての石英の使用が様々な特許文献で言及されているが（特許文献２，３，４，５，６及び７を参照されたい）、石英はそれ自体が比較的高価な材料である。支持基板を論じるにあたって、上記特許文献のいくつかは石英ガラス、ガラス及びガラス-セラミックに言及している。これらの特許文献に挙げられているその他の基板材料には、ダイアモンド、サファイア、炭化シリコン、窒化シリコン、セラミック、金属及びプラスチックがある。
【００１０】
ＳＯＩ構造において、シリコンウエハをより安価な材料でつくられたウエハで置き換えることは簡単なことでは全くない。特に、低コストで大量に生産することができるタイプのガラスまたはガラス-セラミックまたはセラミックでＳｉウエハを置き換えることは困難である。すなわち、費用効果の高いＳＯＧ構造及びＳｉＯＧ構造を作成することは困難である。
【００１１】
同時係属であり、共通に譲渡された、米国特許出願の明細書（特許文献８）は、ＳｉＯＧ構造及びＳＯＧ構造を作成するための手法及びそのような構造の新規な形態を説明している。本発明の多くの応用の中には、光エレクトロニクス、ＦＲエレクトロニクス及び混成信号（アナログ／デジタル）エレクトロニクスのような分野における応用があり、さらに、非結晶シリコン及び多結晶シリコンをベースとするデバイスに比較してかなり高められた性能を達成することができるディスプレイ応用、例えばＬＣＤ及びＯＬＥＤのもある。さらに、効率が高い光電池及び太陽電池も可能になった。処理技法及びその新規なＳＯＩ構造の両者により、ＳＯＩ構造のコストがかなり低められる。
【００１２】
ＳＯＩ構造、ＳｉＯＩ構造、ＳＯＧ構造及びＳｉＯＧ構造のイオン注入による作成手法のコストにかなりの悪影響を及ぼす別の要因は、イオン注入プロセスの効率である。従来、水素イオン注入または酸素イオン注入が用いられ、効率がより高いことから水素イオン注入が好まれている。しかし、これらの従来のイオン注入プロセスには細いイオンビームの使用が必要であり、このため、注入時間が長くなり、コストが高くなる。この結果、代替イオン源が開発され、従来技術で開示されている。
【００１３】
例えば特許文献９には、シリコンウエハのような半導体基板がプラズマ雰囲気及び電場内におかれ、よって大面積同時イオン注入が可能になる、プラズマイオン浸漬注入（ＰＩＩＩ）の使用が提案されている。しかし、ＰＩＩＩは、プラズマによる表面電荷蓄積及び表面エッチング、並びに、高エネルギーにおけるフレキシビリティの欠如、正確なドーズ量制御の欠如及びイオン注入域の厚さ及び剥離膜の厚さの精密制御ができないという欠点を抱えている。
【００１４】
挟領域イオンビーム注入に対する別の代案は、イオンシャワー注入（ＩＳＩ）である。イオンシャワーは一般に、引出電極及び、必要に応じて備えられる、後加速システムを用いてプラズマ源から引き出される大面積イオンビームである。イオンシャワーは、遠隔プラズマ及びイオン注入されるべき基板周辺の無電場領域を用い、パルスイオンビームの代りに連続イオンビームを用いる点で、ＰＩＩＩと異なる。ＩＳＩシステムのこれらの特徴により、ＰＩＩＩの表面電荷蓄積及び表面エッチングの問題が排除され、正確なドーズ量制御が可能になる。
【００１５】
本発明の発明者等は、ＩＳＩは迅速なイオン注入を達成できるが、ＳＯＧ構造の作成における従来型ＩＳＩの使用では、基板からの薄膜の分離時に許容できない薄膜損傷が生じ得ることを見いだした。多くの半導体デバイスの作成に対しては、注入中及び基板からの薄膜の分離時に、薄膜の結晶格子の完全性が実質的に維持されることが重要である。
【００１６】
したがって、効率的であり、有効であるが、薄膜の望ましい構造に損傷を与えることはない、半導体材料の薄膜を分離するプロセスが残されている。特に、イオン注入プロセスを高効率で有効に実施できる、ＳＯＧ構造を作成するプロセスが残されている。
【００１７】
本発明はこの長年の要求を満たす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第５３７４５６４号明細書
【特許文献２】米国特許第６１４０２０９号明細書
【特許文献３】米国特許第６２１１０４１号明細書
【特許文献４】米国特許第６３０９９５０号明細書
【特許文献５】米国特許第６３２３１０８号明細書
【特許文献６】米国特許第６３３５２３１号明細書
【特許文献７】米国特許第６３９１７４０号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００４/０２２９４４４Ａ１号（米国特許出願第１０/７７９５８２号）明細書
【特許文献９】米国特許第６０２７９８８号明細書
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】ビスター（Boster）等，「Ｓｉ及びＧｅにおける０.３〜２ｋｅＶ Ｈ＋イオン及び０.２〜２ｋｅＶ Ｈ２＋イオンの射程（Ranges of the 0.3-2 keV H+ and 0.2-2keV H2+ Ions in Si and Ge）」，Radiation Effects，１９８２年，第５９巻，ｐ.１９９〜２０２
【非特許文献２】エム・ブルーエル，Electronics Lett.，１９９５年，第３１巻，ｐ.１２０１〜１２０２
【非特許文献３】エル・ディチオッチオ（L. Dicioccio），ワイ・リティエク（T. Litiec），エフ・ルタートル（F. Letertre），シー・ジョウサド（C. Jaussad）及びエム・ブルーエル，Electronics Lett.，１９９６年，第３２巻，ｐ.１１４４〜１１４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の課題はＳＯＧ構造を作成するための、イオン注入プロセスを高効率で有効に実施できるプロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の第１の態様にしたがえば、ＳＯＩ構造を形成するための、
（Ｉ）第１の母体基板外部表面を有する、半導体材料から生る母体基板を提供する工程、及び
（II）第１の母体基板外部表面の下のいくらかの深さにあるイオン注入域に第１の母体基板外部表面を通して第１の種に属する複数のイオンを、イオン注入域と第１の母体基板外部表面の間に挟み込まれた材料膜（「剥離膜」）の、少なくとも５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１００ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも２００ｎｍ厚部分、の構造が実質的に損傷を受けないように、電磁分離によって純化された第１のイオンシャワーを用いることによって注入する工程、
を含むプロセスが提供される。
【００２２】
本発明のこのプロセスのいくつかの実施形態において、剥離膜は単結晶シリコンを含む。
【００２３】
本発明の第１の態様のプロセスのいくつかの実施形態においては、工程（II）において、イオン注入域の深さは約１０００ｎｍ未満であり、いくつかの実施形態では約５００ｎｍ未満、いくつかの実施形態では約３００ｎｍ未満、いくつかの実施形態では約１５０ｎｍ未満、いくつかの実施形態では約１００ｎｍ未満である。本プロセスのいくつかの実施形態において、剥離膜の無損傷部分の厚さは剥離層の総厚の少なくとも大半（５０％）であり、いくつかの実施形態では少なくとも６０％，いくつかの実施形態では少なくとも８０％，いくつかの実施形態では少なくとも９０％である。
【００２４】
本発明のこのプロセスのいくつかの実施形態においては、工程（II）において、イオン注入域の厚さは約１μｍをこえず、いくつかの実施形態では約５００ｎｍをこえず、いくつかの別の実施形態では約３００ｎｍをこえず、いくつかの別の実施形態では約２００ｎｍをこえない。
【００２５】
本発明のこのプロセスのいくつかの実施形態においては、工程（II）において、第１のイオンシャワーは実質的に第１の種に属するイオンからなる。いくつかの実施形態では、第１の種に属するイオンは、Ｈ３＋，Ｈ＋，Ｈ２＋，Ｄ２＋，Ｄ３＋，ＨＤ＋，Ｈ２Ｄ＋，ＨＤ２＋，Ｈｅ＋，Ｈｅ２＋，Ｏ＋，Ｏ２＋，Ｏ２＋及びＯ３＋から選ばれる単イオン種である。いくつかの実施形態において、第１の種に属するイオンには、リン、ホウ素、ヒ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、塩素及び金属が実質的に含まれない。
【００２６】
本発明のこのプロセスのいくつかの実施形態は、工程（II）とは別の、工程（II）から独立している、
（III）第１の母体基板外部表面の下の前記深さにあるイオン注入域に第１の母体基板外部表面を通して第２の種に属する複数のイオンを、剥離膜の、少なくとも５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１００ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも２００ｎｍ厚部分、の構造が実質的に損傷を受けないように、電磁分離によって純化された第２のイオンシャワーを用いることによって注入する工程であって、第２の種に属するイオンが第１の種に属するイオンと異なる工程、
をさらに含む。
【００２７】
本発明の第１の態様のいくつかの実施形態にしたがえば、イオン注入域は、第１のイオン種に属するイオンが注入された第１のイオン注入域及び第２のイオン種に属するイオンが注入された第２のイオン注入域からなり、第１のイオン注入域及び第２のイオン注入域は実質的に重なり合う。いくつかの実施形態において、イオン種のピーク間隔は約２００ｎｍ未満であり、いくつかの実施形態では約１５０ｎｍ未満、いくつかの実施形態では約１００ｎｍ未満、いくつかの実施形態では約５０ｎｍ未満である。
【００２８】
本発明のこのプロセスのいくつかの特定の実施形態において、第１の種に属するイオンはＨ３＋であり、第２の種に属するイオンはＨｅ＋である。いくつかの実施形態において、Ｈｅ＋イオンのエネルギーに対するＨ３＋イオンのエネルギーの比は約２：１である。本プロセスのいくつかの特定の実施形態において、Ｈ３＋イオンは約６０ｋｅＶのエネルギーを有し、Ｈｅ＋イオンは約３０ｋｅＶのエネルギーを有する。いくつかの有益な実施形態において、Ｈ３＋イオン注入域及びＨｅ＋イオン注入域はいずれも母体基板のイオン注入域内にあり、実質的に重なり合う。
【００２９】
本発明の第１の態様にしたがうプロセスのいくつかの実施形態においては、工程（II）とは別の、工程（II）から独立している、
（IIIＡ）ビーム−線走査型注入機を用いることによって第１の母体基板外部表面の下の前記深さにあるイオン注入域に第１の母体基板外部表面を通して複数のイオンを注入する工程、
がさらに含まれる。
【００３０】
本発明の第１の態様にしたがうプロセスのいくつかの実施形態においては、工程（II）とは別の、工程（II）から独立している、
（IIIＢ）従来のイオンシャワーを用いることによって第１の母体基板外部表面の下の前記深さにあるイオン注入域に第１の母体基板外部表面を通して複数のイオンを注入する工程、
がさらに含まれる。
【００３１】
本発明の第１の態様のプロセスのいくつかの実施形態は、
（IV）第１の母体基板外部表面の受け基板との接合を形成する工程、
を含む。
【００３２】
本発明の第１の態様のプロセスのいくつかの別の実施形態は、
（Ｖ）イオン注入域内のある場所において、剥離膜の少なくとも一部分及びイオン注入域の材料の少なくとも一部分を分離する工程、
を含む。
【００３３】
本発明の第１の態様のプロセスのいくつかの実施形態は、
（IV）第１の母体基板外部表面の受け基板への接合を形成する工程、
及び
（Ｖ）イオン注入域内のある場所において剥離膜及びイオン注入域の材料の少なくとも一部分を分離する工程、
を含む。
【００３４】
上述したような母体基板が受け基板に接合される本発明の第１の態様のいくつかの実施形態にしたがえば、受け基板は、酸化物表面層をもつかまたはもたない半導体ウエハ、ガラス板及びガラス-セラミック板からなる群から選ばれる。
【００３５】
上述したような母体基板が受け基板に接合される本発明の第１の態様のいくつかの実施形態にしたがえば、受け基板はＳｉＯ２表面層をもつシリコンウエハであり、第１の母体基板外部表面は工程（IV）でＳｉＯ２表面層に接合される。
【００３６】
上述したような母体基板が受け基板に接合される本発明の第１の態様のいくつかの実施形態にしたがえば、受け基板はＳｉＯ２ガラス板である。
【００３７】
上述したような母体基板が受け基板に接合される本発明の第１の態様のいくつかの実施形態にしたがえば、
受け基板は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなり、
工程（IV）において、接合形成工程は、（ａ）母体基板と受け基板が押し合されて密着するような母体基板及び受け基板への力、（ｂ）母体基板の電位が受け基板の電位より高くなるような母体基板内及び受け基板内の電場、及び（ｃ）母体基板と受け基板の間の温度勾配を印加することによって実施される。
【００３８】
本発明の第１の態様のいくつかの実施形態にしたがえば、工程（II）において、第１のイオンシャワーの電磁分離は磁気手段によって実施される。
【００３９】
本発明の第２の態様はＳＯＩ構造を形成するための、
（Ａ１）母体基板及び受け基板を提供する工程、ここで、
母体基板は半導体材料からなり、受け基板との接合形成のための第１の母体基板外部表面（第１の接合形成面）及び第２の母体基板外部表面を有し、
受け基板は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなり、（ｉ）母体基板との接合形成のための第１の受け基板外部表面（第２の接合形成面）及び（ii）第２の受け基板外部表面の２つの表面を有する、
（Ａ２）第１の母体基板外部表面の下のいくらかの深さにある母体基板のイオン注入域に第１の母体基板外部表面を通して第１の種に属する複数のイオンを、イオン注入域と第１の母体基板外部表面の少なくとも大半の間に挟み込まれた材料膜（「剥離膜」）の、少なくとも５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１００ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも２００ｎｍ厚部分、の内部構造が実質的に損傷を受けないように、電磁分離によって純化された第１のイオンシャワーを用いることによって注入する工程、
（Ｂ）工程（Ａ１）及び（Ａ２）後、第１及び第２の接合形成面を接触させる工程、
（Ｃ）母体基板と受け基板が第１及び第２の接合形成面の接合形成面において相互に接合するに十分な時間をかけて、同時に実施される、
（１）第１及び第２の接合形成面が押し合されて接触するように母体基板及び／または受け基板に力を印加する工程、
（２）母体基板及び受け基板に概ね第２の受け基板外部表面から第２の母体基板外部表面への向きを有する電場をかける工程、及び
（３）母体基板及び受け基板を加熱する工程、加熱は第２の母体基板外部表面及び第２の受け基板外部表面がそれぞれ平均温度Ｔ１及びＴ２を有することを特徴とし、これらの温度は、共通温度への冷却時に母体基板及び受け基板が異なる収縮を受け、よってイオン注入域において母体基板を弱化させる、
及び
（Ｄ）接合された母体基板及び受け基板を冷却する工程及びイオン注入域において母体基板を分離する工程、
を含み、
酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックは、工程（Ｃ）中に第２の接合形成面から離れて第２の受け基板外部表面に向かう方向に受け基板内を移動する、正イオンを含有する、
プロセスである。
【００４０】
本発明の第２の態様のいくつかの実施形態において、剥離膜は単結晶半導体材料を含む。
【００４１】
本発明の第２の態様のプロセスのいくつかの実施形態においては、工程（Ａ２）において、イオン注入域の深さは約１０００ｎｍ未満であり、いくつかの実施形態では約５００ｎｍ未満、いくつかの別の実施形態では約３００ｎｍ未満、いくつかの別の実施形態では約１５０ｎｍ未満、いくつかの別の実施形態では約１００ｎｍ未満である。本プロセスのいくつかの実施形態において、剥離膜の無損傷部分の厚さは剥離膜の総厚の少なくとも５０％であり、いくつかの実施形態では剥離膜の総厚の少なくとも６０％、いくつかの実施形態では剥離膜の総厚の少なくとも８０％、いくつかの実施形態では少なくとも９０％である。
【００４２】
本発明の第２の態様のいくつかの実施形態において、剥離膜は単結晶シリコンを含む。
【００４３】
本発明の第２の態様のいくつかの実施形態においては、工程（Ａ２）において、イオン注入域の厚さは約１μｍをこえず、いくつかの実施形態では約５００ｎｍをこえず、いくつかの別の実施形態では約３００ｎｍをこえず、いくつかの別の実施形態では約２００ｎｍをこえない。
【００４４】
本発明の第２の態様のいくつかの実施形態においては、工程（Ａ２）において、第１のイオンシャワーは実質的に第１の種に属するイオンからなる。
【００４５】
本発明の第２の態様のいくつかの実施形態において、第１の種に属するイオンは、Ｈ３＋，Ｈ＋，Ｈ２＋，Ｄ２＋，Ｄ３＋，ＨＤ＋，Ｈ２Ｄ＋，ＨＤ２＋，Ｈｅ＋，Ｈｅ２＋から選ばれる単イオン種である。
【００４６】
本発明の第２の態様のいくつかの実施形態において、第１の種に属するイオンには、リン、ホウ素、ヒ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、塩素及び金属が実質的に含まれない。
【００４７】
本発明の第２の態様のいくつかの実施形態は、工程（Ａ２）とは別の、工程（Ａ２）から独立している、
（Ａ３）第１の母体基板外部表面の下の前記深さにあるイオン注入域に第１の母体基板外部表面を通して第２の種に属する複数のイオンを、剥離膜の、少なくとも５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１００ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも２００ｎｍ厚部分、の構造が実質的に損傷を受けないように、電磁分離によって純化された第２のイオンシャワーを用いることによって注入する工程であって、第２の種に属するイオンが第１の種に属するイオンと異なる工程、
を含む。
【００４８】
本発明の第２の態様のいくつかの実施形態にしたがえば、イオン注入域は、第１のイオン種に属するイオンが注入された第１のイオン注入域及び第２のイオン種に属するイオンが注入された第２のイオン注入域からなり、第１のイオン注入域及び第２のイオン注入域は実質的に重なり合う。いくつかの実施形態において、第１のイオン種のピークと第２のイオン種のピークの間隔は約２００ｎｍ未満であり、いくつかの実施形態では約１５０ｎｍ未満、いくつかの実施形態では約１００ｎｍ未満、いくつかの実施形態では約５０ｎｍ未満である。
【００４９】
いくつかの実施形態において、第１の種に属するイオンはＨ３＋であり、第２の種に属するイオンはＨｅ＋である。Ｈ３＋及びＨｅ＋のエネルギーは、注入時にそれぞれが実質的にイオン注入域に分布するように選ばれる。いくつかの実施形態において、Ｈｅ＋イオンのエネルギーに対するＨ３＋イオンのエネルギーの比は約２：１である。例えば、Ｈ３＋イオンは約６０ｋｅＶの平均エネルギーを有することができ、Ｈｅ＋イオンは約３０ｋｅＶの平均エネルギーを有することができる。いくつかの有益な実施形態において、Ｈ３＋イオンはＨ３＋イオン注入域に注入され、Ｈｅ＋イオンはＨｅ＋イオン注入域に注入されて、Ｈ３＋イオン注入域及びＨｅ＋イオン注入域はいずれも母体基板のイオン注入域内にあり、Ｈ３＋イオン注入域及びＨｅ＋イオン注入域は実質的に重なり合う
本発明の第２の態様のいくつかの実施形態においては、工程（Ａ１）において、第１のイオンシャワーの電磁分離は磁気手段によって実施される。
【００５０】
本発明の第２の態様のいくつかの実施形態において、第１の接合形成面（第１の母体基板外部表面）は、イオン注入後に、ただし接合形成のために第１の受け基板外部表面（第２の接合形成面）と接触させられる前に、水素濃度低減のために処理される。そのような水素濃度低減手段は、酸素プラズマ処理、オゾン処理、Ｈ２Ｏ２処理、Ｈ２Ｏ２＋アンモニア処理、Ｈ２Ｏ２＋酸処理及びこれらの組合せから選ぶことができる。
【００５１】
本発明の第２の態様のプロセスのいくつかの実施形態において、プロセス終了時における、受け基板と剥離膜の間の接合強度は少なくとも８Ｊ/ｃｍ２であり、いくつかの実施形態では少なくとも１０Ｊ/ｃｍ２、いくつかの別の実施形態では少なくとも１５Ｊ/ｃｍ２である。
【００５２】
本発明の第２の態様のプロセスのいくつかの実施形態においては、工程（Ａ２）において、第１のイオンシャワーの電磁分離は磁気手段によって実施される。
【００５３】
本発明の第２の態様にしたがうプロセスのいくつかの実施形態においては、工程（Ａ２）とは別の、工程（Ａ２）から独立している、
（Ａ３.１）ビーム−線走査型注入機を用いることによって第１の母体基板外部表面の下の前記深さにあるイオン注入域に第１の母体基板外部表面を通して複数のイオンを注入する工程、
がさらに含まれる。
【００５４】
本発明の第２の態様にしたがうプロセスのいくつかの実施形態においては、工程（Ａ２）とは別の、工程（Ａ２）から独立している、
（Ａ３.２）従来のイオンシャワーを用いることによって第１の母体基板外部表面の下の前記深さにあるイオン注入域に第１の母体基板外部表面を通して複数のイオンを注入する工程、
がさらに含まれる。
【００５５】
本発明は、大面積同時イオン注入、低または無表面エッチング、高効率及び低コストが可能なである点において、従来の無質量分離型イオンシャワーの利点を有する。純化されたイオンシャワーを用いることにより、本発明はさらに、従来の無質量分離型イオンシャワーによっておこり得る、注入される半導体材料への損傷及び汚染を回避する。したがって、本発明により、ＳｉＯＩ構造を含むがこれに限定されない様々なＳＯＩ構造、特に、ＳｉＯＧ構造を含むがこれに限定されないＳＯＧ構造の作成に適する、便宜がよく、高効率で有効なイオン注入が可能になる。
【００５６】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者には説明から容易に明らかであろうし、記述及び本発明の特許請求の範囲に、また添付図面にも、説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
【００５７】
上述の一般的説明及び以降の詳細な説明が本発明の例示に過ぎず、特許請求されるような本発明の本質及び性質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。
【００５８】
添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は本発明のプロセスを用いてイオン注入された母体基板の一実施形態の略図である。
【図２】図２は本発明のプロセスを用いてイオン注入された母体基板の別の実施形態の略図である。
【図３】図３は基板にイオン注入するために用いられている従来の無質量分離型イオンシャワー装置の略図である。
【図４】図４はイオンシャワーが磁気手段によって純化される、基板にイオン注入するために本発明のプロセスを用いる装置の略図である。
【図５】図５は電場、温度勾配及び圧力の存在の下で、受け基板に接合されている途上のイオン注入された母体基板の略図である。
【図６】図６は図５の構造が温度Ｔ３まで冷却された後の、ＳＯＩ構造を形成するための図５の構造の分離工程の略図である。
【図７】図７は従来の無質量分離型イオンシャワーを用いることによって得られた薄い剥離シリコン膜の、その結晶構造への損傷を示す、ＴＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
本明細書に用いられるように、「半導体材料」は、ドーピングのような修飾の付加の有無にかかわらず、半導体特性を示す材料を意味する。すなわち、例えば、本発明の意味における半導体材料は、単結晶純シリコンとすることができ、あるいは、リン、ホウ素、ヒ素またはその他の元素がドープされたシリコンとすることができる。半導体材料は一般に、実質的に単結晶材料の形態にある。「実質的に」は、半導体材料は通常、格子欠陥または僅かな結晶粒界のような、本質的であるかまたは意図的に加えられた少なくともいくつかの内部欠陥または表面欠陥を含んでいるという事実を考慮に入れるために、材料の表現に用いられる。「実質的に」は、いくつかのドーパントはバルク半導体の結晶構造を歪ませるか、そうではなくとも結晶構造に悪影響を及ぼし得るという事実も反映している。
【００６１】
本明細書で用いられるように、「第１のイオン注入域」は、注入時に、単位体積あたりのイオン数で表される、その中央におかれた第１のイオン種に属する注入イオンの局所ピーク密度を有し、第１の種に属する注入イオンの少なくとも５０％を含む、母体基板の区域を意味する。「第２のイオン注入域」は、注入時に、単位体積あたりのイオン数で表される、その中央におかれた第２のイオン種に属する注入イオンの局所ピーク密度を有し、第２の種に属する注入イオンの少なくとも５０％を含む、母体基板の区域を意味する。「実質的に重なり合う」により、第１のイオン注入域と第２のイオン注入域が少なくとも５０％の重なりを有することが表される。単一イオン種がイオン注入された母体基板については、基板全体のイオン注入域が第１のイオン注入域である。第１のイオン種と第２のイオン種ないしさらに多くのイオン種がイオン注入された母体基板については、基板全体のイオン注入域は、第１のイオン注入域、第２のイオン注入域及び、もしあれば、追加のイオン注入域の複合である。イオン注入域全体は、本明細書の教示に照らし、当業者によってあらかじめ決定され得る。
【００６２】
本明細書においてイオン種は特有の質量及び電荷を有する。すなわち、いかなるイオンも質量または電荷が異なれば、異なる種である。例えば、Ｈ＋，Ｈ２＋，Ｈ３＋，Ｄ＋，Ｄ２＋，Ｄ３＋，ＨＤ＋，Ｈ２Ｄ＋，ＨＤ２＋，Ｈｅ＋，Ｈｅ２＋は全て、本明細書においては異なるイオン種である。
【００６３】
本明細書における電磁分離は、イオンに電場及び／または磁場をかけることによる、異なるイオン種の分離を意味する。
【００６４】
本発明はいかなるＳＯＩ構造の作成にも適用することができる。本発明の以下の詳細な説明では、説明の目的のため、ＳｉＯＩ構造の作成が用いられる。本発明がＳｉＯＩ構造の作成に限定されないことは当然である。
【００６５】
本発明はいかなるＳＯＧ構造の作成にも適用することができる。本発明の以下の詳細な説明では、説明の目的のため、ＳｉＯＧ構造の作成が用いられる。しかし、本発明がＳｉＯＧ構造の作成に限定されないことは当然である。本発明の方法を用いることによるＳｉＯ構造の作成は本発明の一態様をなす。同時係属であり、共通に譲渡された、米国出願特許の明細書（特許文献８）はＳＯＧ構造、特にＳｉＯＧ構造を作成するための手段及びそのような構造の新規な形態を説明している。特許文献８の開示はその全体が本明細書に参照として含まれる。
【００６６】
イオン注入はＳＯＩ構造の作成において最もコストがかかる工程の１つである。ＳＯＧ構造では、ガラス材料またはガラス-セラミック材料のような、安価な基板材料の使用によってＳＯＧ構造の総コストをかなり低減することができる。ＳＯＧ構造の作成においては、特許文献８に開示されているように、母体基板から単結晶シリコンのような薄膜半導体材料を分離するために水素イオン注入を用いることができる。この目的のために従来のビーム−線走査型イオン注入の方法及び装置を用いることができる。しかし、従来のビーム−線走査型イオン注入装置の使用は非常にコストがかかる。実際上、そのような薄膜分離プロセスには一般に水素イオンの大量ドーズが必要である。ビーム−線走査型注入機では、所望のレベルの注入の達成に長時間かかることが多い。これはＳＯＧ構造の作成コストをかなり高める。さらに、ビームイオン水素注入の使用の結果、母体基板から分離されて受けウエハに接合される膜は一般に所望より厚くなる。多くの目的用途に対しては、厚い膜の薄化及び研磨を含む、後処理がさらに必要になって、総プロセスを複雑にし、生産性及び歩留を低下させ、したがって最終製品のコストを高める。
【００６７】
上で論じたように、ビーム−線走査型イオン注入を置き換えるための代替イオン注入方法及び装置が従来技術で提案されている。特許文献９はこの目的のためのプラズマ浸漬イオン注入（ＰＩＩＩ）の使用を開示している。特許文献９の該当部分は本明細書に参照として含まれる。ＰＩＩＩ法では、プラズマが発生され、複数のイオンが電場によって加速されて母体基板に注入されるように、母体基板がプラズマ及び電場内におかれる。この方法には、母体基板の表面エッチング及びドーズ量制御の困難さという問題がある。さらに、多数の種のイオンが発生されてプラズマ内に存在し、イオンは注入時に広いエネルギーレベル分布を有する傾向があり、注入深さ、したがって分離されるべき膜の厚さの制御が困難である。さらにまた、プラズマ内の有害な汚染イオンも母体基板に注入されて、望ましくないドーピングを生じさせ、分離されるべき膜の損傷さえも生じさせ得る。
【００６８】
イオンシャワーも無質量分離型イオン注入法として特許文献９に言及されている。特許文献９の該当部分は本明細書に参照として含まれる。しかし、特許文献９にイオンシャワーの詳細な説明はなく、イオン注入へのイオンシャワーの使用の具体例も全く与えられていない。イオンシャワー注入（ＩＳＩ）では、例えば、引出電極を用いることによって、プラズマ源から得られる大面積イオンビームが用いられる。イオンは注入前に加速することができる。イオン注入へのイオンシャワーの代表的用法は、例えば、エフ・クレーネル（F. Kroener）等，「特殊パワーＩＣ用途のためのリンイオンシャワー注入（Phosphorus Ion Shower Implantation for Special Power IC Application）」，Ion Implantation Technology，２０００年，ｐ.４７９〜４７９に述べられている。この文献の該当部分は本明細書に参照として含まれる。図３はイオン注入への従来のイオンシャワーの用法を簡略に示す。装置３０１には、電極３０３とグリッド電極３０５の間にプラズマ３０９を入れるプラズマチャンバ３０７及びウエハ３１５がおかれる注入チャンバ３１３の２つの独立チャンバがある。イオン３１１は、必要に応じて加速され、飛行して、ある程度がウエハ３１５内に入る。したがって明らかに、従来のイオンシャワーは以下の特徴、（ｉ）独立プラズマチャンバ内で発生された離隔プラズマの使用、（ii）注入のためのウエハが電場内にはおかれない、（iii）ＰＩＩＩとは異なり、イオン源はパルス動作ではなく連続動作する、及び（iv）イオンは質量分離されていない、を有し、したがって注入されるべきウエハに当るイオンは実際上、質量、電荷及びエネルギーが様々な、複数の種を含む。
【００６９】
イオンシャワーは、ドーピングのような目的のため、半導体材料への、リン等のような、大きなイオンの注入に用いられた。しかし、本発明の発明者等には、特許文献９のような参考文献におけるイオンシャワーの開示が不十分なため、イオンシャワーを母体半導体ウエハからの薄膜の分離にうまく用い得るか否かが、従来技術からは不明であった。さらに、発明者等は、集積回路のような半導体デバイスの作成に従来技術で用いられるビーム−線走査型イオン注入装置及びプロセスのイオンシャワーによる置換えが思っていたほど簡単で容易ではないことを見いだした。本質的な技術的難題に遭遇した。
【００７０】
後述するように、発明者等は、無質量分離型イオンシャワーを用いることにより、剥離膜の結晶構造に損傷が生じ得ることを見いだした。損傷は、集積回路の回路構造のような、多くのマイクロエレクトロニクス構造の作成に用いることができないほど激しくなることができ、したがって非常に望ましくない。
【００７１】
いかなる特定の理論にも束縛されるつもりはないが、発明者等は、剥離膜の結晶構造への損傷が、従来のイオンシャワー内の不純物によって生じると考える。従来のイオンシャワーのイオンビームでは、プラズマチャンバにおいて、様々な質量及び電荷を有する複数のイオンが同時に発生され、母体基板に当って母体基板に注入され得る。例えば、水素イオンシャワーが用いられる場合に、水素プラズマ内では、Ｈ＋，Ｈ２＋，及びＨ３＋のような、様々な種に属する複数のイオンが様々な比率でつくられる。大きさ及び質量が異なるため、これらのイオンが母体基板内で進む距離は異なる。イオンの内のいくつかはイオン注入域に到達しないであろうが、剥離膜に注入はされ、望ましくない修飾及び損傷を生じさせる。さらに、プラズマには、プラズマチャンバの汚染により、Ｐ＋、Ｂ＋、酸素イオン、炭素イオン、フッ素イオン及び塩素イオン並びに金属イオンのようなイオンもさらに含まれ得る。これらの大きく、重いイオンは、ほぼ間違いなく、剥離膜に留まり、損傷を生じさせるであろう。
【００７２】
したがって、発明者等は、ＰＩＩＩ及びビーム−線走査型イオン注入のような従来方法にともなう問題も、また従来のイオンシャワー注入の欠点も、解決するために本発明を行った。
【００７３】
すなわち、本発明の第１の態様は、ＳＯＩ構造一般を作成するための、
（Ｉ）第１の母体基板外部表面を有する、半導体材料からなる母体基板を提供する工程、及び
（II）第１の母体基板外部表面の下のいくらかの深さにあるイオン注入域に第１の母体基板外部表面を通して第１の種に属する複数のイオンを、イオン注入域と第１の母体基板外部表面の間に挟み込まれた材料膜（「剥離膜」）の、少なくとも５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１００ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも２００ｎｍ厚部分、の構造が実質的に損傷を受けないように、電磁分離によって純化された第１のイオンシャワーを用いることによって注入する工程、
を含むプロセスである。
【００７４】
上述したように、工程（Ｉ）において、母体基板は、シリコンベース半導体材料及び非シリコンベース半導体材料のような、いずれかの半導体材料からなることができる。半導体材料は実質的に純粋で単結晶とすることができ、あるいは半導体材料の構造及び導電度を改変するために所望のドーパントをあらかじめドープすることができる。現在の半導体工業において、最も広く用いられている母体基板は単結晶シリコンを基にしており、最も広く作成されている構造は、酸化済シリコンウエハ上シリコンのような、ＳｉＯＩ構造である。本発明はそのようなプロセスに適用してプロセスコストを低減できる点において有益である。
【００７５】
一般的な半導体プロセスにおいて、用いられる母体基板は、精密に研磨された、極めて平滑な表面を有する。多くの状況において、母体基板は実質的に平行な主表面を有するウエハである。本発明はそのような状況に適用することができる。しかし、母体基板が成形表面を有し得ること、あるいは剥離膜を受け取るための受け基板の表面形態または作成されるべきＳＯＩ構造の目的用途に依存して、１つより多くの成形表面さえも有し得ることも当然である。母体基板が溝またはその他の構造を特徴とする外部表面を有することも可能である。本発明のプロセスにしたがう純化イオンシャワーの使用は、これらの母体基板に適用することができる。
【００７６】
当業者には、本出願明細書の教示に照らせば、ＳＯＩ構造の目的用途による母体基板のイオン注入域の所望の深さがわかる。第１の母体基板外部表面の下のイオン注入域の深さにより剥離膜の厚さが決定される。一般に、母体基板からの剥離膜作成の目的には、イオン注入域の深さは約１０００ｎｍ未満であり、いくつかの実施形態では約５００ｎｍ未満、いくつかの実施形態では約３００ｎｍ未満、いくつかの実施形態では約１５０ｎｍ未満、いくつかの実施形態では約１００ｎｍ未満である。一般に、イオンシャワー、特に本発明にしたがう質量分離型イオンシャワーを用いれば、従来技術のビーム−線走査型イオン注入を用いた場合よりも浅いイオン注入域、したがって薄い剥離膜を得ることができ、したがって下流の剥離膜薄化工程を軽くすることができる。注入イオンの運動エネルギーを変えることにより、イオン注入域の深さを変えることができる。例えば、単結晶シリコン母体基板にＨ３＋イオンを注入する場合、所望の剥離膜厚を得るために約４０〜７０ｋｅＶの範囲内でイオンのエネルギーを選ぶことができる。
【００７７】
上述したように、イオンがイオン注入域に注入されるためには、イオンシャワーに含まれるイオンが純粋であることが極めて望ましい。すなわち、Ｈ＋，Ｈ２＋，Ｈ３＋，Ｈｅ＋，Ｈｅ２＋等のような、第１の種に属するイオンの純度はモル換算で少なくとも９０％であることが望ましく、いくつかの実施形態ではモル換算で少なくとも９５％，いくつかの実施形態ではモル換算で少なくとも９９％であり。いくつかの実施形態ではモル換算で少なくとも９９.５％であることが好ましく、いくつかの実施形態ではモル換算で少なくとも９９.９％であることが好ましく、いくつかの実施形態ではモル換算で少なくとも９９.９９％である。
【００７８】
電場及び／または磁場を横切って飛行させることによって質量及び電荷の異なるイオンを分離できることは知られている。イオンの行路は、それぞれの質量及び電荷に依存して、下式：
【数１】
0005443977.tif 000002
【００７９】
にしたがう異なる大きさで、ローレンツ力により変化するであろう。ここで、
【数２】
0005443977.tif 000003
【００８０】
はローレンツ力ベクトル、
【数３】
0005443977.tif 000004
【００８１】
は電場強度ベクトル、
【数４】
0005443977.tif 000005
【００８２】
は瞬時速度ベクトル、
【数５】
0005443977.tif 000006
【００８３】
は磁場強度ベクトル、ｑはイオンの電荷である。すなわち、ローレンツ力は電気力要素及び磁気力要素の２つの要素に分けられる。磁気力は（フレミングの）右手の法則にしたがい、ベクトル、
【数６】
0005443977.tif 000007
【００８４】
の向きに垂直である。当業者であれば、本明細書の開示に照らして、イオンシャワーでつくられる個々のイオン種を単離し、所望のイオン種を選択し、選択したイオンを母体基板の表面に導き、不要なイオン及び汚染イオンをフィルタリングして除去するかまたは他の方向に導くに用いられる所望の磁場、
【数７】
0005443977.tif 000008
【００８５】
を決定できるであろう。
【００８６】
図４は本発明のプロセスのための装置構成を簡略に示す。すなわち、従来のイオンシャワーを簡略に示す図３と比較すると、プラズマチャンバ３０７と注入チャンバ３１３の間に磁気分析器４０３が配置されている。様々なイオン種をそれぞれの質量及び電荷にしたがって分離する、磁場４０５が分析器４０３に印加される。このようにして純化された所望の種のイオンが注入チャンバに導き入れられて、注入目的のために用いられる。
【００８７】
一般に、従来のイオンシャワー及び本発明にしたがう質量分離型イオンシャワーを含む、イオンシャワーがイオン源として用いられる場合、イオン注入されるべき母体基板が電場内におかれることはない。しかし、いくつかの状況においては、グリッド電極をでる際に、または電磁分析器における分離の際に、所定の深への注入に望ましいエネルギーレベルをイオンが有するように、必要に応じてイオンを加速または減速できることが望ましいことがある。これはイオンに別の加速／減速電場をかけることによって達成できる。母体基板は加速／減速電場内または加速／減速電場内外におくことができる。
【００８８】
すなわち、第１の態様にしたがうプロセスにより、損傷を与えるイオンが実質的に含まれず、狭い範囲のエネルギーレベルを有する、高純度イオンによるイオン注入が可能になる。したがって、ＳＯＩ構造の作成に極めて望ましい、イオン注入域の深さ及び厚さの精密な制御が可能になる。
【００８９】
図１は、本発明にしたがう質量分離型イオンシャワーを含む本発明のプロセスを用いることによって注入を行った母体基板１０１の一実施形態を簡略に示す。参照数字１０３は第１の母体基板外部表面を指し、参照数字１０５は第２の母体基板外部表面を指し、参照数字１１３は、Ｈ３＋またはＨｅ＋のような、複数のイオンが注入されているイオン注入域を指す。イオン注入域１１３と第１の母体基板外部表面１０３の間に挟み込まれている材料膜１１５が剥離膜である。この図において、参照数字１０９はイオン注入域１１３の直下の区域を表す。イオン注入域１１３の厚さはｔであり、第１の母体基板外部表面の下の深さはｔｆである。ｔｆは目的の剥離膜１１５の厚さでもある。
【００９０】
上で論じたように、単イオン注入動作におけるイオンビーム内の複数のイオン種の存在は一般に望ましくない。しかし、いくつかのＳＯＩ構造の作成においては、複数のイオンを用いるイオン注入が望ましいことがある。発明者等は、いくつかのＳＯＩ構造の作成において、複数のイオン種を用いるイオン注入により、実際上、所望の剥離を達成するに必要な総注入イオン量を低減でき、全注入プロセスの効率を高め得ることを見いだした。本発明にしたがえば、そのような複数のイオン種の注入は、例えば、イオン注入域への第１のイオン種の注入完了時に以下のような第２のイオン注入工程：
（III）材料の剥離膜の構造が実質的に損傷を受けないように電磁分離によって純化された第２のイオンシャワーを用いることで第１の母体基板外部表面の下のいくらかの深さに第１の母体基板外部表面を通して第２の種に属する複数のイオンを注入する工程であって、第２の種に属するイオンは第１の種に属するイオンとは異なる工程、
を実施することによって達成することができる。
【００９１】
第１のイオン注入域と第２のイオン注入域は母体基板内で若干異なることができる。しかし、上で論じたような本発明のプロセスの制御性により、当業者であれば、本出願明細書の教示に照らして、第１のイオン注入域及び第２のイオン注入域のいずれもがイオン注入域内に配されるように適切なプロセスパラメータを選ぶことができる。実際、第１のイオン注入域及び第２のイオン注入域のいずれをも、互いに実質的に重なり合うように制御することができる。一般に、母体基板内の第１のイオン注入域における第１の種に属するイオンのピークと第２のイオン注入域における第２の種に属するイオンのピークの間隔をＤｐとして、Ｄｐ≦３００ｎｍであることが望ましい。いくつかの実施形態ではＤｐ≦２００ｎｍであることが好ましく、いくつかの別の実施形態ではＤｐ≦１００ｎｍである。いくつかの実施形態ではＤｐ≦５０ｎｍである。
【００９２】
図２は、２つのイオン種がイオン注入されている、注入済母体基板２０１を簡略に示す。全イオン注入域１１３には、第１のイオン注入域１１１及び第２のイオン注入域１１５の、２つの実質的に重なり合う区域がある。本発明の第１の態様にしたがうプロセスの特定の実施形態においては、注入のための第１のイオン種及び第２のイオン種としてＨ３＋及びＨｅ＋，またはＨｅ＋及びＨ３＋が用いられる。Ｈ３＋またはＨｅ＋のいずれを初めに注入するかまたは次に注入するかの順序は厳密ではないが、いくつかの実施形態においては、Ｈ３＋イオンを初めに注入することが望ましい。本発明にしたがうＨ３＋及びＨｅ＋のこの組合せはシリコン母体基板の注入及び剥離に特に有用であり、有利である。単結晶シリコン基板に注入する場合、Ｈ３＋及びＨｅ＋のいずれをも同じイオン注入域に到達させるためには、Ｈｅ＋に必要なエネルギーの方が低い。発明者等は、（ｉ）Ｈ３＋イオンのみのイオン注入または（ii）Ｈ３＋イオン注入とＨｅ＋イオン注入の組合せを用いることによって、シリコン膜の剥離の達成に成功できることを見いだした。しかし、（ii）の方が総エネルギーが低くなり、効率が高くなることから、（ｉ）より好ましい。（ii）の特定の実施形態の１つにおいて、Ｈ３＋イオンのエネルギーは約7０ｋｅＶであり、Ｈｅ＋イオンのエネルギーは約４０ｋｅＶであって、この結果、シリコン膜の優れた剥離が得られた。
【００９３】
上で論じたように、本発明にしたがうプロセスを用いることによって作成される剥離膜の少なくとも５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１００ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも２００ｎｍ厚部分、はイオン注入プロセスにより損傷を受けない。剥離膜の厚さの少なくとも大半の構造は損傷を受けないことが好ましい。「大半」は剥離膜の厚さの少なくとも半分は損傷を受けないことを意味する。「損傷を受けない」は、膜の内部構造、または膜の構造の損傷を受けていない部分は、イオン注入プロセス中に、剥離膜、または剥離膜の該当部分が、目的用途での使用に適し得ないほど有意には変えられないことを意味する。
【００９４】
本発明のプロセスにしたがえば、単注入イオン種または複数の注入イオン種を有する、イオン注入域の厚さは、約１０００ｎｍ未満、いくつかの実施形態では約５００ｎｍ未満、いくつかの別の実施形態では約３００ｎｍ未満、いくつかの別の実施形態では約２００ｎｍ未満になるように制御することができる。
【００９５】
イオン注入すると、例えば特許文献８に述べられている方法を用いることによって剥離膜を母体ウエハの残余部分から分離することができる。いかなる特定の理論にも束縛されるつもりは無いが、注入されたイオンは、加熱のような以降の処理時に、例えば微小気泡を形成することにより、注入域に欠陥を生じさせると考えられる。高密度の域内欠陥により、注入域内のある場所で分離と母体基板の残余部分からの剥離膜及び注入域の一部の剥離がおこる。
【００９６】
イオン注入すると、
（Ｖ）注入域内のある場所で母体基板から剥離膜及びイオン注入域の材料の少なくとも一部を分離する工程、
において母体基板から剥離膜を分離することによって、実質的に独立な剥離膜を作成することができる。
【００９７】
薄膜は次いで、後の受け絶縁体基板への接合形成によるような、ＳＯＩ構造の作成における下流プロセス処理に用いることができる。しかし、剥離膜は非常に薄いため、予備接合された支持体無しでの取扱いは通常非常に困難である。したがって、一般に、本発明の第１の態様にしたがうＳＯＩ構造を作成するプロセスにおいては、工程（Ｖ）における剥離膜の分離に先立ち、
（IV）第１の母体基板外部表面の受け基板との接合を形成する工程、
が実施される。
【００９８】
母体基板との接合を形成するための受け基板は、表面酸化物層をもつかまたはもたない半導体ウエハ、ガラス板、結晶材料板及びガラス-セラミック板とすることができる。いくつかの実施形態において、受け基板は、例えばＳｉＯ２層の熱成長等によって形成された表面酸化層をもつ単結晶シリコンウエハである。いくつかの実施形態において受け基板はＳｉＯ２からなる。いくつかの実施形態において受け基板は高純度ＳｉＯ２板である。いくつかの実施形態において受け基板はサファイアのような結晶材料からなる。いくつかの実施形態において受け基板は酸化物ガラス材料または酸化物ガラス-セラミック材料からなる。特許文献８に述べられているように、いくつかの実施形態において受け基板は金属イオンを含有する酸化物ガラス材料または酸化物ガラス-セラミック材料からなる。すなわち、本発明の第１の態様にしたがうプロセスは、（ｉ）従来のビーム−線走査型イオン注入が用いられた従来型のＳＯＩ構造及びＳｉＯＩ構造、及び（ii）特許文献８に述べられているＳＯＧ構造及びＳｉＯＩ構造のような非従来型のＳＯＩ構造の作成に用いることができる点で有利である。
【００９９】
半導体工業で用いられる従来の接合形成方法には、ウエハ接合形成、融着接合形成及び陽極接合形成のような方法がある。
【０１００】
特許文献８に示される、ガラスまたはガラス-セラミックの受け基板との母体基板の接合形成に特に有用な方法は、（ａ）母体基板及び受け基板を押し合わせて密着させるような母体基板及び受け基板への力、（ｂ）母体基板の電位が受け基板の電位より高くなるような母体基板内及び受け基板内の電場及び（ｃ）母体基板と受け基板の間の温度勾配、を印加する工程を含む。
【０１０１】
母体基板のイオン注入後、ただし受け基板との母体基板の接合形成の前に、十分な強度をもつ接合を得るため、通常、両基板の表面清浄化工程が必要である。例えば、シリコン基板への水素イオン注入後、剥離膜の表面に複数の水素基が生成される。表面水素基を低減または除去せず、すぐに剥離膜表面の受け基板表面との接合形成をおこなうと、表面基によって生じる反発力のため、通常かなり大きな外力の使用が必要となる。したがって、イオン注入後、ただし接合形成の前に、表面から水素基を低減するための工程が通常必要とされる。特許文献８に教示されるように、そのような水素基低減は、とりわけ、酸素プラズマ処理、オゾン処理、Ｈ２Ｏ２処理、Ｈ２Ｏ２＋アンモニア処理及びＨ２Ｏ２＋酸処理によって行うことができる。
【０１０２】
本発明の第２の態様は質量分離型イオンシャワーを用いることによるＳＯＧ構造を作成するプロセスに向けられる。概括すれば、本方法は以下の、
（Ａ１）母体基板及び受け基板を提供する工程、ここで、
（１）母体基板は半導体材料からなり、受け基板との接合形成のための第１の母体基板外部表面（第１の接合形成面）及び第２の母体基板外部表面を有する、
（２）受け基板は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなり、（i）母体基板との接合形成のための第１の受け基板外部表面（第２の接合形成面）及び（ii）第２の受け基板外部表面の、２つの外部表面を有する、
（Ａ２）第１の母体基板外部表面の下のいくらかの深さにある母体基板のイオン注入域に第１の母体基板外部表面を通して第１の種に属する複数のイオンを、イオン注入域と第１の母体基板外部表面の間に挟み込まれた材料膜（「剥離膜」）の、少なくとも５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１００ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも１５０ｎｍ厚部分、いくつかの実施形態では少なくとも２００ｎｍ厚部分、の内部構造が実質的に損傷を受けないように、電磁分離によって純化された第１のイオンシャワーを用いることによって注入する工程、
（Ｂ）工程（Ａ１）及び（Ａ２）の後、第１の接合形成面と第２の接合形成面を接触させる工程、
（Ｃ）母体基板及び受け基板が第１の接合形成面と第２の接合形成面において接合するに十分な時間をかけて、同時に実施される、
（１）第１の接合形成面と第２の接合形成面が押し合わされて接触するように母体基板及び／または受け基板に力を印加する工程、
（２）概ね第２の受け基板外部表面から第２の母体基板外部表面への方向を有する電場を母体基板及び受け基板にかける工程、及び
（３）母体基板及び受け基板を加熱する工程、ここで加熱は第２の母体基板外部表面及び第２の受け基板外部表面がそれぞれＴ１及びＴ２の平均温度を有することを特徴とし、それぞれの温度は、共通温度への冷却時に母体基板と受け基板が異なる収縮を受け、よってイオン注入域において母体基板を弱化させるように選ばれる、
及び
（Ｄ）接合された母体基板及び受け基板を冷却する工程及びイオン注入域において母体基板を分離させる工程、
を含み、
酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックは、工程（Ｃ）中に、第２の接合形成面から離れて第２の受け基板外部表面に向かう方向に受け基板内を移動する正イオンを含有する。
【０１０３】
すなわち、第２の態様は上に概要を述べた本発明の第１の態様の一実施形態である。したがって、本発明の第１の態様は以下の第２の態様の説明によってさらに説明される。上述した本発明の第１の態様の一般的説明は第２の態様にも、必要な変更を加えて、適用可能である。
【０１０４】
図５及び６は本発明の第２の態様にしたがうプロセスの一実施形態を簡略に示す。図５においては、図１に示される半導体母体基板１０１が、第１の受け基板外部表面（第２の接合形成面）５０３及び第２の受け基板外部表面５０５を有するガラスまたはガラス-セラミックの受け基板５０１と接合される。第１の母体基板外部表面（第１の接合形成面）１０３と第１の受け基板外部表面（第２の接合形成面）５０３が押し合わされて密着するように、圧力Ｐが印加される。母体基板１０１は温度Ｔ１に加熱され、電圧Ｖ１が印加される。受け基板５０１は異なる温度Ｔ２に加熱され、Ｖ１より低い電圧Ｖ２が印加される。すなわち、母体基板１０１と受け基板５０１の間の接合形成は、外部圧力、温度勾配及び電場を印加することによって行われる。十分な時間をかけて接合を形成した後、基板に印加された電圧及び圧力が取り去られ、基板は（室温のような）共通温度Ｔ３まで冷却させられる。（以降でさらに詳細に説明される）両基板の相異なる収縮により、イオン注入域１１３が弱化し、受け基板に接合された剥離膜１１５に接合されている部分１１３ａ及び母体基板の残余部分に接合されている部分１１３ｂの、２つの部分に分離する。
【０１０５】
本発明の第２の態様にしたがうプロセスのいくつかの特定の実施形態は、以下の、
（Ａ'）第１の基板及び第２の基板を提供する工程、ここで
（１）第１の基板は、第２の基板との接合形成のための第１の外部表面（第１の接合形成面）、第１の基板に力を印加するための第２の外部表面（第１の力印加面）及び第１の基板を第１の部分と第２の部分に分離するための内部域（内部域は以降「分離域」と称され、上述した本発明の第１の態様にしたがう純化イオンシャワー注入を用いることによって形成されるイオン注入域である）を有し、ここで
（ａ'）第１の接合形成面、第１の力印加面及び分離域は実質的に互いに平行である、
（ｂ'）第２の部分は分離域と第１の接合形成面の間にある、及び
（ｃ'）第１の基板は実質的に単結晶の半導体材料からなる、
及び
（２）第２の基板は、一方は第１の基板との接合形成のための外部表面（第２の接合形成面）であり、他方は第２の基板に力を印加するための外部表面（第２の力印加面）である、２つの外部表面を有し、ここで
（ａ'）第２の接合形成面と第２の力印加面は実質的に互いに平行であり、距離Ｄ２だけ互いに隔てられている、及び
（ｂ'）第２の基板は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなる、
（Ｂ'）第１の接合形成面と第２の接合形成面を接触させる工程（接触させられると、第１の接合形成面と第２の接合形成面は、以降本明細書で第１の基板と第２の基板の間の「界面」と称される領域を形成する）、
（Ｃ'）第１の基板と第２の基板が第１及び第２の接合形成面の接合形成面において（すなわち界面において）相互に接合するに十分な時間をかけて、同時に実施される、
（１）第１及び第２の接合形成面を押し合せるために第１及び第２の力印加面に力を印加する工程、
（２）第１の基板及び第２の基板に、第１及び第２の力印加面のそれぞれにおける第１の電圧Ｖ１及び第２の電圧Ｖ２を特徴とする電場をかける工程、ここで、それぞれの電圧はそれぞれの面において一様であり、電場が第１の基板から第２の基板に向くように、Ｖ１はＶ２より高い、及び
（３）第１の基板及び第２の基板を加熱する工程、ここで、加熱は第１の力印加面及び第２の力印加面におけるそれぞれの第１の温度Ｔ１及び第２の温度Ｔ２を特徴とし、それぞれの温度はそれぞれの面において一様であり、共通温度への冷却時に第１の基板及び第２の基板が異なる収縮を受け、よって分離域において第１の基板を弱化させるように選ばれる、
及び
（Ｄ'）接合された第１及び第２の基板を（例えば室温のような共通温度に）冷却する工程及び分離域において第１の部分と第２の部分を分離する工程、
を含むことができ、
酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックは、以下の特徴の組合せ、
（ｉ）酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックは、１０００℃より低い歪点を有し、工程（Ｃ'）中に第２の接合形成面から離れて第２の力印加面に向かう方向に第２の基板内を移動する正イオン（例えばアルカリイオンまたはアルカリ土類イオン）を含有する、及び／または
（ii）酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックは（ａ'）非架橋酸素及び（ｂ'）工程（Ｃ'）中に第２の接合形成面から離れて第２の力印加面に向かう方向に第２の基板内を移動する正イオン（例えばアルカリイオンまたはアルカリ土類イオン）を含有する、
の内の一方またはいずれをも有する。
【０１０６】
技術上既知であるように、酸化物ガラス内または酸化物ガラス-セラミックのガラス相内の非架橋酸素は、ガラスの非網状組織形成成分によってガラスに与えられる酸素である。例えば、コーニング社（Corning Incorporated）ガラス製品１３７３及びコーニング社ガラス製品ＥＡＧＬＥ２０００（商標）のような市販ＬＣＤディスプレイガラスの場合、非架橋酸素はガラス組成へのアルカリ土類酸化物（例えば、ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ及び／またはＢａＯ）の導入によるガラスの成分である酸素を含む。
【０１０７】
いずれか特定の動作理論に束縛されたくはないが、工程（Ｃ'）中に電気分解型反応がおこると考えられる。詳しくは、半導体基板（第１の基板）が電気分解型反応に対する正電極としてはたらき、第１の基板と第２の基板の間の界面領域において反応性酸素がつくられると考えられる。この酸素が半導体材料（例えばシリコン）と反応して、その場で、酸化された半導体の複合領域（例えばシリコンベース半導体については酸化シリコン領域）を形成すると考えられる。この複合領域は界面に始まり、第１の基板内に広がる。第２の基板の酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミック内の非架橋酸素の存在が第１の基板の半導体材料と反応する酸素の発生に役割を果たすと考えられる。
【０１０８】
そのような反応性酸素の発生及びその半導体材料との組合せが第１の基板の半導体材料と第２の基板の酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックの間の強固な接合の源である、すなわち第１の基板と第２の基板の間の接合の少なくともある程度（おそらくは全て）は第２の基板から発生する反応性酸素との半導体材料の反応による、と考えられる。従来技法とは異なり、この強固な結合が高温処理、すなわち１０００℃をこえる温度での処理、を必要とせずに達成されることに意義がある。この高温処理を回避できる能力により、第２の基板を低コストで大量に生産できる材料とすることが可能になる。すなわち、高温処理を排除することにより、本発明では、シリコン、石英、ダイアモンド、サファイア等のような高価な高温材料からなる支持基板の必要が排除される。
【０１０９】
詳しくは、高温処理を必要とせずに強固な結合を達成できる能力により、第２の基板を酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミック、一実施形態では１０００℃未満の歪点を示す酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミック、でつくることができる。さらに詳しくは、ディスプレイ用途に対し、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックは一般に８００℃未満、別の実施形態では７００℃未満、の歪点を有する。エレクトロニクス及びその他の用途に対して、歪点は１０００℃未満であることが好ましい。ガラス製作技術で周知のように、歪点が低いガラス及びガラス-セラミックは歪点が高いガラス及びガラス-セラミックよりも生産が容易である。
【０１１０】
接合形成を容易にするためには、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックが少なくともある程度は導電可能であるべきである。酸化物ガラス及び酸化物ガラス-セラミックの導電度はそれぞれの温度に依存し、したがって半導体材料と酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックの間の強固な接合の達成においては、（１）ガラスまたはガラス-セラミックの導電度、（２）工程（Ｃ'）で用いられる温度（Ｔ１及びＴ２）、（３）工程（Ｃ'）中に第１及び第２の基板に印加される電場の強度及び（４）工程（Ｃ'）が実施される時間長の間で調整がなされる。
【０１１１】
一般的ガイドラインとして、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックは１０１６Ω・ｃｍ以下の２５０℃における比抵抗ρ（すなわち、１０−１６Ｓ/ｃｍ以上の２５０℃における導電度）を有することが好ましい。２５０℃におけるρは１０１３Ω・ｃｍ以下であることがさらに好ましく、１０１１.５Ω・ｃｍ以下であることが最も好ましい。石英は１０１１.８Ω・ｃｍの２５０℃における所要比抵抗を有するが、工程（Ｃ'）中に移動できる正イオンを欠いており、したがって、石英は上記手順にしたがうＳＯＩ構造作成における第２の基板としての使用に適していないことになることに注意すべきである。
【０１１２】
第１の基板と第２の基板のいかなる特定の組合せに対しても、当業者であれば本開示から工程（Ｃ'）に対する時間、温度及び電場強度の適する組合せを容易に決定できるであろう。詳しくは、当業者であれば、ＳＯＩ構造が以降の処理及び／または使用中にさらされるであろう様々な力及び環境条件に耐えるに十分に強い、半導体と酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックの間の接合を形成するパラメータの組合せを選択できるであろう。
【０１１３】
接合形成における上記の役割に加えて、工程（Ｃ'）において印加される電場は第２の基板の接合形成面（第２の接合形成面）から第２の基板の力印加面（第２の力印加面）に向かう方向に第２の基板内で正イオン（陽イオン）の移動もおこさせる。そのような移動は、第１の基板と第２の基板の間の界面に始まり、第２の基板内に広がる空乏領域を形成することが好ましい。すなわち、空乏領域は第１の基板と第２の接合形成面に始まり、第２の力印加面に向けて第２の基板内に広がる。
【０１１４】
そのような空乏領域の形成は、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックがアルカリイオン、例えばＬｉ＋１イオン，Ｎａ＋１イオン及び／またはＫ＋１イオンを含有する場合に、そのようなイオンは半導体デバイスの動作を妨げることが知られているから、特に望ましい。アルカリ土類イオン、例えばＭｇ＋２イオン，Ｃａ＋２イオン，Ｓｒ＋２イオン及び／またはＢａ＋２イオンも半導体デバイスの動作を妨げることができ、したがって、空乏領域ではそのようなイオンの濃度も低減されていることが好ましい。
【０１１５】
有意義なことに、空乏領域はいったん形成されると、ＳＯＩ構造が工程（Ｃ'）において用いられる温度と同等であるか、あるいはさらにある程度高い、高温に加熱されても、時間の経過に対して安定であることが見いだされた。高温で形成されると、空乏領域はＳＯＩ構造の通常の使用温度及び形成温度において特に安定である。これらの事由により、使用中または以降のデバイスプロセス中にアルカリイオン及びアルカリ土類イオンがＳＯＩ構造の酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックから半導体中に拡散して戻りはしないであろうことが保証され、これは工程（Ｃ'）の接合形成プロセスの一環として電場を用いることから得られる重要な利点である。
【０１１６】
強固な結合を達成するための動作パラメータの選択と同様に、当業者であれば、所望の幅及び重要な正イオンの全てに対して所望の低減された正イオン濃度をもつ空乏領域の達成に必要な動作パラメータを本開示から容易に決定できる。空乏領域は、存在すれば、本発明の方法態様にしたがって作成されたＳＯＩ構造の特徴的な様相である。
【０１１７】
空乏領域に加えて、電場の印加は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックに含有される可動正イオンの１つないしさらに多くについての「パイルアップ」領域も形成できる。そのような領域は、存在すれば、空乏領域の、第１の基板と第２の基板の間の界面から最遠の側（端）にまたはその近傍にある。パイルアップ領域内では、正イオンの濃度がバルク濃度より高い。例えば、原子％で測定して、パイルアップ領域における正イオンのピーク濃度はバルク濃度の、例えば５倍になり得る。空乏領域と同様に、そのようなパイルアップ領域は、存在すれば、本発明の第２の態様にしたがって作成されたＳＯＩ構造の特徴的な様相である。
【０１１８】
工程（Ｃ'）中の第１及び第２の基板の温度、すなわちＴ１及びＴ２の値は、第１の基板が第１の部分と第２の部分に分割されて、第２の部分が第２の基板に接合され得るように、分離域において半導体基板（第１の基板）を弱化（例えば破断）させるという重要な機能を果たすように選ばれる。このようにして、所望の厚さ、例えば１０ｎｍと５００ｎｍの間、ある場合には５μｍまでの厚さＤｓの、半導体部分を有するＳＯＩ構造が達成される。
【０１１９】
いずれか特定の動作理論に束縛されるつもりはないが、分離域における半導体基板の弱化は主として、接合された第１の基板と第２の基板が工程（Ｃ'）後の、例えば室温まで、冷却される過程でおこると考えられる。Ｔ１及びＴ２の適切な選択（以下を参照のこと）により、この冷却は第１の基板と第２の基板の収縮差を生じさせる。この収縮差が、分離域における第１の基板の弱化／破断として表れる、応力を第１の基板に印加する。以下で論じるように、収縮差は第２の基板が第１の基板より大きく収縮しようとするような収縮差であることが好ましい。
【０１２０】
本明細書で用いられるように、「共通温度への冷却時の収縮差」及び同様の用言は、第１の基板と第２の基板が接合されていなければ、第１の基板と第２の基板がそのような冷却によって異なる大きさで収縮するであろうことを意味する。しかし、第１の基板と第２の基板は工程（Ｃ'）中に接合されており、剛性材料であるから、実際におこる個々の基板の収縮の大きさは、接合されていなければおこるはずの収縮の大きさと異なるであろう。この差により、冷却の結果として、一方の基板は張力を受け、他方の基板は圧縮力を受ける。「収縮しようとする」及び同様の用言は、接合されているときの基板の収縮はそれぞれの基板が接合されていないときの収縮と一般に異なるであろうという事実を表すために本明細書で用いられ、例えば、論じられている基板は冷却の結果としてある程度まで収縮しようとすることはできるが収縮できず、一般に、別の基板に接合されている結果として実際にはそこまで収縮することはないであろう。
【０１２１】
工程（Ｃ'）中に用いられるＴ１及びＴ２の値は第１の基板及び第２の基板の相対熱膨張係数に依存し、これらの値の選択の目標は、冷却中に、確実に、一方の基板、好ましくは第２の基板が他方の基板、好ましくは第１の基板より大きく収縮しようとし、よって分離域に応力が印加され、したがって分離域が弱化されることである。
【０１２２】
一般に、冷却中に第２の基板が第１の基板より大きく収縮しようとするためには、Ｔ１，Ｔ２と第１及び第２の基板の熱膨張係数ＣＴＥ（それぞれＣＴＥ１及びＣＴＥ２）が関係式：
ＣＴＥ２・Ｔ２＞ＣＴＥ１・Ｔ１
を満たすべきである。ここで、ＣＴＥ１は実質的に単結晶の半導体材料の０℃熱膨張係数であり、ＣＴＥ２は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックの０〜３００℃熱膨張係数である。この関係式では、第１及び第２の基板が０℃の共通基準温度まで冷却され、Ｔ１及びＴ２が℃単位で表されるとされている。
【０１２３】
この関係式の適用においては、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックが関係式：
５×１０−７/℃≦ＣＴＥ≦７５×１０−７/℃
を満たす０〜３００℃熱膨張係数ＣＴＥを有することが好ましいことが念頭におかれるべきである。
【０１２４】
比較のため、実質的単結晶シリコンの０℃熱膨張係数はほぼ２４×１０−７/℃であるが、０〜３００℃平均ＣＴＥはほぼ３２.３×１０−７/℃である。第２の基板については７５×１０−７/℃以下のＣＴＥが一般に好ましいが、ある場合、例えば太陽電池のような用途に用いるためのソーダ石灰ガラスの場合には、第２の基板のＣＴＥが７５×１０−７/℃より高くなり得る。
【０１２５】
関係式ＣＴＥ２・Ｔ２＞ＣＴＥ１・Ｔ１からわかるように、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックのＣＴＥ（ＣＴＥ２）が半導体材料のＣＴＥ（ＣＴＥ１）より小さい場合、冷却中に第２の基板が第１の基板より大きく収縮しようとするために必要な温度差Ｔ２−Ｔ１が大きくなるであろう。逆に、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックのＣＴＥが半導体材料のＣＴＥより十分に大きければ、用いられる温度差Ｔ２−Ｔ１を小さくすることができる。実際、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックのＣＴＥが半導体材料のＣＴＥより十分に大きければ、温度差Ｔ２−Ｔ１はゼロに、さらには負にすることができる。しかし、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックのＣＴＥは、一般に、冷却中に第２の基板が第１の基板より大きく収縮しようとするであろうことを保証するためには正の温度差Ｔ２−Ｔ１が必要となるように、半導体材料のＣＴＥに比較的近くなるように選ばれる。Ｔ２＞Ｔ１とすることは、そうすることで酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックの反応性がさらに高くなる傾向があるから、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックの半導体材料との接合形成に役立ち得ることからも望ましい。また、Ｔ２＞Ｔ１とすることは、第１の基板と第２の基板の間の界面から離れる正イオンの移動を容易にできることからも望ましい。
【０１２６】
冷却中の第１の基板と第２の基板の間の収縮差及びその結果の分離域における第１の基板の弱化／破断は、冷却中に第２の基板が第１の基板より大きく収縮しようとさせる手法とは別の手法によって達成することができる。特に、第１の基板を第２の基板より大きく収縮しようとさせることができる。この場合も、第１及び第２の基板のＣＴＥ及び温度の選択によって収縮差が達成される。一般に、この場合に対しては、ＣＴＥ１・Ｔ１がＣＴＥ２・Ｔ２より大きくなることが必要である。
【０１２７】
第１の基板が第２の基板より大きく収縮しようとする場合、第１の基板、特に第１の基板の第２の部分は結果的に、冷却終了時に、圧縮力の下ではなく、張力の下にあるであろう。一般に、半導体膜（第１の基板の第２の部分）は完成ＳＯＩ構造において圧縮力の下にあることが好ましく、したがって、冷却中の収縮差が第２の基板を第１の基板より大きく収縮させようとする手法が好ましいことになる。しかし、用途によっては、半導体膜をある程度の張力の下におくことが好ましい場合もある。
【０１２８】
すなわち、要約すれば、本発明の実施には条件の他の組合せを用いることができるが、本発明の好ましい実施形態においては、工程（Ｃ'）中にＴ２がＴ１より高く、工程（Ｃ'）中に用いられる高温からの冷却中に第２の基板が第１の基板より大きく収縮しようとする。
【０１２９】
本発明のいずれか特定の用途（例えば、いずれか特定の半導体材料及びいずれか特定の酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミック）に対し、ここでも、当業者であれば、所望のＳＯＩ構造を作成するために第１の基板の第１の部分と第２の部分が互いに分離できるように分離域を弱化するに十分なレベルの収縮差を与えるべきＴ１及びＴ２に対する値を、本開示及び特許文献８の開示に基づいて容易に選択できるであろう。
【０１３０】
分離域における第１の部分と第２の部分の分離の結果、それぞれの部分は分離が生じた「剥離」面を有することになる。技術上既知のように、形成されたままの状態においては、すなわち以降のいかなる表面処理よりも前では、そのような剥離面は、一般に少なくとも１ｎｍ ＲＭＳをこえるオーダーであり、例えば１〜１００ｎｍの範囲にあって、用いられるプロセス条件に依存する表面粗さを特徴とし、第１または第２の部分の本体内に存在するより高い濃度の、分離域を形成するために用いられた注入イオン、例えば水素、ヘリウム等を有するであろう。一般的用途において、使用に先立って、剥離面はＲＭＳ表面粗さが１ｎｍ以下まで小さくなるように、例えばエレクトロニクス用途に対しては０.１ｎｍのオーダーのＲＭＳ表面粗さまで、研磨される。本明細書で用いられるように、「剥離面」は形成されたままの表面及び以降のいずれかの表面処理後の表面を含む。
【０１３１】
工程（Ｃ'）中に第１及び第２の基板に印加される圧力により、基板が工程（Ｃ'）の熱及び電場の処理を受けている間、基板が密着していることが保証される。このようにして、基板間の強固な接合の形成を達成することができる。
【０１３２】
一般に、半導体基板（第１の基板、母体基板でもある）はガラスまたはガラス-セラミックの基板（第２の基板）より高いレベルの印加圧力に耐えることができるであろう。したがって、圧力は第２の基板を損傷させずに基板間の密着を与えるように選ばれる。
【０１３３】
広い範囲の圧力を用いることができる。例えば、第１及び第２の基板の、それぞれ、第１及び第２の力印加面に印加される単位面積あたりの力Ｐ'は関係式：
１ｐｓｉ（６.９×１０３Ｐａ）≦Ｐ'≦１００ｐｓｉ（６.９×１０５Ｐａ）
を満たすことが好ましく、関係式：
１ｐｓｉ（６.９×１０３Ｐａ）≦Ｐ'≦５０ｐｓｉ（３.４×１０５Ｐａ）
を満たすことがさらに好ましい。
【０１３４】
ここでも、当業者であれば、本発明のいずれか特定の用途に対して用いられるべき特定の圧力値を本開示から容易に決定できるであろう。
【０１３５】
本発明の第２の態様は単一の第１の基板及び単一の第２の基板を用いて実施することができる。あるいは、本発明の方法は単一の第２の基板上に１つより多くのＳＯＩ構造を形成するために用いることができる。
【０１３６】
例えば、工程（Ａ'）から（Ｄ'）を用いて、第２の基板の全領域は覆わない第１のＳＯＩ構造を形成することができる。その後、工程（Ａ'）から（Ｄ'）を反復して、第１のＳＯＩ構造で覆われていない領域の全てまたは一部を覆う第２のＳＯＩ構造を形成することができる。第２のＳＯＩ構造は第１のＳＯＩ構造と同じとするかまたは異ならせることができる。例えば、第２のＳＯＩ構造は、第１のＳＯＩ構造の作成に用いられた第１の基板の半導体材料と同じかまたは異なる、実質的に単結晶の半導体材料からなる第１の基板を用いて作成することができる。
【０１３７】
さらに好ましくは、工程（Ａ'）において複数の（すなわち２つないしさらに多くの）第１の基板を提供し、工程（Ｂ'）においてこれらの第１の基板の全てを単一の第２の基板と接触させ、次いで、得られた複数の第１の基板／単一の第２の基板からなる集成体に工程（Ｃ'）及び（Ｄ'）を施すことによって単一の第２の基板上に複数のＳＯＩ構造が同時に形成される。工程（Ａ'）において提供される複数の第１の基板は、全てを同じとするか、全てを異ならせるか、あるいはいくつかを同じとしていくつかを異ならせることができる。
【０１３８】
いずれの手法が用いられるとしても、単一の酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックの基板上に得られた複数のＳＯＩ構造は、本発明の特定の用途に適切なように、連続させるかまたは分離させることができる。望ましければ、隣り合う構造のいくつかまたは全ての間の隙間を、例えば半導体材料で、埋めて、いずれか所望の寸法の酸化物ガラスまたは酸化物-セラミックの基板上に１つないしさらに多くの連続半導体層を得ることができる。
【０１３９】
本発明の第２の態様にしたがって作成されるＳＯＩ構造は、直接に、または１つないしさらに多くの中間層を介して、接合された第１の層及び第２の層を有する絶縁体上半導体構造であることが望ましく、ここで、
（ａ'）第１の層は実質的に単結晶の半導体材料からなり、
（ｂ'）第２の層は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなり、
（ｃ'）第１の層と第２の層の間の接合強度は、少なくとも８Ｊ/ｍ２，好ましくは少なくとも１０Ｊ/ｍ２，最も好ましくは少なくとも１５Ｊ/ｍ２である。
【０１４０】
本明細書を通して用いられ、また特許請求の範囲に用いられるように、ＳＯＩ構造の半導体層とガラスまたはガラス-セラミックの層の間の接合強度は、押込試験法を用いて決定される。そのような試験法は、高分子材料、金属材料及び脆性材料を含む、広範な材料への薄膜及び被膜の密着特性を評価するために広く用いられている。この技法により、密着度の定量的尺度が界面歪エネルギー解放率の形態で得られる。
【０１４１】
特許文献８の実施例に開示されるように、ガラス上のシリコン被膜の押込測定は、バーコヴィッチ（Berkovich）ダイアモンド圧子を装着した（米国ミネソタ州エデンプレイリー（Eden Prairie），MTS Systems Corporationの）Nano Indenter IIを用いて行うことができる。もちろん、接合強度値を決定するために他の装置を用いることができる。特許文献８の実施例１２に詳細に論じられているように、ある範囲の負荷にわたって押込を行い、押込の直近周辺領域を離層の形跡について検査した。ディー・ビー・マーシャル（D. B. Marshall）及びエイ・ジー・エバンス（A. G. Evans），「残留応力がかかる薄膜の押込による密着度測定、Ｉ.界面離層の機構（Measurement of Adherence of Residually Stressed Thin Films by Indentation, I. Mechanism of Interface Delamination）」，J. Appl. Phys.，１９８４年，第５６巻，第１０号，ｐ.２６３２〜２６３８を参考にして、接合エネルギーの計算を行った。この文献の該当部分は本明細書に参照として含まれる。この文献の試験法は以下に述べられる特許請求の範囲によって必要とされる接合エネルギーの計算に用いられることになる。
【０１４２】
ＳＯＩ構造が本発明の第２の態様にしたがうプロセスを用いて作成される場合、第１の層は、剥離面である、第２の層から遠い側の表面を有することが望ましいであろう。この場合、第２の層の酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックが、
（ａ'）関係式：
５×１０−７/℃≦ＣＴＥ≦７５×１０−７/℃，及び
ρ≦１０１６Ω・ｃｍ
を満たす、０〜３００℃熱膨張係数ＣＴＥ及び２５０℃及び比抵抗ρ、
及び
（ｂ'）１０００℃より低い歪点Ｔｓ、
を有することも好ましいであろう。
【０１４３】
酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックは、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックの温度Ｔが関係式：
Ｔｓ−３５０≦Ｔ≦Ｔｓ＋３５０
を満たすときに、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミック内の分布を電場によって変えることができる正イオンも含有するであろう。ここでＴｓ及びＴは℃単位である。
【０１４４】
理解されるであろうように、ガラスまたはガラス-セラミックの層と、ガラスまたはガラス-セラミックの層に接合された半導体層、例えばシリコン層の間の接合の強度は、ＳＯＩ構造の基幹特性である。ＳＯＩ構造上またはＳＯＩ構造内での薄膜トランジスタまたはその他のデバイスの作成にともなうプロセスにＳＯＩ構造が耐え得ることを保証するためには、高い接合強度及び耐久性が極めて重要である。例えば、高接合強度は、切断工程、研磨工程及び同様のプロセス工程中のデバイス保全性を与える上で重要である。高接合強度により、ガラスまたはガラス-セラミックの基板に接合されたままでの、薄い半導体膜を含む、様々な厚さの半導体膜の処理も可能になる。
【０１４５】
ＳＯＩ構造を作成するための標準的な熱プロセスに対してＳｉ-ＳｉＯ２結合の結合エネルギーがアニール温度に依存し、１１００℃アニール後に１〜４Ｊ/ｍ２の範囲にあることが知られている。キュー・ワイ・トン（Q. Y. Tong）及びユー・ゴセル（U. Gosele），「半導体ウエハ接合形成（Semiconductor Wafer Bonding）」，（米国ニューヨーク），ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社（John Wiley & Sons Inc.），１９９４年，ｐ.１０８を参照されたい。特許文献８に述べられる実施例によって実証されているように、本発明の第２の態様にしたがえば、これまでに達成された接合エネルギーよりもかなり高いＳＯＩ構造に対する接合強度、すなわち少なくとも８Ｊ/ｍ２の接合強度が得られる。
【０１４６】
本発明の第２の態様のプロセスにしたがえば、以下に示すＩ〜IXの特徴を有するＳＯＩ構造を作成することができる。
【０１４７】
Ｉ：直接に、または１つないしさらに多くの中間層を介して、接合された第１及び第２の層を有する絶縁体上半導体構造。ここで、
（ａ'）第１の層は、
（ｉ） 実質的に単結晶の半導体材料からなり、
（ii） 距離Ｄｓだけ隔てられた、実質的に平行な第１及び第２の面を有し、第１の面は第２の面より第２の層に近く、
（iii）（１）第１の層内にあり、（２）第１の面に実質的に平行であり、（３）距離Ｄｓ/２だけ第１の面から隔てられた、基準面を有し、
（iv） 第１の面から始まり、第２の面に向かって広がる高酸素濃度領域を有し、高酸素濃度領域は関係式：
δＨ≦２００ｎｍ
を満たす厚さδＨを有する。ここで、δＨは、第１の面と、（１）第１の層内にあり、（２）第１の面に実質的に平行であり、（３）関係式：
ＣＯ（ｘ）−ＣＯ/基準≧５０％，  ０≦ｘ≦δＨ
が満たされる、第１の面から遠い側の面である、面との間隔であり、ここで、
ＣＯ（ｘ）は第１の面からの距離ｘの関数としての酸素濃度であり、
ＣＯ/基準は基準面における酸素濃度であり、
ＣＯ（ｘ）及びＣＯ/基準は原子％単位である。
【０１４８】
及び
（ｂ'）第２の層は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなる。
【０１４９】
本発明のこの態様の高酸素濃度領域は、半導体材料内にある点で、接合形成前に半導体基板の外面上に形成される酸化物層（例えば米国特許第５９０９６２７号明細書を参照されたい）と弁別されるべきであることに注意すべきである。特に、本発明の第２の態様にしたがうプロセスを用いてＳＯＩ構造が作成される場合、高酸素濃度領域は、半導体層と酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックの複合領域が形成されるように、その場で形成される。
【０１５０】
II：直接に、または１つないしさらに多くの中間層を介して、接合された第１及び第２の層を有する絶縁体上半導体構造。ここで、
（ａ'）第１の層は実質的に単結晶の半導体材料からなり、剥離面である、第２の層から遠い側の面を有する。
【０１５１】
及び
（ｂ'）第２の層は、
（ｉ） 距離Ｄ２だけ隔てられた、実質的に平行な第１及び第２の面を有し、第１の面は第２の面より第１の層に近く、
（ii） （１）第２の層内にあり、（２）第１の面に実質的に平行であり、（３）距離Ｄ２/２だけ第１の面から隔てられた、基準面を有し、
（iii）１つないしさらに多くのタイプの正イオンを含有し、それぞれのタイプの正イオンが基準面において基準濃度Ｃｉ/基準を有する、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなり、
（iv） 第１の面から始まり、基準面に向かって広がる、少なくとも１つのタイプの正イオンの濃度がそのイオンについての基準濃度Ｃｉ/基準に対して低められている領域（正イオン空乏領域）を有する。
【０１５２】
III：直接に、または１つないしさらに多くの中間層を介して、接合された第１及び第２の層を有する絶縁体上半導体構造。ここで、
（ａ'）第１の層は、厚さが１０μｍ未満（いくつかの実施形態では５μｍ未満、いくつかの別の実施形態では１μｍ未満）の、実質的に単結晶の半導体材料からなり、
（ｂ'）第２の層は、
（ｉ） 距離Ｄ２だけ隔てられた、実質的に平行な第１及び第２の面を有し、第１の面は第２の面より第１の層に近く、
（ii） （１）第２の層内にあり、（２）第１の面に実質的に平行であり、（３）距離Ｄ２/２だけ第１の面から隔てられた、基準面を有し、
（iii）１つないしさらに多くのタイプの正イオンを含有し、それぞれのタイプの正イオンが基準面において基準濃度Ｃｉ/基準を有する、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなり、
（iv） 第１の面から始まり、基準面に向かって広がる、少なくとも１つのタイプの正イオンの濃度がそのイオンについての基準濃度Ｃｉ/基準に対して低められている領域（正イオン空乏領域）を有する。
【０１５３】
このＳＯＩ構造に関し、従属項（ａ'）の１０μｍ制限は半導体ウエハの厚さよりかなり小さいことに注意すべきである。例えば、市販のシリコンウエハの厚さは一般に１００μｍより大きい。
【０１５４】
IV：直接に、または１つないしさらに多くの中間層を介して、接合された第１及び第２の層を有する絶縁体上半導体構造。ここで、
（ａ'）第１の層は実質的に単結晶の半導体材料からなり、
（ｂ'）第２の層は１つないしさらに多くのタイプの正イオンを含有する酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなり、酸化物ガラス内または酸化物ガラス-セラミック内のリチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオンの濃度の総和が酸化物ベースで１.０重量％未満であり、好ましくは０.１重量％未満（すなわち、重量％Ｌｉ２Ｏ＋重量％Ｋ２Ｏ＋重量％Ｎａ２Ｏ＜１.０重量％，好ましくは＜０.１重量％）であり、
第１の層が１０ｃｍより大きい最大寸法（例えば、円形層の場合は直径、矩形層の場合は対角線、等）を有する。
【０１５５】
Ｖ：直接に、または１つないしさらに多くの中間層を介して、接合された第１及び第２の層を有する絶縁体上半導体構造。ここで、
（ａ'）第１の層は実質的に単結晶の半導体材料からなり、
（ｂ'）第２の層は、
（ｉ） 距離Ｄ２だけ隔てられた、実質的に平行な第１及び第２の面を有し、第１の面は第２の面より第１の層に近く、
（ii） （１）第２の層内にあり、（２）第１の面に実質的に平行であり、（３）距離Ｄ２/２だけ第１の面から隔てられた、基準面を有し、
（iii）１つないしさらに多くのタイプの正イオンを含有し、それぞれのタイプの正イオンが基準面において基準濃度Ｃｉ/基準を有する、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなり、
（iv） 第１の面から始まり、基準面に向かって広がる、少なくとも１つのタイプの正イオンの濃度がそのイオンについての基準濃度Ｃｉ/基準に対して低められている領域（正イオン空乏領域）を有し、正イオン空乏領域が遠端（すなわち、基準面に近い側の端）を有し、
（ｖ） 正イオン空乏領域の遠端の近傍に、少なくとも１つのタイプの正イオンの濃度がその正イオンについての基準濃度Ｃｉ/基準に対して高められている領域（パイルアップ領域）を有する。
【０１５６】
VI：直接に、または１つないしさらに多くの中間層を介して、接合された第１及び第２の層を有し、接合強度が少なくとも８Ｊ/ｃｍ２であり，いくつかの実施形態では少なくとも１０Ｊ/ｃｍ２，いくつかの実施形態では少なくとも１５Ｊ/ｃｍ２であって、第１の層は実質的に単結晶の半導体材料からなり、第２の層は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなり、第１の層の少なくとも第２の層に近い領域が、その領域を互いに独立に相対的に伸張及び収縮することができる実質的に独立した領域に分割するリセスを有する、絶縁体上半導体構造。
【０１５７】
このＳＯＩ構造のいくつかの実施形態では、リセスは第１の層の全厚（Ｄｓ）にわたって延びる。
【０１５８】
VII：直接に、または１つないしさらに多くの中間層を介して、接合された第１及び第２の層を有し、第１の層は実質的に単結晶の半導体材料からなり、第２の層はシリカ及び網状構造形成材として１つないしさらに多くのその他の酸化物（例えば、Ｂ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３及び／またはＰ２Ｏ５）を含有するガラスまたはガラス-セラミックからなり、第１の層が、第２の層に接し、酸化シリコン（すなわち、ＳｉＯｘ，１≦ｘ≦２）を含むが、上記１つないしさらに多くのその他の酸化物は含まず、厚さが２００ｎｍ以下の領域を有する、絶縁体上半導体構造。
【０１５９】
VIII：実質的に単結晶の半導体材料（材料Ｓ）及び、正イオンを含有する、酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミック（材料Ｇ）を有する絶縁体上半導体構造であって、その構造の少なくとも一部が、
材料Ｓ，
酸素含有量が高められている材料Ｓ，
少なくとも１つのタイプの正イオンについて正イオン濃度が低められている材料Ｇ，
少なくとも１つのタイプの正イオンについて正イオン濃度が高められている材料Ｇ，及び
材料Ｇ，
をこの順序で有する、絶縁体上半導体構造。
【０１６０】
本発明の第２の態様のプロセスにしたがって作成することができる、上述したＳＯＩ構造Ｉ〜VIII及び以下に説明される別のＳＯＩ構造のそれぞれに関し、絶縁体上半導体構造の「絶縁体」コンポーネントは、第２の基板としての酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックの使用によって本発明で自動的に提供されることに注意すべきである。ガラスまたはガラス-セラミックの絶縁機能は、第１の基板と第２の基板の間の界面が正イオン空乏領域を含む場合にさらに一層強化される。特定の例として、ＳＯＩ構造VIIIにおいては、材料Ｇの全てが絶縁体である。さらに、酸素濃度が、少なくともある程度、高められた材料Ｓは、達成される酸素濃度に応じて絶縁体として機能することができる。そのような場合、材料Ｓより後の全てがＳＯＩ構造の絶縁体を構成する。単結晶半導体材料は、例えば半導体特性を付与する目的のために、様々なレベルでドーパントをドープできることにも注意すべきである。
【０１６１】
本発明にしたがう絶縁機能の自動実装は、半導体膜が半導体ウエハに接合され、絶縁機能を達成するために絶縁体層、例えばＳｉＯ２層が半導体膜と半導体ウエハの間に挟み込まれる（埋め込まれる）必要がある、通常のＳＯＩ構造に比べて著しい相違を示す。
【０１６２】
本発明の第２の態様にしたがえば、本発明の方法は単一の酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックの基板上に複数のＳＯＩ構造を作成するために実施することができ、ＳＯＩ構造は、全てを同じとするか、全てを異ならせるか、あるいはいくつかを同じとし、いくつかを異ならせることができる。同様に、本発明の第２の態様で得られる製品は、単一の第２の層上に複数の第１の層を有することができ、ここでも、第１の層は、全てを同じとするか、全てを異ならせるか、あるいはいくつかを同じとし、いくつかを異ならせることができる。
【０１６３】
単一の第１の層または複数の第１の層のいずれが用いられるとしても、得られるＳＯＩ構造は、第２の層の第１の表面の全てまたは実質的に全て（すなわち＞９５％）が（直接に、または１つないしさらに多くの中間層を介して）１つないしさらに多くの種類の実質的に単結晶の半導体層に接合されていることができ、あるいは実質的に単結晶ではない半導体材料である材料に覆われた第１の面のかなりの領域（以降「非単結晶半導体領域」と称される）を有することができる。
【０１６４】
非単結晶半導体領域において、第１の面は、直接に、または１つないしさらに多くの中間層を介して、例えば非晶質及び／または多結晶の半導体材料、例えば非晶質シリコン及び／または多結晶シリコンに接合させることができる。そのような比較的安価な材料は、一般にディスプレイエレクトロニクスのいくつかの部品、例えば、高性能半導体材料を必要とする、周辺ドライバ、画像プロセッサ、タイミングコントローラ等にしか実質的に単結晶の半導体材料が必要とされない、ディスプレイ用途に特に有益であり得る。技術上周知のように、多結晶半導体材料、特に多結晶シリコンは、非晶質材料が、ＬＣＤガラス基板のような、基板に被着された後に、非晶質材料の熱結晶化（例えばレーザベース熱結晶化）によって得ることができる。
【０１６５】
第２の層の第１の面の全体が実質的に単結晶の半導体材料または非単結晶半導体材料で覆われる必要がないことは、もちろんである。むしろ、指定された領域は、そのような領域間のスペースが露出した第２の層であるかまたは１つないしさらに多くの非半導体材料に接合された第２の層である、半導体材料を有することができる。そのようなスペースの大きさは本発明の特定に用途に適切であるように、広くすることも狭くすることもできる。例えば、液晶ディスプレイのような、ディスプレイ用途の場合、ガラス層の（例えば、ほぼ７５〜８０％より広い）大部分は一般に実質的に単結晶の半導体材料または非単結晶半導体材料のいずれにも覆われることはないであろう。
【０１６６】
単一の第２の層に接合された複数の第２の層により、実質的に単結晶の半導体材料からなる広い領域を有するＳＯＩ構造を得ることができる。すなわち、本発明の第２の態様のプロセスにしたがえば、また別のＳＯＩ構造IXを作成することができる。
【０１６７】
IX：直接に、または１つないしさらに多くの中間層を介して、接合された第１及び第２の層を有する絶縁体上半導体構造。ここで、
（ａ'）第１の層は、それぞれが実質的に単結晶の半導体材料からなる、複数の領域を有し、
（ｂ'）第２の層は酸化物ガラスまたは酸化物ガラス-セラミックからなり、
（ｃ'）複数の領域のそれぞれは関係式：
【数８】
0005443977.tif 000009
【０１６８】
満たす表面積Ａｉを有する。ここで、領域のいずれもが円周を有していればＡＴ＝７８０ｃｍ２であり、領域のいずれもが円周を有していなければＡＴ＝５００ｃｍ２である。
【０１６９】
上述と同様に、様々な領域の実質的の単結晶の半導体材料は、全てを同じとするか、全てを異ならせるか、あるいはいくつかを同じとし、いくつかを異ならせることができる。同様に、１つないしさらに多くの中間層が用いられる場合、中間層は、様々な領域に対して、全てを同じとするか、全てを異ならせるか、あるいはいくつかを同じとし、いくつかを異ならせることができる。特に、１つないしさらに多くの領域において実質的に単結晶の半導体材料を１つないしさらに多くの中間層を介して第２の層に接合させることができ、１つないしさらに多くの別の領域において半導体材料を第２の層に直接に接合させることができる。
【０１７０】
本発明の第２の態様のプロセスにしたがって作成できる、上述のＳＯＩ構造Ｉ〜IXに関し、第１の基板と第２の基板の間の１つないしさらに多くの中間層は、存在する場合、複合厚は１００ｎｍ未満であることが好ましく、いくつかの実施形態では５０ｎｍ未満、いくつかの実施形態では３０ｎｍ未満である。
【０１７１】
上に挙げた個々のＳＯＩ構造Ｉ〜IXに加えて、本発明の第２の態様のプロセスはＳＯＩ構造Ｉ〜IXの特徴のいずれかまたは全ての組合せを有するＳＯＩ構造を作成するために用いることもできる。例えば、ＳＯＩ構造のいくつかの実施形態は少なくとも８Ｊ/ｃｍ２の接合強度を有し得ることが好ましく、いくつかの実施形態では接合強度が少なくとも１０Ｊ/ｃｍ２であることが好ましく、いくつかの実施形態では接合強度が少なくとも１５Ｊ/ｃｍ２であることが最も好ましい。同様に、ＳＯＩ構造は、少なくとも１つの剥離面、少なくとも１つの正イオン空乏領域、少なくとも１つのパイルアップ領域及び／または厚さが１０μｍ未満の半導体層を有し得ることが好ましい。
【０１７２】
以下の非限定的実施例によって本発明をさらに説明する。
【実施例】
【０１７３】
具体例１（対照例）
１５０ｍｍ径、５００μｍ厚のシリコンウエハに、標準的な無改修の従来型イオンシャワー装置において、Ｈ３＋イオンを２Ｅ１６（すなわち２×１０１６）Ｈ３＋イオン/ｃｍ２のドーズ量及び６０ｋｅＶの注入エネルギーでイオン注入した。次いで、ウエハを酸素プラズマ内で処理して表面基を酸化した。次いで、１００ｍｍ径のコーニング社ＥＡＧＬＥ２０００ガラスウエハを超音波層内でFischer Scientific Contrad 70 洗剤を用いて１５分間洗浄し、続いて超音波層内で蒸留水洗浄を１５分間行い、次いで１０％硝酸溶液内で洗浄し、続いて蒸留水洗浄を再度行った。これらのウエハはいずれも最後に、クリーンルームにおいてスピン洗浄／乾燥機内で蒸留水を用いて洗浄した。
【０１７４】
次いで２枚のウエハをウエハの間から空気を確実に逃すようにして接触させ、次いでウエハをボンダーに入れ、特許文献８の教示にしたがって接合させた。ガラスウエハを負電極上に置き、シリコンウエハを正電極上に置いた。２枚のウエハを５２５℃（シリコンウエハ）及び５７５℃（ガラスウエハ）に加熱した。１７５０Ｖの電圧をウエハ表面にかけて印加した。電圧を２０分間印加し、２０分経過後電圧をゼロにして、ウエハを室温まで冷却した。ウエハは容易に分離できた。剥離シリコン膜の断面のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像を撮影した。ＴＥＭ像が図７に示され、図７はシリコン膜が厚さ全体にわたって損傷を受け、シリコン膜がエレクトロニクス用途にはほとんど使用できなくなっていることを示す。
【０１７５】
具体例２（本発明）
具体例１の実験を同じ実験パラメータを用い、ただし質量分離を可能にし、したがって所望の種Ｈ３＋だけの注入を可能にする分析磁石を備える装置内で、反復した。この結果、損傷が実質的に破断域に限定され、この破断域は研磨またはエッチングによって除去できて、電子デバイスに有用な、良好な無損傷シリコン層が表れると考えられる。Ｈ３＋イオン注入に続けてＨｅ＋イオン注入を行う別の実験でも同様の結果が得られると考えられる。
【０１７６】
本発明の範囲及び精神を逸脱しない様々な改変及び変更が本発明になされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変更が添付される特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入れば、本発明はそのような改変及び変更を包含するとされる。
【符号の説明】
【０１７７】
１０１    母体基板
１０３，１０５    母体基板外部表面
１１３    イオン注入域
１１５    剥離膜
３０７    プラズマチャンバ
３０９    プラズマ
３１１    イオン
３１３    注入チャンバ
３１５    ウエハ
４０１    質量分析型イオンシャワー装置
４０３    磁気分析器
４０５    磁場
【図１】
0005443977.tif 000010
【図２】
0005443977.tif 000011
【図３】
0005443977.tif 000012
【図４】
0005443977.tif 000013
【図５】
0005443977.tif 000014
【図６】
0005443977.tif 000015
【図７】
0005443977.tif 000016