(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルウエハ（５）と、該ハンドルウエハ（５）に結合する炭化ケイ素ドナー層（４４）とを含む多層半導体ウエハの製造方法において、
ａ）ハンドルウエハ（５）を提供するステップ、
ｂ）ドナー層（２）と残部（３）とを含み、該ドナー層（２）が単結晶シリコンを含むものである、ドナーウエハ（１）を提供するステップ、
ｅ）該ハンドルウエハ（５）に該ドナーウエハ（１）の該ドナー層（２）を結合させるステップ、及び
ｆ）該ドナーウエハの該残部（３）を除去して、該ハンドルウエハ（５）に結合したままの該ドナー層（２）を露出させるステップを含み、更に
ｃ）該ドナー層（２）に炭素イオンを注入して、該ドナー層（２）内に注入炭素を含む層（４）を作製するステップ、及び
ｄ）該注入炭素を含む層（４）を含む該ドナー層（２）を熱処理して、該ドナー層（２）の少なくとも一部に炭化ケイ素ドナー層（４４）を形成するステップ
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
該ハンドルウエハ（５）が非単結晶材料からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該ハンドルウエハ（５）が多結晶材料からなる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
該ハンドルウエハ（５）が多結晶炭化ケイ素からなる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
示された順序で、以下のステップ：
ａ）ハンドルウエハ（５）を提供するステップ、
ｂ）ドナー層（２）と残部（３）とを含み、該ドナー層（２）が単結晶シリコンを含むものである、ドナーウエハ（１）を提供するステップ、
ｃ）該ドナー層（２）に炭素イオンを注入して、該ドナー層（２）内に注入炭素を含む層（４）を作製するステップ、
ｄ）該注入炭素を含む層（４）を含む該ドナーウエハ（１）を熱処理して、該ドナー層（２）と少なくとも重なった炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するステップであって、該重なった部分が該炭化ケイ素ドナー層（４４）を形成し、該炭化ケイ素ドナー層（４４）が、該ドナー層（２）の表面に位置する単結晶シリコンを含む表面層（２１）で覆われるステップ、
ｅ）該ハンドルウエハ（５）に該ドナーウエハ（１）の該ドナー層（２）を結合させるステップ、及び
ｆ）該ドナーウエハの残部（３）を除去して、該ハンドルウエハ（５）に結合したままの該炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させるステップ
を含む、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも該ドナーウエハの該表面層（２１）がステップｅ）の前に除去される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
示された順序で、以下のステップ：
ａ）ハンドルウエハ（５）を提供するステップ、
ｂ）ドナー層（２）と残部（３）とを含み、該ドナー層（２）が単結晶シリコンを含むものである、ドナーウエハ（１）を提供するステップ、
ｃ）該ドナー層（２）に炭素イオンを注入して、該ドナー層（２）内に注入炭素を含む層（４）を作製するステップであって、該層（４）が、該ドナー層（２）の表面に位置する単結晶シリコンを含む表面層（２１）によって覆われた注入炭素を含む、ステップ、
ｅ）該ハンドルウエハ（５）に該ドナーウエハ（１）の該ドナー層（２）を結合させるステップ、
ｄ）該注入炭素を含む層（４）を含む該結合したハンドルウエハ（５）及びドナーウエハ（１）を熱処理して、該ドナー層（２）と少なくとも重なった炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するステップであって、該重なった部分が該炭化ケイ素ドナー層（４４）を形成するステップ、及び
ｆ）該ドナーウエハの該残部（３）を除去して、該ハンドルウエハ（５）に結合したままの該炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させるステップ
を含む、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
示された順序で、以下のステップ：
ａ）ハンドルウエハ（５）を提供するステップ、
ｂ）ドナー層（２）と残部（３）とを含み、該ドナー層（２）が単結晶シリコンを含むものである、ドナーウエハ（１）を提供するステップ、
ｃ）該ドナー層（２）に炭素イオンを注入して、該ドナー層（２）内に注入炭素を含む層（４）を作製するステップであって、該層（４）が、該ドナー層（２）の表面に位置する単結晶シリコンを含む表面層（２１）によって覆われた注入炭素を含むステップ、
ｅ）該ハンドルウエハ（５）に該ドナーウエハ（１）の該ドナー層（２）を結合させるステップ、
ｆ）該ドナーウエハの該残部（３）の少なくとも一部を除去するステップであって、該ドナー層（２）が該ハンドルウエハ（５）に結合したままであるステップ、及び
ｄ）該注入炭素を含む層（４）を含む該結合したハンドルウエハ（５）及びドナー層（２）を熱処理して、該ドナー層（２）と少なくとも重なった炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するステップであって、該重なった部分が該炭化ケイ素ドナー層（４４）を形成するステップ
を含む、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも該ドナーウエハの該表面層（２１）がステップｅ）の前に除去される、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
該ドナーウエハの該残部（３）の一部をステップｆ）において除去し、該ドナーウエハの該残部の残余（３１）を、ステップｄ）における熱処理の後で追加ステップにおいて除去して、該炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
示された順序で、以下のステップ：
ａ）ハンドルウエハ（５）を提供するステップ、
ｂ）ドナー層（２）と残部（３）とを含み、該ドナー層（２）が単結晶シリコンを含むものである、ドナーウエハ（１）を提供するステップ、
ｅ）該ハンドルウエハ（５）に該ドナーウエハ（１）の該ドナー層（２）を結合させるステップ、
ｆ）該ドナーウエハの該残部（３）を除去して、該ハンドルウエハ（５）に結合したままの該ドナー層（２）を露出させるステップ、
ｃ）該ドナー層（２）に炭素イオンを注入して、該ドナー層（２）内に注入炭素を含む層（４）を作製するステップ、
ｄ）該注入炭素を含む層（４）を含む該結合したハンドルウエハ（５）及びドナー層（２）を熱処理して、該ドナー層（２）と少なくとも重なった炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するステップであって、該重なった部分が該炭化ケイ素ドナー層（４４）を形成し、該炭化ケイ素ドナー層（４４）が、該ドナー層（２）の表面に位置する単結晶シリコンを含む表面層（２１）によって覆われるステップ、及び
ｇ）単結晶シリコンを含む少なくとも該表面層（２１）を除去して、該炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させるステップ
を含む、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
該炭化ケイ素ドナー層（４４）が単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）を含み、且つ、該炭化ケイ素ドナー層（４４）が、ステップｆ）又はステップｇ）、又は該単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）が露出するような仕方での該方法の終了時の追加ステップにおいて露出される、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
該炭化ケイ素ドナー層（４４）の該露出表面を平滑化させるステップｈ）を更に含む、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
該炭化ケイ素ドナー層（４４）の該表面上にエピタキシャル層（６）を堆積させるステップｉ）を更に含む、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
該エピタキシャル層（６）が、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化インジウムガリウム、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化カドミウム及び酸化マグネシウムの群から選択される材料からなる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
軽イオンをドナーウエハ（１）に注入して、該ドナーウエハの該ドナー層（２）と該残部（３）との間の分離層を明確にしてから、該ハンドルウエハ（５）に該ドナーウエハ（１）を結合させ、且つ、該ドナーウエハの該残部（３）を、事前に明確にされた分離層における熱的切断をもたらす熱処理によってステップｆ）において除去する、請求項１から１５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
ハンドルウエハ（５）と、該ハンドルウエハ（５）に結合する炭化ケイ素ドナー層（４４）とを含み、該炭化ケイ素ドナー層（４４）が少なくとも１つの可変炭素濃度ゾーン（４１、４３）を含み、炭素原子の濃度が該層（４４）の界面に対して垂直の方向に変化する、多層半導体ウエハ。
【請求項１８】
該炭化ケイ素ドナー層（４４）が、Ｘ線回折によって決定されるように、双晶を含まず、且つ、更なる炭化ケイ素ポリタイプを含まない、請求項１７に記載の多層半導体ウエハ。
【請求項１９】
１００ｍｍ超の直径を特徴とする、請求項１７または１８に記載の多層半導体ウエハ。
【請求項２０】
炭化ケイ素ドナー層（４４）が、少なくとも９０％の結晶質炭化ケイ素からなる該ハンドルウエハ（５）に結合しない界面を有する、請求項１７から１９までのいずれか１項に記載の多層半導体ウエハ。
【請求項２１】
該炭化ケイ素ドナー層（４４）が単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）を含む、請求項１７から２０までのいずれか１項に記載の多層半導体ウエハ。
【請求項２２】
該炭化ケイ素ドナー層（４４）が、走査型電子顕微鏡によって決定されるように、マイクロパイプを含まない、請求項１７から２１までのいずれか１項に記載の多層半導体ウエハ。
【請求項２３】
該炭化ケイ素ドナー層（４４）がイオンビーム合成炭化ケイ素層である、請求項１７から２２までのいずれか１項に記載の多層半導体ウエハ。
【請求項２４】
該炭化ケイ素ドナー層（４４）の炭化ケイ素が３ｃ構造を有する、請求項１７から２３までのいずれか１項に記載の多層半導体ウエハ。
【請求項２５】
該炭化ケイ素ドナー層（４４）が１５ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有する、請求項１７から２４までのいずれか１項に記載の多層半導体ウエハ。
【請求項２６】
該ハンドルウエハ（５）が多結晶炭化ケイ素からなる、請求項１７から２５までのいずれか１項に記載の多層半導体ウエハ。
【請求項２７】
該ハンドルウエハ（５）と該炭化ケイ素ドナー層（４４）との間の少なくとも１つの挿入層を特徴とし、該挿入層が絶縁層、反射層又は封止層からなる群から選択される、請求項１７から２６までのいずれか１項に記載の多層半導体ウエハ。
【請求項２８】
該ハンドルウエハ（５）と該炭化ケイ素ドナー層（４４）との間に挿入される単結晶シリコンからなる更なる層（２１）を特徴とする、請求項１７から２７までのいずれか１項に記載の多層半導体ウエハ。
【請求項２９】
炭化ケイ素ドナー層（４４）上に堆積するエピタキシャル層（６）を特徴とし、該エピタキシャル層（６）が、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化インジウムガリウム、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化カドミウム及び酸化マグネシウムの群から選択される材料からなる、請求項１７から２８までのいずれか１項に記載の多層半導体ウエハ。
【請求項３０】
素子がＬＥＤ、高電子移動度トランジスタ、マイクロ波素子、高周波素子又は電源素子である、請求項２９に記載の多層半導体ウエハ上に作製された素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンドルウエハと炭化ケイ素ドナー層とを含む多層半導体ウエハ、及びそれを製造する方法に関する。
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、その高直接バンドギャップ、高電子飽和速度及び高電圧遮断能力のため、多くの場合、半導体素子の活性層として使用される。直接バンドギャップは、緑色及び青色のＬＥＤ及びレーザーダイオードの作製に非常に適している。また、窒化アルミニウムガリウム（ＧａＡｌＮ）及び窒化インジウムガリウム（ＧａＩｎＮ）の結晶は、これらの用途に使用することが可能であり、ＧａＡｌＮはより大きなバンドギャップを有し、ＧａＩｎＮはより小さいバンドギャップを有する。また、窒化物に基づく素子は、マイクロ波素子、高電源素子及びＨＥＭＴにおいて使用される。
【０００３】
しかしながら、ＧａＮ結晶は成長が困難であり、結晶成長方法は、今までのところ、純粋な結晶インゴットの製造に商業的に利用可能ではない。通常、ＧａＮウエハは、後続の基板除去による適切な基質上のＧａＮ成長によって作製される。これらの「準バルク」ＧａＮウエハは、高欠陥密度を示し、成長に比較的費用がかかる。多くの素子の用途において、ＧａＮの薄層は適切な基板上で成長する。
【０００４】
ＧａＮ膜及びウエハの成長のための基板としては、多くの場合、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板が使用される。これらの基板は、格子定数の整合性を許容し得るものとし、ＧａＮ成長及び素子特性についての電気的性質及び熱的性質を良好にするが、１００ｍｍ未満の小さい直径に限定されている。単結晶ＳｉＣウエハは、シリコンウエハよりも非常に費用がかかる。更に、バルクＳｉＣウエハには、マイクロパイプ、異なるポリタイプの混在物等の欠損があり、その欠損は結晶成長中に発生する。
【０００５】
別の方法は、直接、又はＳｉＣエピタキシャル中間層を介するかのいずれかで、ＧａＮ層のエピタキシャル成長のためのバルクシリコンウエハを使用することである。大径シリコンウエハは容易に利用可能であるが、緩衝層上のＧａＮ膜の成長によって高転位密度が生じ、その高転位密度によってそのような材料の使用が限定される。更に、ＧａＮ層上のシリコンウエハによって誘発される極度の引張応力のため、ＧａＮ膜の亀裂が生じる可能性がある。前記応力は、シリコンウエハ及びＧａＮ層の熱膨張係数が異なることによってもたらされるものである。前記応力があまりに大きい場合、ウエハは、エピタキシャル方法中に破損することさえあり得る。更に、ＳｉＣのエピタキシャル成長には、多くの欠損、特に双晶及びヒロックが発生するという短所がある。
【０００６】
また、ＳｉＣ（国際特許公開第ＷＯ０３／０３４４８４号）のイオンビーム合成のための基板として、シリコンウエハを使用することが知られている。この手法では、シリコンウエハに炭素イオンを注入し、高温でアニールして、シリコン表面の下にＳｉxＣyの埋込層を作製する。埋込まれたイオンビーム合成ＳｉＣ（ＩＢＳ−ＳｉＣ）層は、最上層のシリコン層とシリコン基板の底部との明確に限定された境界なしに、ストイキオメトリー（ｘ、ｙ）の度合いが変化し、結晶化度が変化する。埋込層は、自由表面を有さず、配向が異なる多くのＳｉＣナノ混在物、格子欠陥、単結晶ＳｉＣ領域、非晶質混在物及び注入範囲外損傷を含む。適切な注入及びアニール条件下で、単結晶ＳｉＣ領域が、注入炭素イオンの平均深度におおよそ対応する深さで形成される。最上層のシリコン層が除去される場合、ＧａＮはＩＢＳ−ＳｉＣ層上で成長し得る。しかしながら、シリコンとＧａＮとの熱膨張係数が異なることによるＧａＮ堆積中の間の亀裂の課題が依然として存在する。
【０００７】
ＧａＮ層のエピタキシャル成長中の亀裂又はウエハ破損の課題は、例えば多結晶ＳｉＣからなる適合した熱膨張係数を有するベースウエハ又はハンドルウエハに薄い単結晶ＳｉＣ層を転写することによって解決され得る。米国特許第６３２８７９６号は、シリコンドナーウエハの表面を炭化し、多結晶ＳｉＣからなるベースウエハにシリコンドナーウエハのＳｉＣ層を結合し、ＳｉＣ層を露出させるためにシリコンドナーウエハの残余を除去することによって表面３ｃ−ＳｉＣ層を作製する方法を開示している。
【０００８】
シリコン基板の炭化によって、多数の転位、積層欠陥、空隙及び平面欠陥（例えば逆位相境界（ＡＰＢ））が生じる（Ｍｅｎｄｅｚ  ｅｔ  ａｌ．，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｆｏｒｕｍ，Ｖｏｌｓ．４８３−４８５（２００５），ｐｐ．１８９−１９２）。炭化と関連した大きな欠損の生成は、部分的にシリコンとＳｉＣ（２０％）との間の大きな格子不整合によるものであり、そして異なる相及び積層の順により互いに独立に核形成するＳｉＣアイランドの合体とによるものであり、それによって平面欠陥の密度が高くなる（Ｚｅｔｔｅｒｌｉｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ＳｉＣ  ｄｅｖｉｃｅｓ，ＥＭＩＳ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｓｅｒｉｅｓ  ２，ＩＳＢＮ  ０８５２９６９９８８，Ｃｈａｐｔｅｒ  ２，ｐｐ．３９−４０）。更に、前駆ガス中のＣ：Ｓｉ比は、更なる欠損を回避するために炭化過程及び以下のＳｉＣエピタキシャル成長中に厳密に制御する必要がある。炭化層上のＳｉＣのエピタキシャル成長は、幾つかの逆位相境界の自己消滅により早期の成長層の結晶破損の一部を低減させることができるが、ＳｉＣ成長は相対的に緩慢であり（約０．５ 〜 ８μｍ／ｈｒ）、欠陥低減はあまり効果的ではない。エピタキシャル成長はまた、段階的な成長のため表面を粗くすることになり、核形成する欠損は自動消滅しないが、エピタキシァル方法において成長を続けることになり、実際、幾つかのエピタキシャル関連欠損（例えば積層欠陥や成長ヒロック）は、更に核形成して成長することになる。更には、突起及びマクロステップが課題である（Ｔａｋａｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｆｏｒｕｍ，Ｖｏｌｓ．３８９−３９３，（２００２）ｐｐ．  ３２３−３２６）。炭化とその後のエピタキシーステップとに関連した欠損の課題は、非配向の結晶によっていくらか低減し得るが、ＳｉＣアイランド合体と関連し、且つ、双晶及びヒロック成長を生じさせる基本的課題が残る。シリコン上の炭化に基づくエピタキシャルＳｉＣ成長の更なる欠点は、炭化されたＳｉＣ／Ｓｉ界面における空隙の発生である。
【０００９】
最終的に、ＧａＮ層がＳｉＣ層に堆積し、且つ、ＬＥＤがＧａＮ層に作製される場合、ＬＥＤの効率性は相対的に低いことが分かった。故に、本発明の目的は、上述の欠点がなく、且つ、高品質の素子（例えば高効率ＬＥＤ）の作製を可能にする層を含む窒化物のエピタキシャル成長のための基板を提供することにある。
前記課題は、ハンドルウエハ（５）と、ハンドルウエハ（５）に結合する炭化ケイ素ドナー層（４４）とを含む多層半導体ウエハの製造方法によって解決され、前記方法は、
ａ）ハンドルウエハ（５）を提供するステップ、
ｂ）ドナーウエハのドナー層（２）と残部（３）とを含み、ドナー層（２）が単結晶シリコンを含むものである、ドナーウエハ（１）を提供するステップ、
ｅ）ハンドルウエハ（５）にドナーウエハ（１）のドナー層（２）を結合させるステップ、及び
ｆ）ハンドルウエハ（５）に結合したままのドナー層（２）を露出させるためにドナーウエハの残部（３）を除去するステップを含み、
前記方法は、更に
ｃ）注入炭素を含む層（４）を作製するためにドナー層（２）に炭素イオンを注入するステップ、及び
ｄ）ドナー層（２）の少なくとも一部に炭化ケイ素ドナー層に（４４）を形成するために注入炭素を含む層（４）を含むドナー層（２）を熱処理するステップを含むことを特徴とする。
【００１０】
米国特許第６３２８７９６号に開示される方法とは対照的に、本発明は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）ドナー層（４４）を製造するための所謂「イオンビーム合成」を使用する。この層はまた、イオンビーム合成炭化ケイ素（ＩＢＳ−ＳｉＣ）層と呼ばれる。
【００１１】
本発明はまた、ハンドルウエハ（５）と、ハンドルウエハ（５）に結合する炭化ケイ素ドナー層（４４）とを含む多層半導体ウエハに関し、ここで炭化ケイ素ドナー層（４４）は、Ｘ線回折によって決定されるように、双晶を含まず、更なる炭化ケイ素ポリタイプを含まない。
【００１２】
本発明はまた、ハンドルウエハ（５）と、ハンドルウエハ（５）に結合する炭化ケイ素ドナー層（４４）とを含む多層半導体ウエハに関し、ここで炭化ケイ素ドナー層（４４）は、炭素原子の濃度が層（４４）の界面に垂直の方向に変化する少なくとも１つの可変炭素濃度ゾーン（４１、４３）を含む。
【００１３】
本発明を、図１〜７を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】シリコンドナーウエハ（１）内に形成された炭化ケイ素を含む層（４０）の構造を示す図である。図は、ドナーウエハを通した鉛直断面のＴＥＭ画像である。
【図２】図式的に、本発明による多層半導体ウエハの構造を示す図である。
【図３】図式的に、更なるエピタキシャル層を担持する図２の多層半導体ウエハを示す図である。
【図４】本発明の第１の好ましい実施態様による方法を表す図である。
【図５】本発明の第２の好ましい実施態様による方法を表す図である。
【図６】本発明の第３の好ましい実施態様による方法を表す図である。
【図７】本発明の第４の好ましい実施態様による方法を表す図である。
【００１５】
参照番号のリスト
１  ドナーウエハ
１５  接合境界面
２  ドナー層
２１  ドナーウエハの表面層
３  ドナーウエハの残部
３１  ドナーウエハの残部の残余
４  注入炭素を含む層
４０  炭化ケイ素を含む層
４１  上層可変炭素濃度ゾーン
４２  単結晶炭化ケイ素ゾーン
４３  下層可変炭素濃度ゾーン
４４  炭化ケイ素ドナー層
５  ハンドルウエハ
６  エピタキシャル層
以下のパラグラフは、本発明の全ての実施態様に共通する方法の全ての単一のステップを記載するものであるが、これらのステップを組み合わせる最も有用な方法は、以下に「好ましい実施態様」のセクションにおいて記載される。
【００１６】
ステップａ）
本発明による方法のステップａ）（図４〜７）において、ハンドルウエハ（５）が提供される。ハンドルウエハは、好ましくは、素子性能及び／又は転写されたＩＢＳ−ＳｉＣ層上のエピタキシャル成長を向上するために選択される。例えば、シリコンの熱膨張性によって、シリコン上の亀裂のないＧａＮを成長させることが困難になる。多結晶のＳｉＣやサファイヤ等の材料からなるハンドルウエハを使用することによって、エピタキシャル成長中に熱膨張整合性が良好になり、亀裂のないＧａＮが成長し得る。理想的には、ハンドルウエハは、全ての直径において利用可能であり、比較的安価である。ハンドルウエハは、単結晶、多結晶又はアモルファスであり得る。転写されたＩＢＳ−ＳｉＣ層上のＧａＮ成長のための１つの理想的なハンドルウエハは、多結晶ＳｉＣからなる。これらのハンドルウエハは、全ての直径において利用可能であり、直径が小さな単結晶ＳｉＣウエハよりもコストが非常に低い。ハンドルウエハの熱伝導率及び電気伝導率は、単結晶ＳｉＣと適合し得るように選択され得る。バルクＳｉＣを作製する１つの特に低コストの方法は、焼結法によるものであり、ウエハのコストは、同等のシリコンウエハのコストとほとんど同じかそれ未満であり、単結晶ＳｉＣよりも更に低い。ハンドルウエハは、サファイヤやＳｉＣに限定されず、エピタキシャル成長に適切な熱膨張性を有し、且つ、適切な熱伝導率及び電気伝導率を有する任意の材料から選択され得る。エピタキシャル成長を含む窒化物による用途には、多結晶ＳｉＣウエハが好ましい。また、多結晶ＳｉＣは、ハンドルウエハに転写されたＩＢＳ−ＳｉＣ層上のエピタキシャル堆積中にＧａＮ層の亀裂を防止するためにＧａＮとほとんど同じ熱膨張係数を有する。
【００１７】
ハンドルウエハは、好ましくは２０μｍ以下のウエハ結合を可能にするのに十分低い反り値を有さなければならない。また、選択されたハンドルウエハは、焼結セラミックに典型的な多少の多孔性を有していてもよい。商業的に入手可能なウエハの厚みは、他の厚み値も可能ではあるものの、典型的には２００μｍ超１５００μｍ未満である。
【００１８】
ステップｂ）
本発明による方法のステップｂ）（図４〜７）において、ドナーウエハ（１）が提供される。ドナーウエハ（１）は、その正面において、後でハンドルウエハ（５）に結合されるドナー層（２）を含む。ドナー層（２）は、ステップｆ）でドナーウエハの残部（３）を除去する際にハンドルウエハ（５）に結合したままとなる層であると定義される。場合によっては、ドナー層（２）は、単結晶シリコン或いは注入炭素又は炭化ケイ素ドナー層（４４）を含む層（４）を含んでよい。注入炭素を含む層（４）は、ステップｃ）において、単結晶シリコンを含むドナー層（２）に炭素イオンを注入することによって作製される。炭化ケイ素ドナー層（４４）は、ステップｄ）において、注入炭素を含むそのような層（４）を含むドナーウエハを熱処理することによって作製される。
【００１９】
（炭素イオン注入及び熱処理の前の）ドナーウエハ（１）は、単結晶シリコンを含む又は単結晶シリコンからなるドナー層（２）を必ず含む。ドナーウエハの残部（３）はドナー層（２）のみを支持するものであり、故にいかなる実質的な制限も受けない。ドナーウエハ（１）は、好ましくは単結晶シリコンウエハである。ドナー層（２）又は全ドナーウエハ（１）の配向は、少なくとも一部が炭化ケイ素ドナー層（４４）を形成する炭化ケイ素を含む層（４０）の形成にとって重要ではない。前記配向は、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の六方晶に配向した結晶の、後半のエピタキシャル成長に有利であり、＜１１１＞配向が好ましいが、必須ではない。チョクラルスキー（ＣＺ）及び浮遊帯域（ＦＺ）で成長させた単結晶シリコンは、ドナー層（２）又は全ドナーウエハ（１）を構成することができる。ドナーウエハ（１）が単結晶シリコンウエハでない場合、単結晶シリコンを含む又は単結晶シリコンからなるドナー層（２）のみを有する複合基板であってよい。例えば、ドナーウエハ（１）はまた、エピタキシャル成長したシリコンのドナー層（２）を含むウエハ、又はアニールのため欠陥密度が低下したドナー層（２）を含むアニールウエハとすることができる。現在の方法の１つの主要な利点は、シリコンウエハが比較的安価であり、検出能が非常に低く、５０ｍｍ〜３００ｍｍの全ての直径において現在利用可能であることである。また、炭素イオンの注入は、全てのこれらの直径について可能であり、任意の直径のシリコンウエハ上の炭化ケイ素ドナー層（４４）を製造することが可能である。
【００２０】
ドナーウエハは、ウエハ結合を可能にするのに十分低い反り値を有さなければならず、それは好ましくは、直径が１００ｍｍのシリコンウエハの場合には２０μｍ未満、直径が２００ｍｍのシリコンウエハの場合には６０μｍ未満である。
【００２１】
ハンドルウエハ及びドナーウエハのための更なるオプション
ハンドルウエハ及びドナーウエハの両方の表面は、ウエハ結合に適切な程度に、典型的には１μｍ×１μｍの領域上でＡＦＭによって測定したＲＭＳが１ｎｍ以下の粗さに研磨されなければならない。化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、基板及び層を平滑化するための典型的な方法であり、ほとんどの半導体適合材料に利用可能である。
【００２２】
更なる層が、ハンドルウエハかドナーウエハのいずれかの上に作製され得るか、或いは研磨前と結合前との両方において作製され得る。これは、薄層（例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、多結晶シリコン、ＳｉＣ、窒化ケイ素）の堆積によって達成され得る。一般に、これらの堆積層は、単結晶炭化ケイ素（４２）又は多結晶ＳｉＣハンドルウエハ（５）よりも平滑化するのが容易である。次いで、この薄層を、結合を可能にするために研磨することができる。材料の選択は、具体的な用途及び平滑化方法に依存する。高導電基板を必要とする素子には導電層が好ましく、絶縁基板には絶縁層が好ましい。例えば、多結晶シリコンは、良好な熱及び電気絶縁体であり得、従来のシリコン技術によって平滑化され得る。或いは、多結晶シリコンは、良好な電気伝導体とするためにドープされ得る。酸化ケイ素は、絶縁体であり、従来の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）によって平滑化することが可能である。ＳｉＣは、堆積することがより困難であり、平滑化することがより困難である。また、堆積材料は、更なる素子処理（特に窒化物含有層のエピタキシャル堆積）並びにＬＥＤ製品又は電子素子（例えば、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）素子、マイクロ波素子、電源素子）に適合しなければならない。
【００２３】
ハンドルウエハとして多結晶ＳｉＣ又はセラミック基板を使用して、続くエピタキシャル堆積中において余分な熱応力が回避され得る。しかしながら、これらのセラミックウエハは、多くの場合焼結法において製造され、その焼結法によって、相対的に高い多孔性、粗面及び高含有量の金属が生じる。故に、適切な材料によってハンドルウエハを封止することはまた望ましいが、それは、バルク材から外部拡散する金属汚染を防止することができるからである。このことはまた、表面材料上（例えば焼結多結晶ＳｉＣウエハの表面上）の考えられるあらゆる開口気孔を封止する効果がある。封止層は、良好な結合の質を達成するために任意に研磨され得る。典型的な封止層は、多結晶ＳｉＣ、多結晶シリコン、酸化ケイ素又は窒化ケイ素である。
【００２４】
また、ドナーウエハ及びハンドルウエハの一方又は両方の表面上に光反射層を含むことが可能である。かかる光反射層は、光を反射させるためにＬＥＤ素子に使用することが可能である。光反射層は、好ましくは金属であって、結合を可能にするために研磨され得る。後で高温の熱処理が続く場合、非常に高い融点を有する金属が好ましい。かかる金属としては、例えば、イリジウム、ジルコニウム、チタン、白金がある。以下の熱処理のためには、１０００℃の金、銀及び銅もまた使用され得る。金属の選択は、素子プロセスや、素子特性に対する金属の影響に依存する。
【００２５】
光反射層は、別個の封止層とすることができるか、若しくは他の封止層と組み合わせることができる。光反射層はまた、必要に応じてＣＭＰ研磨され得る。光反射層を有する更なる封止層を使用する場合、いずれの層もドナーウエハ又はハンドルウエハの表面上にあってよい。
【００２６】
ステップｃ）
本発明による方法のステップｃ）（図４〜７）においては、注入炭素を含む層（４）を形成するために炭素イオンをドナー層（２）に注入する。このステップは、ステップｅ）におけるハンドルウエハ（５）への結合前のドナーウエハ（１）上で、或いはステップｅ）及びｆ）においてハンドルウエハ（５）に転送されたドナー層（２）上で実施され得る。
【００２７】
国際特許公開第ＷＯ０３／０３４４８４号に開示されているように、イオンビーム合成炭化ケイ素（ＩＢＳ−ＳｉＣ）層は、大径シリコン基板上に製造され得る。この方法において、炭素イオンは、注入炭素を含む層（４）を明確にするために、単結晶シリコンウエハ内に高エネルギーで注入される。その後、前記ウエハを高温で熱処理（アニール）して（本発明による方法のステップｄ）参照）、炭化ケイ素を含む埋込層（４０）（ＩＢＳ−ＳｉＣ層とも呼ぶ）を作製する。注入炭素を含む層（４）の構造的性質は、注入エネルギー、ドーズ量及び注入温度に依存する。注入後及びアニール後の構造体に対する注入温度、ドーズ量、エネルギー及びアニールの条件の影響の詳細な概要は、Ｊ．Ｋ．Ｎ．Ｌｉｎｄｎｅｒ，"Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ−Ｒｅｃｅｎｔ  ｍａｊｏｒ  Ａｄｖａｎｃｅｓ"，ｐｐ．２５１−２６６，ＩＳＢＮ  ３−５４０−４０４５８−９，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ，Ａｕｇｕｓｔ  ２００４によって与えられる。
【００２８】
注入後の炭素濃度は深さの関数であって、イオン注入エネルギー及びドーズ量によって制御され得る。注入炭素原子の濃度深度プロファイルは、単一の注入エネルギーについてほとんどガウス形である。注入炭素を含む層（４）は、格子間ケイ素原子に関する多くの欠損（例えば積層欠陥や転位ループ）を含む。
【００２９】
注入温度は、典型的には１００℃〜９００℃、好ましくは２００℃〜７００℃、最も好ましくは４００℃〜６００℃が選択される。注入ドーズ量は、典型的には２Ｅ１７〜１Ｅ１８原子／ｃｍ2の間にある。注入エネルギーは、５０ｋｅＶ〜幾らかのＭｅＶ、好ましくは５０ｋｅＶ〜３００ｋｅＶである。表面に対する垂線とイオンビーム（傾斜）との間の角度はまた、変化し得、典型的には０°〜１０°である。
【００３０】
注入エネルギーが異なる多数の注入物はまた、非ガウス性炭素注入ゾーンを形成することが可能である。
【００３１】
任意に、層を、注入前にシリコンウエハ表面上に堆積することができる。この層は、シリコン表面のスパッタリングを防止し、更に意図的でない金属及び粒子の汚染から表面を保護する。典型的な層としては、酸化ケイ素や窒化ケイ素があるが、これらに限定されない。前記層は、注入又はアニールの後、任意に除去され得る。
【００３２】
ステップｄ）
ステップｄ）（図４〜７）においては、ドナー層（２）の少なくとも一部に炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するために、注入炭素を含む層（４）を含むドナー層（２）を熱処理する。
【００３３】
イオンビーム合成炭化ケイ素（ＩＢＳ−ＳｉＣ）層（４０）は、注入エネルギー、注入温度、注入ドーズ量（ステップｃ））及びアニール温度に依存して形成され得る（Ｊ．Ｋ．Ｎ．Ｌｉｎｄｎｅｒ，"Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ−Ｒｅｃｅｎｔ  ｍａｊｏｒ  Ａｄｖａｎｃｅｓ"，ｐｐ．２５１−２６６，ＩＳＢＮ  ３−５４０−４０４５８−９，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ，Ａｕｇｕｓｔ  ２００４）。
【００３４】
アニール温度は、典型的には１〜２０時間で１１５０℃〜１４１０℃、好ましくは２〜１５時間で１２００℃〜１３５０℃である。熱処理は、典型的には高温アニール炉内におけるバッチプロセスとして実施される。
【００３５】
イオン注入及びアニールによって、炭化ケイ素を含む埋込み型イオンビーム合成層（４０）を形成することができる。この層は、典型的には単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）と、上層可変炭素濃度ゾーン（４１）と、下層可変炭素濃度ゾーン（４３）とを含む。
【００３６】
ドナーウエハ（１）、少なくとも単結晶シリコンからなるドナー層（或いは全体として単結晶シリコンから本質的になるドナーウエハ（１））の場合には、図１の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像で示される通りの多重層構造体が形成される。ドナーウエハの表面層（２１）は、ドナーウエハの残部（３）のバルクシリコンと結合する炭化ケイ素を含む層（４０）内に結合する単結晶シリコンからなる。炭化ケイ素を含む層（４０）は、典型的には、下層可変炭素濃度ゾーン（４３）と結合する単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）と結合する上層可変炭素濃度ゾーン（４１）を含む。一般に、炭素イオン注入のガウスプロファイルのテールのため、エピタキシャル成長層又はＣＶＤ堆積層において典型的であるように、結合する層又はゾーンの間の全ての界面が鮮明であるというわけではない（図１参照）。
【００３７】
単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）は、配向がよく、３ｃ結晶構造を有する。前記層は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）で測定すると、３ｃポリタイプのみを含んでいる。透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって測定すると、多数の平面欠陥及び転位が存在する。前記層は、ＸＲＤ測定で観察するとエピタキシャル成長ＳｉＣ層に典型的な双晶を示さなかった。マイクロパイプは、走査型電子顕微鏡で観察されなかった。また、前記層には、炭化ＳｉＣ層内に典型的に見出され、且つ、高分解能ＴＥＭによって観察され得る大きな空隙（１５０ｎｍ超）がなかった。
【００３８】
上層可変炭素濃度ゾーン（４１）における炭素濃度は、ドナーウエハの表面層（２１）のシリコンと結合するゾーンの上部から、単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）に結合するゾーンの下部に類別される。４００℃の好適な注入条件においては、上層可変炭素濃度ゾーン（４１）は中心アモルファス領域を有し、６００℃では、その中心領域は多くの誤配向３ｃ−ＳｉＣナノ混在物及びＳｉＣクラスターを含む。上層可変炭素濃度ゾーン（４１）の上部は主に単結晶シリコン構造を有するが、その下部では単結晶３ｃ−ＳｉＣ構造が主要である。上層可変炭素濃度ゾーン（４１）の結晶質部分は、イオン注入損傷から生じる多数の拡大した格子欠陥（ＴＥＭで測定した場合、１Ｅ５／ｃｍ2超）を有する。上層損傷層の構造は、ＴＥＭ及びＸＲＤ分析によって決定される。
【００３９】
下層可変炭素濃度ゾーン（４３）の炭素濃度は、単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）に結合するゾーンの上部からドナーウエハの残部（３）のバルクシリコンに結合するゾーンの下部に類別される。４００℃の好適な注入条件においては、下層可変炭素濃度ゾーン（４３）は中心アモルファス領域を有し、６００℃では、その中心領域は多くのＳｉＣクラスターを含む。下層可変炭素濃度ゾーン（４３）の上部は主に３ｃ−ＳｉＣ単結晶構造を有するが、前記ゾーンの下部では単結晶シリコン構造が主要である。下層可変炭素濃度ゾーン（４３）の結晶質部分は、イオン注入範囲外損傷から生じる多数の拡大した格子欠陥（ＴＥＭで測定した場合、１Ｅ５／ｃｍ2超）を有する。下層可変炭素濃度ゾーン（４３）の構造は、ＴＥＭ及びＸＲＤ分析によって決定される。
【００４０】
炭素濃度は、ＳＩＭＳ又はＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）を使用して測定することが可能である。
【００４１】
本発明において、ステップｃ）のイオン注入の直後にステップｄ）の熱処理（図４〜７）を行うことが可能であるか、若しくはテップｃ）においてドナーウエハ（１）上でイオン注入を行い、ステップｅ）においてハンドルウエハ（５）にドナーウエハ（１）を結合し、その後ステップｄ）の熱処理を行う。
【００４２】
上述のように、注入炭素を含む層（４）は多数の欠損を含み、熱処理後であっても上層及び下層可変炭素濃度ゾーン（４１）及び（４３）のそれぞれの境界は明確ではない。しかし、驚くべきことに、例えばＬＥＤを製造する際、単結晶シリコンドナーウエハの表面を炭化し、米国特許第６３２８７９６号によるハンドルウエハに前記層を転写することによって作製されるＳｉＣ層の質よりも、ハンドルウエハ（５）に結合する単結晶ＳｉＣ層（４２）の質のほうが優れていることが分かった。
【００４３】
ステップｅ）
ステップｅ）の結合前に、ドナーウエハ又はハンドルウエハの表面を酸化することができる。また、ステップｅ）の結合前に、ハンドルウエハ又はドナーウエハ上に多結晶シリコンの薄層又はアモルファス層を堆積することができる。結合前の更なる層の堆積は、層堆積の前又は後のいずれかの追加研磨ステップによって達成され得る。
【００４４】
ステップｅ）において、陽極結合、直接結合によって、又は適切な接着剤層を介して、ドナーウエハ（１）のドナー層（２）をハンドルウエハ（５）に結合させることができる。好ましくは、結合前に両ウエハの表面を清浄にして、粒子を除去し、結合のための表面を化学的に製造する。室温又は高温で結合を実施することができる。結合力は、結合前にプラズマによって一方又は両方のウエハの表面を活性化することによって高めることができる。直接ウエハ結合は、より単純な方法であるため好ましい。更なる処理を可能にするために結合を強化するために、結合後に熱処理（「アニール結合」として知られている）を行うことが好ましい。１０００℃〜１２００℃の温度で２時間以上の結合アニールが典型的である。結合方法が結合前のプラズマ活性化を有する場合、より低い温度（例えば１〜１０時間で４００℃〜８００℃）も可能となる。結合アニールは、結合の直後に、又は前記方法の次のステップの後の任意の時点で実施することが可能である。
【００４５】
ステップｆ）
ステップｆ）においては（図４〜７）、ドナーウエハの残部（３）を除去することによって、ドナー層（２）（好ましい実施態様１〜３においては炭化ケイ素ドナー層（４４）、好ましい実施態様４においては単結晶シリコンドナー層）を露出させる。ドナーウエハの残部（３）は、典型的には炭化ケイ素を含む層（４０）の一部を含むが、一方で炭化ケイ素を含む層（４０）の残余は、ドナー層（２）の一部である。この重なり部分は炭化ケイ素ドナー層（４４）と呼ばれる。更に具体的には、ドナーウエハの残部（３）は、場合によっては、低層可変炭素濃度ゾーン（４３）一部又は全て並びに単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）の一部又は全てを含んでよい。炭化ケイ素ドナー層（４４）は、上層可変炭素濃度ゾーン（４１）又は単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）又は下層可変炭素濃度ゾーン（４３）のいずれかの少なくとも一部を含む。しかしながら、好ましくは、単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）の少なくとも一部はドナー層（２）の一部であり、しかるに炭化ケイ素ドナー層（４４）の一部である。
【００４６】
ドナーウエハの残部（３）は、ハンドルウエハ（５）に結合されないその裏面からドナーウエハ（１）の研削又は選択的エッチング又は研磨によって除去されるか、若しくはそれらの組み合わせによって除去される。ドナー層（２）を露出させる一方法は、その裏面からドナーウエハ（１）を研削することである。ドナーウエハの残部（３）の残余は、化学エッチング、熱酸化、そして続く酸化物除去、研磨又はこれらの組み合わせによって除去され得る。露出したドナー層（２）は、例えば研磨（好ましくはＣＭＰ）を使用して平滑化され得る。露出した炭化ケイ素ドナー層（４４）（好ましい実施態様１〜３）の表面は、大部分が結晶質ＳｉＣである。ＸＲＤによって測定する場合、好ましくは前記表面の９０％超が結晶質ＳｉＣからなる。結晶性はまた、高分解能ＴＥＭ、又はフォトルミネセンス、又は結晶質表面構造に感受性を有する他の方法（例えば、続く膜厚測定による表面上に堆積したエピタキシャル層の種々の成長率）によって測定され得る。
【００４７】
任意のステップｈ）
ドナー層（２）への炭素イオン注入、ドナー層（２）の少なくとも一部に炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するための熱処理、結合、及びドナーウエハの残部（３）を除去（これらのステップの順序に関係なく）によって炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させるステップ（図４〜７）の完了後、結合したハンドルウエハ（５）及びドナーウエハ（１）は、図２に示される通りの以下の構造を示す。
【００４８】
ハンドルウエハ（５）を、直接に、又はドナーウエハの残りの表面層（２１）等の１つ以上の更なる層を介するかのいずれかで炭化ケイ素ドナー層（４４）に結合する。本発明の第４の実施態様の場合（図７）、前記炭化ケイ素ドナー層（４４）を、表面層（２１）及びドナーウエハの上層可変炭素濃度ゾーン（４１）で覆うことができる。炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させるために、本発明の第４の実施態様に従って、更なる層、及び炭化ケイ素ドナー層（４４）を覆う上層可変炭素濃度ゾーン（４１）の少なくとも一部を除去する。第４の実施態様において、上層可変炭素濃度ゾーン（４１）はまた、完全に除去することが可能であり、更に単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）の一部は、炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させるために除去することが可能である。
【００４９】
炭化ケイ素ドナー層（４４）の露出面は、その上にエピタキシャル層を成長させるのに十分に平滑でなくてもよい。この場合、任意のステップｈ）において炭化ケイ素ドナー層（４４）の表面を平滑化して、その表面上のエピタキシャル成長を可能にする。研磨、とりわけＣＭＰは、この層の平滑化に特に有効である。研磨の際、炭化ケイ素ドナー層（４４）の、非常に平滑化された（１×１μｍ部位でＡＦＭで測定した、１ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ  ＲＭＳ）表面が残る。炭化ケイ素ドナー層（４４）は非常に薄く、典型的には３００ｎｍ未満である。故に、高除去率での典型的なＳｉＣ研磨は、回避されなければならない。
【００５０】
炭化ケイ素ドナー層（４４）の表面が平滑なものが得られる場合、その平滑な表面はエピタキシャル層（６）の成長に適切である。
【００５１】
本発明による多層半導体ウエハの記載
前記方法によって、ハンドルウエハ（５）と、直接に、又は１つ以上の挿入された層を介してかのいずれかでハンドルウエハ（５）に結合する炭化ケイ素ドナー層（４４）とを含む多層半導体ウエハ（図２）となる。炭化ケイ素ドナー層（４４）は、イオンビーム合成ＳｉＣ層である。その作製によって、それは双晶を含まず、更なる炭化ケイ素ポリタイプを含まないが、両方ともＸ線回折によって決定される。好ましくは、炭化ケイ素ドナー層（４４）は、走査型電子顕微鏡によって決定されるように、３ｃ結晶構造を有し、そしてまたマイクロパイプを含まない。
【００５２】
炭化ケイ素ドナー層（４４）は、ステップｄ）及びｆ）の下で上記と同じ構造を有する。それは、上層可変炭素濃度ゾーン（４１）、単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）及び下層可変炭素濃度ゾーン（４３）の内の１つ以上を含むことができる（図１も参照のこと）。好ましくは、炭化ケイ素ドナー層（４４）の表面は、少なくとも９０％の結晶質炭化ケイ素からなるハンドルウエハ（５）に結合されない界面を有する。また好ましくは、炭化ケイ素ドナー層（４４）は、単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）を含む。この場合、それは、炭素原子の濃度が層（４４）の界面に垂直の方向で変化する少なくとも１つの可変炭素濃度ゾーン（４１、４３）を更に含んでよい。炭化ケイ素ドナー層（４４）は、好ましくは２ｎｍ〜８００ｎｍの厚さを有し、最も好ましくは１５ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有する。
【００５３】
好ましくは、ハンドルウエハ（５）と炭化ケイ素ドナー層（４４）との間に少なくとも１つの挿入層が存在し、前記挿入層は、絶縁層、反射層又は封止層からなる群から選択される。これらの層の機能は、上で記載された。好ましくは、前記多層半導体ウエハはまた、ハンドルウエハ（５）と炭化ケイ素ドナー層（４４）との間に挿入された単結晶シリコンからなる更なる層（２１）を含む。絶縁層は酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含むことが可能であり、反射層は金属を含むことが可能であり、封止層は多結晶シリコン、酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含むことが可能である。これらの層の機能については、上記の「ハンドルウエハ及びドナーウエハのための更なるオプション」のセクションにおいて記載した。
【００５４】
本発明による多層半導体ウエハは、好ましくは１００ｍｍ超及び３００ｍｍまで又は４５０ｍｍまでもの直径を有する。
【００５５】
熱膨張係数に整合することに加えて、柔軟層又は応力除去層はまた、複合構造体に含まれ得る。好ましくは、シリコンからなるドナーウエハの表面層（２１）は、応力除去層として使用される。１０００℃での窒化物を含むエピタキシャル層のエピタキシャル成長中、転位ループがシリコン中に発生し、それによって窒化物含有層中の応力の除去が促進され、それによって亀裂が回避される。
【００５６】
ハンドルウエハについては、上に記載した（ステップａ））。窒化物を含むエピタキシャル層は、多くの素子用途に使用される。発光ダイオード（ＬＥＤ）は、可視光を発するための層を含むエピタキシャル窒化物を用いる。ハンドルウエハ（５）の材料は、導電性であることが必要である。ＳｉＣは、ドープの種類及び濃度に応じて絶縁するか導通するかのいずれかを選択することが可能であるので、理想的である。
【００５７】
一般に、鉛直電流を導通する素子には、導電基板が必要である。水平導電素子においては、絶縁基板を有することが有利であり得る。これは、ハンドルウエハ（５）として非ドープＳｉＣを用いることによって、若しくは炭化ケイ素ドナー層（４４）とハンドルウエハ（５）との間に絶縁層を挿入することによって達成され得る。酸化ケイ素や窒化ケイ素等の絶縁層が典型的である。素子条件に応じて絶縁基板又は導電基板を使用することができる。典型的な素子としては、高電子移動度トランジスタ、マイクロ波電源素子、鉛直導電電源素子がある。
【００５８】
露出した炭化ケイ素ドナー層（４４）はまた、ＳｉＣのエピタキシャル成長に使用され得る。この場合、ハンドルウエハ（５）は、典型的にはシリコン又は非単結晶ＳｉＣである。それによって、多結晶ＳｉＣが好ましい。通常バルク単結晶ＳｉＣ上に作製される素子は、ここではエピタキシャル層中に多結晶ＳｉＣハンドルウエハ（５）と共に作製される。エピタキシァルＳｉＣ層の導電率及び多結晶ＳｉＣは、適切なドープによって選択される。
【００５９】
ＳＯＩウエハの埋込酸化物層の下で熱放散層としての役割を果たすための炭化ケイ素ドナー層（４４）を転写し、更に処理することが好ましい。
【００６０】
ＳｉＣ上の窒化物系電子素子の製造において、金属不純物を活性素子領域から間隔をおいて配置することは有利である。なぜならば、これらの金属は、素子処理に干渉し、素子性能に負の影響を及ぼす可能性があるからであり、例えば、望ましくない金属汚染によって再結合中心が形成される可能性があり、その再結合中心は、電気素子のキャリア寿命を擾乱し、光電子素子内に望ましくない発光再結合中心を生じさせる可能性がある。これは、上述の封止層の内の１つを用いて達成され得る。しかしながら、炭化ケイ素ドナー層（４４）はまた、望ましくない金属をゲッタリングすることができる。更に、炭化ケイ素ドナー層（４４）は、バルク領域からの金属汚染が素子領域に入らないように、金属に対する拡散障壁としての役割を果たすことになる。
【００６１】
ヘテロエピタキシャル成長のために単結晶層だけを使用することの更なる短所は、エピタキシャル層中の更なる応力誘発結晶欠陥を発生させる単結晶層内に応力が吸収される得るだけであり、高応力下で亀裂が生じるという点にある。エピタキシャル成長中に可塑的に変形し得る、基板とエピタキシャル層との間に配置される中間層は、応力誘発結晶欠陥の低減に有益であることを示すことが可能であり、エピタキシャル層の亀裂を防止することが可能である。かかる中間層は、アモルファス層、多孔質層又は転位リッチ層であり得、或いは拡大した結晶欠陥、イオン注入損傷、アモルファス領域、及びＳｉＣ微結晶混在物の混在或いはそれらの混合物を含むシリコンリッチ領域であり得た。ドナーウエハの表面層（２１）（例えば超薄単結晶シリコン層）又は可変炭素濃度ゾーン（４１、４３）或いはその両方は、結合界面（１５）と単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）との間に残留する場合、更なる応力除去が可能であるが、それは、更なる層が、露出する炭化ケイ素ドナー層（４４）上におけるエピタキシャル成長中に弾性的且つ可塑的に変形し得るからである。これによって、エピタキシャル成長中にＧａＮ層の亀裂の防止を促進することができる。
【００６２】
任意のステップｉ）
炭化ケイ素ドナー層（４４）の露出面は、炭化ケイ素のホモエピタキシャル成長又は他の半導体材料のヘテロエピタキシャル成長のために使用され得る。（図３、４。ステップｉ）は図４にのみ示されるが、層のエピタキシャル成長はまた、もちろん、本発明の第２〜４の好ましい実施態様による露出炭化ケイ素ドナー層（４４）上で可能である）。特に、露出表面は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＧａＡｌＮ）、窒化インジウムガリウム（ＧａＩｎＮ）等の窒化物材料からなる結晶質エピタキシャル層を成長させるために使用され得る。
【００６３】
窒化物含有層のエピタキシャル成長は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）又は金属有機化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）のいずれかで行うことが可能である。ＭＢＥ方法は、一般に７００℃以下のより低い温度でなされる。ＭＯＣＶＤ方法は、典型的には９００℃超の温度でなされる。エピタキシャル方法の温度がより高いほど、エピタキシャル層と基板との間の熱膨張係数がより近く整合することが必要である。
【００６４】
炭化ケイ素ドナー層（４４）の表面上で成長するエピタキシャル層（６）は、単結晶ＳｉＣウエハ上で成長し得るものと同じである。ＧａＮの成長は、緩衝層の有無にかかわらず生じ得る。典型的な緩衝層は、低温ＧａＮ又はＡｌＮである。この複合基板の利点は、従来のＩＩＩ〜Ｖエピタキシャル成長が、成長方法に対する大きな改変なしに大径擬似ＳｉＣ基板上で実施され得るという点にある。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のエピタキシャル成長も可能である。前記ウエハは、ＭＢＥ、ＭＯＶＰＥ及びＭＯＣＶＤ成長方法に適合性がある。特に炭化ケイ素ドナー層（４４）の露出表面が単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）に由来する場合、ＳｉＣドナー層中の双晶及びポリタイプに起因する欠損は回避され得る。
【００６５】
また、窒化物を含有するエピタキシャル層の成長は、露出表面の大部分（９０％超）が結晶質のＳｉＣである場合、上層及び下層可変炭素濃度ゾーン（４１）及び（４３）上に生じる可能性がある。得られたエピタキシャル層の構造体は、単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）上における成長窒化物エピタキシーよりも劣るが、前記エピタキシャル層は、光電子素子（特に発光ダイオード）においてなお使用され得る。窒化物を含有するエピタキシャル層において得られた欠損がなお光学発光を可能にする場合、可変炭素濃度ゾーン（４１、４３）の内の１つの上で成長する窒化物を含有するそのようなエピタキシャル層は特に有用である。光学発光はまた、ピーク発光への異なる移動波長バンドを含み、それによって光学装置の発光スペクトルがより広くなる。同様の効果は、ＺｎＯ、ＣｄＯ及びＭｇＯのエピタキシャル層について可能である。
【００６６】
本発明は、炭化ＳｉＣ層上に製造されるＬＥＤの効率が低い問題を解決するものである。炭化ＳｉＣ層は相当量の双晶を含む。存在する双晶はアニールされ得ない。双晶は、更に、ＳｉＣ層上にエピタキシャルに堆積する窒化ガリウム（ＧａＮ）層中に成長する。ＬＥＤを作製するためにＧａＮ層を使用する際、双晶は、電子の非発光性再結合中心としての役割を果たし、しかるにＬＥＤの効率性を低下させる。本発明によるＩＢＳ−ＳｉＣ層は、双晶を含まない。双晶が存在しないことにより、ＩＢＳ−ＳｉＣ上に成長したＧａＮ層上に作製されたＬＥＤの効率性は高まる。
【００６７】
好ましい実施態様１
方法の流れにおいては幾つかの変更が可能であり、幾つかは、以下の好ましい実施態様において例示される。追加ステップもまた可能である。
【００６８】
第１の好ましい実施態様（図４）において、本発明による方法は、示された順序で以下のステップを含む。
ａ）ハンドルウエハ（５）を提供するステップ、
ｂ）ドナーウエハのドナー層（２）と残部（３）とを含み、ドナー層（２）が単結晶シリコンを含むものである、ドナーウエハ（１）を提供するステップ、
ｃ）注入炭素を含む層（４）を作製するためにドナー層（２）に炭素イオンを注入するステップ、
ｄ）ドナー層（２）と少なくとも重なった炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するために注入炭素を含む層（４）を含むドナーウエハ（１）を熱処理するステップであって、前記重なった部分が炭化ケイ素ドナー層（４４）を形成し、前記炭化ケイ素ドナー層（４４）が、ドナー層（２）の表面に位置する単結晶シリコンを含む表面層（２１）で覆われるステップ、
ｅ）ハンドルウエハ（５）にドナーウエハ（１）のドナー層（２）を結合させるステップ、及び
ｆ）ハンドルウエハ（５）に結合したままの炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させるためにドナーウエハの残部（３）を除去するステップ。
【００６９】
この好ましい実施態様において、炭素イオンは、ステップｃ）においてドナーウエハ（１）のドナー層（２）に注入される。ステップｄ）において炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するための熱処理は、ステップｅ）においてハンドルウエハ（５）にドナーウエハ（１）を結合する前に実施される。
【００７０】
ステップｃ）における炭素イオンの注入後、ドナーウエハ（１）は以下の構造を有し、その構造は、第２及び第３の好ましい実施態様（図５及び６）のステップｃ）の後のドナーウエハ（１）の構造に等しい。ドナー層（２）は、注入炭素を含む層（４）の少なくとも一部を含む。典型的には、注入炭素を含む層（４）は、イオン注入の前にドナー層（２）全体が単結晶シリコンからなった場合に本質的に単結晶シリコンからなるドナーウエハの表面層（２１）によって覆われる。注入炭素を含む層（４）は、ドナーウエハの残部（３）と重なってよいか、若しくはドナーウエハのドナー層（２）と残部（３）との間の境界と同一の注入炭素を含む層（４）の上面を有するドナー層（２）の内側に完全に位置してよい。
【００７１】
多くの場合、例えば単結晶シリコンドナーウエハ（１）の場合、ドナーウエハのドナー層（２）及び残部（３）は構造的に区別できないことに注意しなければならない。これらの場合、「ドナーウエハの残部（３）」は、単にステップｆ）において除去される材料の量によって定義される。
【００７２】
ステップｄ）の熱処理後、ドナーウエハ（１）は、以下の構造を有する。ドナー層（２）は、炭化ケイ素を含む層（４０）の少なくとも一部を含み、この部分を炭化ケイ素ドナー層（４４）と呼ぶ。炭化ケイ素ドナー層（４４）は、上記の通り、上層可変炭素濃度ゾーン（４１）、単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）及び下層可変炭素濃度ゾーン（４３）の内の１つ以上を部分的に又は全体として含んでよい。典型的には、炭化ケイ素ドナー層（４４）は、イオン注入の前にドナー層（２）全体が単結晶シリコンからなった場合に本質的に単結晶シリコンからなるドナーウエハの表面層（２１）によって覆われる。炭化ケイ素を含む層（４０）はドナーウエハの残部（３）と重なってよいか、若しくは炭化ケイ素を含む層（４０）の境界は、ドナーウエハのドナー層（２）と残部（３）との間の境界と一致してよい。典型的には、ドナーウエハの残部（３）は、下層可変炭素濃度ゾーン（４３）の一部又は全てを含む。
【００７３】
１つの変更は、部分的にドナー層（２）の表面部分を除去すること、及びステップｅ）でウエハを結合する前に、得られた表面をウエハ結合に適切なレベル（好ましくは１ｎｍ未満のＲＭＳ）に平滑化することである。除去の程度は、ドナーウエハの表面層（２１）のみを除去するように、又は上層可変炭素濃度ゾーン（４１）を除去するように、又は単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）の一部又は全体をも除去するように選択され得る。炭化ケイ素を平滑化することは容易でないため、円滑化の前に、ドナー層（２）の、得られた表面上に、適切な材料の層を堆積してよい。この目的のためには、円滑化がより容易な材料を選択する。堆積及び平滑化が可能な典型的な層としては、例えば、酸化ケイ素、多結晶シリコン、ＣＶＤ  ＳｉＣ、高融点金属、窒化ケイ素がある。前記材料は、処理される素子の種類に適合性があるように選択することが必要である。結合前の光反射層（例えば金属層）の堆積は、発光の用途に有利であり得る。酸化ケイ素や窒化ケイ素等の絶縁層の堆積は、絶縁基板を必要とする素子に適切であり得る。ＣＭＰは、基板及び層を平滑化するための典型的な方法であり、大部分の半導体適合性材料に利用可能である。ステップｆ）においてドナーウエハの残部（３）を除去するためにスマートカット法（好ましい実施態様５参照）を適用する場合には、結合後に除去すべきドナーウエハの残部（３）を明確にするために、結合前に水素注入を用いる。
【００７４】
炭化ケイ素ドナー層（４４）は、必ずしも結合前に露出する必要があるわけではない。炭化ケイ素ドナー層（４４）は、ドナー層（２）の表面下で５００ｎｍ未満であることが好ましいため、ハンドルウエハ（５）にドナーウエハのシリコン表面層（２１）を結合することも可能である。これには、ドナーウエハの表面層（２１）が既に研磨されているため、方法ステップの数を低減させ、ＣＭＰを介して露出ＳｉＣ表面を平滑化する必要を低減させる効果がある。注入後、結合前に、ドナーウエハの表面層（２１）を薄層化することも可能である。薄層化は、炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させるために必要な同様の技術によって達成することが可能である。薄層化技術としては、研磨、液体又は気体化学エッチング、酸化物除去が続く熱酸化が挙げられるが、これらに限定されない。
【００７５】
次いで、ドナーウエハ（１）のドナー層（２）を、結合界面（１５）を介してハンドルウエハ（５）に結合する。次いで、好ましくは、ウエハ結合を強くするためにウエハの結合対をアニールするが、この結合アニールは、必ずしも結合の直後に行うわけではない。結合アニールは、ステップｆ）において炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させる前又は後に行うことができる。
【００７６】
エピタキシャル成長のための表面を提供するために炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させるために、ステップｆ）においてドナーウエハの残部（３）を除去する。その裏面から単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）の数マイクロメートル内にドナーウエハ（１）を研削することによりドナーウエハの残部（３）の最も大きな部分を除去することが好ましい。ドナーウエハの残部（３）の残余は、化学エッチング、熱酸化、そして続く酸化物除去、研磨又はこれらの組み合わせによって除去され得る。エッチングストップ層としての役割を果たす炭化ケイ素を含む層（４０）の選択的エッチングを用いることが好ましい。また、存在し得る下層可変炭素濃度ゾーン（４３）を除去するために、炭化ケイ素表面を熱的に酸化し、その後エッチングすることは有利であることが示され得る。
【００７７】
露出した炭化ケイ素ドナー層（４４）は、例えば研磨（好ましくはＣＭＰ）を用いて、更なるステップｈ）において平滑化され得る。研磨の後には、非常に平滑化された（粗度：０．５ｎｍ以下のＲＭＳ）露出炭化ケイ素ドナー層（４４）が残る。この表面は、エピタキシャル半導体層の成長に適切である。
【００７８】
更なるステップｉ）において、エピタキシャル層（６）、例えばＧａＮ等の窒化物含有層は、炭化ケイ素ドナー層（４４）の表面上で成長し得る。
【００７９】
この実施態様には、高温のアニール中に高純度のシリコンウエハのみを使用して、不純物拡散によるハンドルウエハからの汚染のリスクを限定するという効果がある。更に、炭化ケイ素を含む層（４０）は、ドナー基板上のみにアニールされ、故に方法の流れにおける柔軟性を高め得る異なるドナーウエハ（１）に転写され得る。それには、２つのアニールが分かれている（即ち、注入アニールが結合アニールから独立している）という短所がある。
【００８０】
好ましい実施態様２
第２の好ましい実施態様（図５）において、本発明による方法は、示された順序で以下のステップを含む。
ａ）ハンドルウエハ（５）を提供するステップ、
ｂ）ドナーウエハのドナー層（２）と残部（３）とを含み、ドナー層（２）が単結晶シリコンを含むものである、ドナーウエハ（１）を提供するステップ、
ｃ）注入炭素を含む層（４）を作製するためにドナー層（２）に炭素イオンを注入するステップであって、前記層（４）が、ドナー層（２）の表面に位置する単結晶シリコンを含む表面層（２１）によって覆われた注入炭素を含む、ステップ、
ｅ）ハンドルウエハ（５）にドナーウエハ（１）のドナー層（２）を結合させるステップ、
ｄ）ドナー層（２）と少なくとも重なった炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するために注入炭素を含む層（４）を含む結合したハンドルウエハ（５）及びドナーウエハ（１）を熱処理するステップであって、前記重なった部分が炭化ケイ素ドナー層（４４）を形成するステップ、及び
ｆ）ハンドルウエハ（５）に結合したままの炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させるためにドナーウエハの残部（３）を除去するステップ。
【００８１】
この好ましい実施態様において、炭素イオンは、ステップｃ）においてドナーウエハ（１）のドナー層（２）に注入される。ステップｄ）において炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するための熱処理は、ステップｅ）においてハンドルウエハ（５）にドナーウエハ（１）を結合した後に実施される。
【００８２】
ステップｃ）における炭素イオンの注入後、ドナーウエハ（１）は、第１の好ましい実施態様のステップｃ）の後のドナーウエハ（１）と同じ構造を有する。次いで、ドナーウエハ（１）のドナー層（２）を、ハンドルウエハ（５）に結合する。
【００８３】
熱処理後、ドナーウエハ（１）は、典型的には、好ましい実施態様１の熱処理の後と同じ構造を有するが、そのドナー層（２）は、図５で示すように結合界面（１５）を介してハンドルウエハ（５）に既に結合されている。
【００８４】
また、この実施態様の変更においては、完全又は部分的にドナーウエハの表面層（２１）、及び任意に結合前に注入炭素を含む層（４）の一部を除去する方法ステップ又は方法ステップの順序が可能である。前記除去は、研磨、化学エッチング、又は酸化物除去が続く熱酸化、又はこれらの組み合わせによって実施され得る。ドナーウエハの表面層（２１）の除去及び任意に注入炭素を含む層（４）の一部の除去には、続く素子処理中の単結晶シリコンによる熱膨張の不整合を完全に取り除く最終構造体内に単結晶シリコンが含まれないという効果がある。露出表面は、ＣＭＰによって任意に平滑化され得、任意に光反射層又は絶縁層を含むことができる。
【００８５】
次いで、好ましくは、ウエハ結合を強くするためにウエハの結合対をアニールするが、この結合アニールは、必ずしも結合の直後に行うわけではない。結合アニールは、ステップｆ）において炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させる前又は後に行うことができる。
【００８６】
更なるステップｆ）並びに任意のステップｈ）及びｉ）は、第１の好ましい実施態様に記載のように実施され得る。
【００８７】
この実施態様には、結合アニール及びドナーアニールを組み合わせることが可能であり、方法プロセス数を減少させることができるという効果がある。厚いドナーウエハとハンドルウエハとの間の熱的不整合、並びにハンドルウエハからの汚染の外部拡散のリスクは、より高い温度で問題を引き起こす可能性がある。アニール中のハンドルウエハからの汚染のリスクは、非常に純粋なハンドルウエハを使用するか、適切な封止層を使用するかのいずれかで取り除くことが可能である。
【００８８】
好ましい実施態様３
第３の好ましい実施態様（図６）において、本発明による方法は、示された順序で以下のステップを含む。
ａ）ハンドルウエハ（５）を提供するステップ、
ｂ）ドナーウエハのドナー層（２）と残部（３）とを含み、ドナー層（２）が単結晶シリコンを含むものである、ドナーウエハ（１）を提供するステップ、
ｃ）注入炭素を含む層（４）を作製するためにドナー層（２）に炭素イオンを注入するステップであって、前記層（４）が、ドナー層（２）の表面に位置する単結晶シリコンを含む表面層（２１）によって覆われた注入炭素を含む、ステップ、
ｅ）ハンドルウエハ（５）にドナーウエハ（１）のドナー層（２）を結合させるステップ、
ｆ）ドナーウエハの残部（３）の少なくとも一部を除去するステップであって、ドナー層（２）がハンドルウエハ（５）に結合したままであるステップ、及び
ｄ）ドナー層（２）と少なくとも重なった炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するために注入炭素を含む層（４）を含む結合したハンドルウエハ（５）及びドナー層（２）を熱処理するステップであって、前記重なった部分が炭化ケイ素ドナー層（４４）を形成するステップ。
【００８９】
ステップｄ）におけるアニールの後、ドナーウエハの残存する可能性のある部分（３１）は、化学エッチング、研磨、酸化物除去が続く熱酸化、又はこれらの組み合わせによって除去され得る。
【００９０】
この好ましい実施態様において、炭素イオンは、ステップｃ）においてドナーウエハ（１）のドナー層（２）に注入される。ステップｄ）において炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するための熱処理は、ステップｅ）においてハンドルウエハ（５）にドナーウエハ（１）を結合し、ステップｆ）においてドナーウエハの残部（３）の少なくとも一部を除去した後で実施される。
【００９１】
ステップｃ）における炭素イオンの注入の後、ドナーウエハ（１）は、第１の好ましい実施態様のステップｃ）の後のドナーウエハ（１）と同じ構造を有する。次いで、ドナーウエハ（１）のドナー層（２）を、結合界面（１５）を介してハンドルウエハ（５）に結合する。
【００９２】
また、この実施態様の変更においては、完全又は部分的にドナーウエハの表面層（２１）、及び任意に結合前に注入炭素を含む層（４）の一部を除去する方法ステップ又は方法ステップの順序が可能である。前記除去は、研磨、化学エッチング、又は酸化物除去が続く熱酸化、又はこれらの組み合わせによって実施され得る。ドナーウエハの表面層（２１）の除去及び任意に注入炭素を含む層（４）の一部の除去には、続く素子処理中の単結晶シリコンによる熱膨張の不整合を完全に取り除く最終構造体内に単結晶シリコンが含まれないという効果がある。露出表面は、ＣＭＰによって任意に平滑化され得、任意に光反射層又は絶縁層を含むことができる。
【００９３】
次いで、好ましくは、ウエハ結合を強くするためにウエハの結合対をアニールするが、この結合アニールは、必ずしも結合の直後に行うわけではない。結合アニールは、ステップｆ）においてドナーウエハの残部（３）の少なくとも一部における除去の前又は後に行うことができる。
【００９４】
ドナーウエハの残部（３）の除去は、高温アニール後にエッチングストップ層として炭化ケイ素を含む層（４０）の使用のみが可能である。アニール前に除去ステップｆ）を行う場合、ドナーウエハの残部（３）の小さな部分（３１）（典型的には数マイクロメートル）が、第１の除去ステップの後で残存する。次いで、高温アニール後の第２の除去ステップにおいて、ドナーウエハの残部（３）の残りの小さな部分（３１）を除去する。このオプションは、ハンドルウエハ（５）とドナーウエハ（１）との熱膨張係数が異なることに関連した応力が大きいために注入炭素を含む層（４）又はドナーウエハの表面層（２１）の中に欠損が生じる場合、有用であり得る。
【００９５】
任意のステップｈ）及びｉ）は、第１の好ましい実施態様に記載のように実施され得る。
【００９６】
この実施態様は、注入アニールと結合アニールとを組み合わせるという利点を保ちつつ、実施態様２における厚いドナーウエハ及びハンドルウエハと関連した熱膨張係数の不整合の問題を取り除く。アニール中のハンドルウエハからの汚染のリスクは、非常に純粋なハンドルウエハを使用するか、適切な封止層を使用するかのいずれかで取り除くことが可能である。実施態様２において熱的不整合によってアニール温度が限定されるとすれば、この実施態様３によって、アニール（ステップｄ）前に厚いドナーウエハを薄層化（ステップｆ）するのでより高いアニール温度が可能になる。
【００９７】
好ましい実施態様４
第４の好ましい実施態様（図７）において、本発明による方法は、示された順序で以下のステップを含む。
ａ）ハンドルウエハ（５）を提供するステップ、
ｂ）ドナーウエハのドナー層（２）と残部（３）とを含み、ドナー層（２）が単結晶シリコンを含むものである、ドナーウエハ（１）を提供するステップ、
ｅ）ハンドルウエハ（５）にドナーウエハ（１）のドナー層（２）を結合させるステップ、
ｆ）ハンドルウエハ（５）に結合したままのドナー層（２）を露出させるためにドナーウエハの残部（３）を除去するステップ、
ｃ）注入炭素を含む層（４）を作製するためにドナー層（２）に炭素イオンを注入するステップ、
ｄ）ドナー層（２）と少なくとも重なった炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するために注入炭素を含む層（４）を含む結合したハンドルウエハ（５）及びドナー層（２）を熱処理するステップであって、前記重なった部分が炭化ケイ素ドナー層（４４）を形成し、炭化ケイ素ドナー層（４４）が、ドナー層（２）の表面に位置する単結晶シリコンを含む表面層（２１）によって覆われた、ステップ、及び
ｇ）炭化ケイ素ドナー層（４４）を露出させるために単結晶シリコンを含む少なくとも表面層（２１）を除去するステップ。
【００９８】
この好ましい実施態様においては、ステップｅ）においてハンドルウエハ（５）にドナー層（２）を結合し、ステップｆ）においてドナーウエハの残部（３）を除去した後、炭素イオンをドナー層（２）に注入する。その後、ステップｄ）において炭化ケイ素を含む層（４０）を形成するための熱処理を実施する。
【００９９】
ハンドルウエハ（５）にドナーウエハ（１）の結合することによって、図７に示す通りの構造体が生じる。ハンドルウエハ（５）は、結合界面（１５）を介してドナー層（２）に接続し、ドナー層（２）は、ドナーウエハの残部（３）によって覆われる。ドナー層（２）は単結晶シリコンを含むが、注入炭素を含まない。次いで、好ましくは、ウエハ結合を強くするためにウエハの結合対をアニールするが、プラズマ活性化結合の場合、結合力は更なる処理に適切であり、結合アニールステップはステップｄ）の注入アニールと組み合わせることが可能である。
【０１００】
多くの場合、例えば単結晶シリコンドナーウエハ（１）の場合、ドナーウエハのドナー層（２）及び残部（３）は構造的に区別できないことに注意しなければならない。これらの場合、「ドナーウエハの残部（３）」は、単にステップｆ）において除去される材料の量によって定義される。
【０１０１】
次に、ステップｆ）においてドナーウエハの残部（３）を除去する。これは、機械的に研削又は研磨により、或いは化学的にエッチング、又は機械的又は化学的処理の組み合わせにより行われる。好ましくは、ステップｆ）は、ＣＭＰ研磨によりドナー層（２）の表面を平滑化するステップを含む。
【０１０２】
ステップｃ）におけるドナー層（２）への炭素イオンの注入前にドナー層（２）の表面上に酸化被膜を堆積させることが、前記表面でシリコンのスパッタリングを回避するために好ましい。
【０１０３】
ステップｃ）における炭素イオンの注入後、結合界面（１５）を介してハンドルウエハ（５）に結合するドナー層（２）は以下の構造（図７）を有する。ドナー層（２）は、注入炭素を含む層（４）と単結晶シリコンを含む表面層（２１）とを含む。注入炭素を含む層（４）の下方境界は、ドナー層（２）の中、又はハンドルウエハ（５）の中のいずれかに位置することが可能であるか、或いは結合界面（１５）と一致することができる。
【０１０４】
次に、注入炭素を含む層（４）を含むドナー層（２）の熱処理をステップｄ）において実施する。熱処理後、ドナー層（２）はハンドルウエハ（５）に付着し、以下の構造（図７）を有する。炭化ケイ素を含む層（４０）は、ドナー層（２）の中で形成された。炭化ケイ素を含む層（４０）は、単結晶シリコンを含む表面層（２１）によって覆われ得る。後者の層は、ドナー層（２）で表面に位置する。注入炭素を含む層（４）の最初の位置及び組成物に応じて、炭化ケイ素を含む層（４０）をドナー層（２）の中に全体として位置させることが可能であるか、或いは炭化ケイ素を含む層（４０）の一部がハンドルウエハ（５）に拡大することができる。ドナー層（２）の中に位置する炭化ケイ素を含む層（４０）の一部は、本実施例において炭化ケイ素ドナー層（４４）と呼ばれる。
【０１０５】
単結晶シリコンを含んでいる表面層（２１）及び好ましくは炭化ケイ素ドナー層（４４）の一部は、ステップｇ）において除去される。例えば、炭化ケイ素ドナー層（４４）が上層可変炭素濃度ゾーン（４１）を含む場合、このゾーンの少なくとも一部又は全てを除去することが好ましい。これは、第１の好ましい実施態様に既に記載のように、ステップｆ）と同様の方法で行うことが可能である。
【０１０６】
また、この実施態様の変更においては、完全又は部分的に表面層（２１）、及び任意にステップｄ）において注入アニール前に注入炭素を含む層（４）の一部を除去する方法ステップ又は方法ステップの順序が可能である。前記除去は、研磨、化学エッチング、又は酸化物除去が続く熱酸化、又はこれらの組み合わせによって実施され得る。表面層（２１）の除去及び任意に注入炭素を含む層（４）の一部の除去には、注入炭素を含む層（４）が、表面拡散効果による炭化ケイ素ドナー層（４４）の形成に影響を及ぼすこと並びに気体環境の選択及び活性前駆体の選択にも影響を及ぼすことを可能にする自由表面を有するという効果がある。露出表面は、ＣＭＰによって任意に平滑化され得る。
【０１０７】
任意のステップｈ）及びｉ）は、第１の好ましい実施態様に記載のように実施され得る。
【０１０８】
この実施態様は、注入アニールと結合アニールとを組み合わせるという利点を保ちつつ、実施態様２における厚いドナーウエハ及びハンドルウエハと関連した熱膨張係数の不整合の問題を取り除く。アニール中のハンドルウエハからの汚染のリスクは、非常に純粋なハンドルウエハを使用するか、適切な封止層を使用するかのいずれかで取り除くことが可能である。実施態様２において熱的不整合によってアニール温度が限定されるとすれば、この実施態様３によって、アニール（ステップｄ）前に厚いドナーウエハを薄層化（ステップｆ）するのでより高いアニール温度が可能になる。この実施態様はまた、下層可変炭素濃度ゾーン（４３）と結合界面（１５）に対する相対物との間の境界の位置の制御を可能にする。前記位置は、選択的に層を除去する必要のない注入方法中に直接制御され得る。
【０１０９】
好ましい実施態様５
本発明の第５の好ましい実施態様によれば、（場合によっては、単結晶シリコン或いは注入炭素又は炭化ケイ素ドナー層（４４）を含む層（４）を含む）ドナー層（２）は、米国特許第５３７４５６４号に記載されている所謂「スマートカット」方法を使用して、ドナーウエハ（１）からハンドルウエハ（５）に転写され得る。この好ましい実施態様は、第１〜４の好ましい実施態様のいずれかと組み合わせることが可能である。
【０１１０】
この実施態様によれば、水素や希ガスイオン等の軽イオンは、ドナー層（２）とドナーウエハの残部（３）との間の分離層を明確にするためにドナーウエハ（１）に注入される。この注入は、ステップｅ）におけるハンドルウエハ（５）へのドナーウエハ（１）の結合前、好ましくはステップｃ）における炭素イオンの注入及びステップｄ）における注入アニールの後で実施される。次いで、ドナーウエハの残部（３）を、「スプリットアニール」として知られている熱処理によってステップｆ）において除去することができる。これは、事前に明確にされた分離層における熱切断をもたらし、それによって切断表面部分が残される。「スマートカット」方法は、米国特許第５３７４５６４号に詳細に記載されている。
【０１１１】
この好ましい実施態様には、ドナーウエハの残部（３）を再生し（例えばエッチングや研磨）、更に使用することができるという効果がある。研削の場合、ドナーウエハの残部（３）は破壊される。シリコン基板はコストが非常に低く、研削及びエッチングは比較的低コストの方法ステップであるため、特に低コストのより小径のシリコンウエハのために基板を研削及びエッチングすることは、より有利であることが示され得る。
【０１１２】
実施例
ステップａ）低多孔性（４％以下）及び高純度の熱間圧縮焼結３ｃ多結晶ＳｉＣからなるインゴットから１００ｍｍウエハを切断することによって、多結晶ＳｉＣハンドルウエハ（５）を製造する。切断後、前記ウエハを機械的に研削及び研磨して、０．７ｎｍ未満のＲＭＳ（ＡＦＭ、１０μｍ×１０μｍ）の表面粗度を達成する。この多結晶ＳｉＣ材料を、単結晶ＳｉＣの熱膨張係数に整合させる。多結晶ＳｉＣウエハの厚みは４００μｍであり、反り値は１０μｍ以下であり、ＴＴＶ値は２μｍ未満である。
【０１１３】
ステップｂ）１００ｍｍの直径、＜１１１＞配向、２μｍ以下のＴＴＶ、１０μｍ以下の反り、ドープされたｎ型リン、１０Ωｃｍの抵抗率を有し、ＲＭＳ粗度（ＡＦＭ、１０μｍ×１０μｍ）が０．２ｎｍ未満の研磨された単結晶シリコンドナーウエハ（１）を９００℃で熱酸化して、５０ｎｍ厚の酸化被膜を形成する。酸化物層によって、注入中にウエハ表面を起こり得る汚染から保護し、シリコンドナーウエハ表面のスパッタリングを防止する。
【０１１４】
ステップｃ）４７０ｎｍの平均ピーク深さに対して７°の傾斜角で、酸化ドナーウエハ（１）に炭素イオンを注入する。注入パラメータは、５５０℃の一定温度で、１８０ｋｅＶの加速エネルギーで６．７５原子／ｃｍ2のドーズ量である。
【０１１５】
ステップｄ）注入後、前記酸化物をドナーウエハ（１）の表面から剥離する。次いで、ドナーウエハ（１）をアニールして、３ｃ結晶構造の炭化ケイ素を含む埋込層（４０）を合成する。幾つかのドナーウエハ（１）を６００℃で水平炉内に装填し、１０Ｋ／分の速度で１０００℃の温度に逓増させ、次いで５Ｋ／分の速度で１２００℃の温度に逓増させる。次いで前記ドナーウエハ（１）をアルゴン環境中で１２００℃で１０時間アニールし、その後５Ｋ／分の速度で６００℃に逓減させ、次いでそれらを炉から取り出す。ドナーウエハ（１）内に形成された炭化ケイ素を含む層（４０）は、３つのゾーンを含む。
−シリコン、ＳｉＣナノ粒子、拡大した格子欠陥を含み、１００ｎｍの平均厚を有する上層可変炭素濃度ゾーン（４１）、
−表面から約４００ｎｍに位置する約１４０ｎｍの層厚さの単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）、及び
−シリコン、ＳｉＣ、拡大した格子欠陥、及びＥＯＲ（範囲外損傷）注入損傷を含み、３０ｎｍの平均厚を有する下層可変炭素濃度ゾーン（４３）。
炭化ケイ素を含む層（４０）全体は双晶を含まず、３ｃポリタイプの他にいかなるＳｉＣポリタイプも更に含まない。
【０１１６】
ステップｅ）ここで、ＲＣＡ型クリーニングを用いて、炭化ケイ素を含む埋込層（４０）を含むドナーウエハ（１）をクリーニングして、粒子及び金属汚染又は有機汚染を除去する。ドナーウエハのシリコン表面層（２１）の表面粗度は０．２ｎｍ未満のＲＭＳ（ＡＦＭ、１０μｍ×１０μｍ）であり、これは研磨されたシリコンウエハに典型的である。ここでドナーウエハ（１）を、結合の直前にｉｎ  ｓｉｔｕ親水性表面処理を利用して、（ＥＶＧによって供給される）従来の結合システムを使用して、ハンドルウエハ（５）に結合する。結合は室温で実施される。結合力を増大させるために、結合したドナーウエハ及びハンドルウエハ（１、５）を、従来の水平炉を使用してアルゴン環境中で１０００℃で１時間アニールする。
【０１１７】
ステップｆ）結合アニールの後、ドナーウエハの残部（３）を、以下のステップを用いて除去する。
−残りのシリコンの厚みが１０μｍとなるようにシリコンを機械的裏面研削するステップ、
−下層可変炭素濃度ゾーン（４３）内で停止するＨＦ／ＨＮ０3の混合物を使用して残りのシリコンを化学エッチングするステップ、及び
−下層可変炭素濃度ゾーン（４３）の残りの部分を熱酸化し、次に緩衝ＨＦ液で酸化物剥離を行うステップ。
【０１１８】
ステップｈ）露出した単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）の表面を、市販の研磨システム（２ポンド／平方インチ、５分、室温でコロイド状シリカスラリーによる）を使用して化学的・機械的研磨し、その後クリーニングする。得られた表面は擦傷が無く、０．５ｎｍ未満のＲＭＳ（ＡＦＭ、１０μｍ×１０μｍ）の表面粗度を有する。ここで３ｃ結晶構造の残りの単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）は、７０ｎｍの平均厚を有する。
【０１１９】
ステップｉ）窒化物含有ＩＩＩ／Ｖ化合物のエピタキシャル層（６）は、露出した単結晶炭化ケイ素ゾーン（４２）上で成長する。最初に、厚さが１５０ｎｍのＡｌＮ層を１１００℃で成長させ、その後ＧａＮ層（４μｍ厚、１１００℃、トリメチルガリウム及びアンモニア前駆体、ＭＯＣＶＤ、Ａｉｘｔｒｏｎから入手されるツール）を堆積させる。エピタキシャル方法からのクーリングダウン後、単結晶ＧａＮエピタキシャル層（６）内には亀裂を検知できない。欠陥密度は相対的に低く、ＴＥＭで測定した場合、典型的には５Ｅ９転位／ｃｍ2を下回る。エピタキシャル層（６）は、双晶を含まない。
【符号の説明】
【０１２０】
１  ドナーウエハ、  １５  接合境界面、  ２  ドナー層、  ２１  ドナーウエハの表面層、  ３  ドナーウエハの残部、  ３１  ドナーウエハの残部の残余、  ４  注入炭素を含む層、  ４０  炭化ケイ素を含む層、  ４１  上層可変炭素濃度ゾーン、  ４２  単結晶炭化ケイ素ゾーン、  ４３  下層可変炭素濃度ゾーン、  ４４  炭化ケイ素ドナー層、  ５  ハンドルウエハ、  ６  エピタキシャル層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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