(57)【要約】  本発明は、材料層をトップドナーウエハ（１０）から受け側のハンドルウエハ（２０）上へ転写する方法であって、トップウエハおよび受け側ウエハが接合されるべきそれぞれの面を有し、該方法が・接合されるべき面の少なくとも１つを処理する処理ステップであって、ウエハの所与の面の処理によって前記ウエハの反対側の面に汚染物質が生じるステップと、・トップウエハとハンドルウエハの接合されるべき面を直接接合して、中間多層ウエハ（３０）を形成する接合ステップと、・トップウエハから過剰な材料を除去する除去ステップとを含み、処理ステップ中、トップウエハの接合されるべき面のみを処理することを特徴とする方法に関する。
2008514023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料層をトップドナーウエハ（１０）から受け側のハンドルウエハ（２０）上へ転写する方法であって、前記トップウエハおよび前記受け側ウエハが接合されるべきそれぞれの面を有し、
該方法が、
・接合されるべき面の少なくとも１つを処理する処理ステップであって、ウエハの所与の面の処理によって前記ウエハの反対側の面に汚染物質が生じるステップと、
・前記トップウエハと前記ハンドルウエハの接合されるべき面を直接接合させて、中間多層ウエハ（３０）を形成する接合ステップと、
・前記トップウエハから過剰な材料を除去する除去ステップと
を含み、
前記処理ステップ中、前記トップウエハの接合されるべき面のみを処理することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記処理ステップは、面の活性化ステップであることを特徴とする前記請求項１に記載の方法。
【請求項３】
活性化された面と反対側のウエハの面の前記汚染物質は、１０11原子／ｃｍ2超の金属汚染物質の濃度に相当することを特徴とする前記請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記処理は、処理されるべき（１つまたは複数の）面のプラズマへの暴露によって実施されることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記除去ステップは、前記過剰な材料を前記トップウエハから脱離することによって実施されることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記脱離は、前記トップウエハに少なくとも１種類の化学種を導入することによって作製された脆化領域（１１）において実施されることを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記化学種の導入は、化学種の注入によって実施されることを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記注入は、少なくとも２種類の化学種の共注入であることを特徴とする前記請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記注入は、数１０16原子／ｃｍ2の全注入投与量で実施されることを特徴とする前記請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記除去ステップは、３５０℃未満の温度にとどめて行われる分割アニールによって実施されることを特徴とする前記２項の請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記分割アニールの温度は、２００℃から３００℃の間の範囲であることを特徴とする前記請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
材料層をトップドナーウエハ（１０）から受け側のハンドルウエハ（２０）上へ転写する方法であって、
該方法は、
・接合されるべき面の少なくとも１つを処理する処理ステップであって、ウエハの所与の面の処理によって前記ウエハの反対側の面に汚染物質が生じるステップと、
・前記トップウエハと前記ハンドルウエハの接合されるべき面を直接接合して、中間多層ウエハ（３０）を形成する接合ステップと、
・前記トップウエハから過剰な材料を除去する除去ステップと
を含み、
前記接合ステップと前記除去ステップの間に、前記処理ステップによってもたらされた汚染物質を、暴露された前記中間多層ウエハの主面から除去する洗浄ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記処理ステップは、面の活性化ステップであることを特徴とする前記請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記活性化された面と反対側のウエハの面の前記汚染物質は、１０11原子／ｃｍ2超の汚染物質の濃度に相当することを特徴とする前記請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記処理は、処理されるべき（１つまたは複数の）面のプラズマへの暴露によって実施されることを特徴とする前記請求項１２〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記処理ステップ中、前記トップウエハの面のみが処理されることを特徴とする前記請求項１２〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記洗浄ステップは、前記接合ステップの直後に実施されることを特徴とする前記請求項１２〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記洗浄ステップは、任意の高温熱処理の前に実施されることを特徴とする前記請求項１２〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記洗浄ステップは湿式洗浄であることを特徴とする前記請求項１２〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記洗浄ステップは、ＳＣ２溶液および／またはＨＦ溶液を用いて実施されることを特徴とする前記請求項１２〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記洗浄ステップは、単一面洗浄装置を用いて実施されることを特徴とする前記請求項１２〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記トップウエハは、Ｓｉ、またはＳｉＧｅ、ＳｉＣ、またはＧｅで製造されることを特徴とする前記請求項１２〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記ハンドルウエハは、Ｓｉ、溶融石英、ＳｉＣまたはガラスで製造されることを特徴とする前記請求項１２〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記ハンドルウエハ、および前記トップウエハの非除去部分を有する構造体の高温熱処理をさらに含むことを特徴とする前記請求項１２〜２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記高温熱処理は９００℃より高い温度で実施されることを特徴とする前記請求項１２〜２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、半導体材料から選択される材料を含み、マイクロエレクトロニクス、光学、光エレクトロニクスおよび／またはオプトロニクスの用途に使用される多層ウエハの製造に関する。
【０００２】
より正確には、本発明は、多層ウエハを製造するために、半導体材料層を「トップ（ｔｏｐ）」ウエハ（またはドナーウエハ、本明細書においてこれらの用語は同義語と理解される）から「ハンドル（ｈａｎｄｌｅ）」（または受け側ウエハ、または「ベース」ウエハ、本明細書においてこれらの用語は同義語と理解される）上へ転写する工程に関する。
【背景技術】
【０００３】
そうした工程については複数の主要なタイプが知られている。
【０００４】
それらの方法の多くは、接合されたトップウエハから過剰な材料を除去する前に、ハンドルウエハとトップウエハを接合する、接合ステップを含んでいる。
【０００５】
我々は、接合ステップを含むそうした工程を「接合および転写工程（ｂｏｎｄ  ａｎｄ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）」または「ＢＴＰ」工程と呼ぶ。
【０００６】
本文書において与えられる定義および対応する頭字語は、本文書によって保護される主題である本発明を明確に定義するために示すものである。
【０００７】
したがって、それらの定義／頭字語は、この特定の主題を理解するためにのみ使用されるものである。それらは（別段の指定がない限り）出願人の名において、他の目的、例えば他の特許や特許出願など他の文書を説明するために用いられるものではない。
【０００８】
周知のタイプのＢＴＰ工程には、
・ＢＥＳＯＩタイプの工程（トップウエハからの材料の除去は、前記トップウエハのエッチングによって実施される）、
・ＥＬＴＲＡＮ（商標）タイプの工程（除去は過剰な材料の脱離（ｄｅｔａｃｈｍｅｎｔ）よって実施され、前記脱離はトップウエハの多孔性領域の攻撃によって起こる）、
・Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）タイプの工程［除去は過剰な材料の脱離によって実施され、前記脱離は、少なくとも１種類の化学種を用いたトップウエハの注入（ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）によって得られた脆化領域（ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ  ｒｅｇｅｏｎ）におけるトップウエハの分割によって起こる。このタイプの方法の非限定的な実施形態の主要なステップに関する一般的な記述が、非特許文献１に見出しうることが具体的に挙げられる。］
そうした工程の接合ステップは、一般にはトップウエハとハンドルウエハの間に接着剤（樹脂など）を加えずに実施される。
【０００９】
我々は、接着剤を用いないそうした接合を「直接接合（ｄｉｒｅｃｔ  ｂｏｎｄｉｎｇ）」と呼ぶ。また、そうした直接接合を含むＢＴＰを「直接接合および転写工程（Ｄｉｒｅｃｔ  ｂｏｎｄｉｎｇ  ａｎｄ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｒｏｃｅｓｓ）」（ＤＢＴＰ）と呼ぶ。
【００１０】
そうした直接接合の場合、接合されるべき面はきわめて平滑でなければならない（すなわち、きわめて低い粗度を示す）。
【００１１】
また、直接接合によって第２のウエハと接合されるべき前記第１のウエハ上に平滑な面を設けることが可能であり、例えば、前記第１のウエハ上に「接合層」（例えば酸化物層を有する）を形成することによって、かつ／または第１のウエハの面を特殊な処理（例えば研磨など）にかけることによることが挙げられる。
【００１２】
２つのウエハの面の接合により、接合された面の間に、所与の接合エネルギーに関係する接合界面が生じる（このエネルギーが高いほど、接合が強力になる）。
【００１３】
追加処理を用いずに２つのウエハを直接接合することによって得られる接合エネルギーが、十分に高くならないことがある。
【００１４】
これは特に、２つ以上のウエハの接合によって、接合されるウエハ間に高エネルギー結合（すなわち、一般に５００ｍＪ／ｍ2より大きい接合エネルギー）を有する多層ウエハ（初期ウエハのそれぞれが、このようにして得られた多層ウエハに対する１つの「層」をもたらす）を得ることが望ましい場合である。そのような場合には、接合されるウエハは、接合強度を向上させる「接合熱処理（ｂｏｎｄｉｎｇ  ｈｅａｔ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）」（ＢＨＴ）にかけられる。
【００１５】
より正確には、そうしたＢＨＴは、一般に高温（すなわち９００℃以上の温度）で実施される。我々は、９００℃より高い温度で実施されるそうした高温のＢＨＴを「ＨＴ  ＢＨＴ」と呼ぶ。
【００１６】
そうしたＨＴ  ＢＨＴは、接合界面を補強し、その接合エネルギーを所望のレベルまで高めることができる。一例として、ＳｉウエハとＳｉまたはＳｉＯ2ウエハとの間の接合エネルギーは、１１００〜１２００℃程度の温度でのＨＴ  ＢＨＴの後に最大になる。
【００１７】
ＨＴ  ＢＨＴ後に得られる接合エネルギーは、例えばＳｉ／Ｓｉ、ＳｉＯ2／ＳｉＯ2、またはＳｉ／ＳｉＯ2の接合の場合、２〜２．５Ｊ／ｍ2とすることができる。
【００１８】
したがって、そうしたＨＴ  ＢＨＴによって、接合されるウエハの層の間に適切なエネルギーを有する多層ウエハの製造を可能にすることができる。
【００１９】
しかし、多層ウエハにＨＴ  ＢＨＴを実施することが望ましくない場合もある。
【００２０】
それは、例えば多層ウエハの各層が、それぞれかなり異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する場合である。
【００２１】
そのような場合には実際に、ＨＴ  ＢＨＴに曝されると、異なるＣＴＥを有する各層は異なる大きさの膨張を受ける。これによって、ウエハのそりや、さらにはウエハの結晶構造の転位のような欠陥の発生など、悪影響をまねく恐れがある。
【００２２】
また、他の理由のために、接合された多層ウエハにＨＴ  ＢＨＴを実施することが望ましくない場合もある。例えば、ウエハが既に、完全にまたは部分的に精密な構成要素を含む場合（そうしたウエハは通常「構造化基板（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」と呼ばれる）、あるいは高温処理によってウエハ材料が変化を受ける可能性がある場合（例えば、ウエハが、ホウ素、リンのような鋭いドーピング特性（ｓｈａｒｐ  ｄｏｐｉｎｇ  ｐｒｏｆｉｌｅ）を有するウエハである場合、または低ｋ材料、高ｋ材料のようにＨＴ  ＢＨＴによって変化を受ける準安定層を有するウエハである場合、またはＡｌ2Ｏ3やＴｉＮのような金属元素を伴う層を有するウエハである場合）などである。
【００２３】
そうした欠点を回避し、それでも多層ウエハの接合された層の間で高い接合エネルギーを得るために、低温における高い接合エネルギーに関する技術が開発されている。
【００２４】
そうした技術の１つでは、接合されるべき面を、互いに接触させる前にプラズマに暴露することによって「活性化（ａｃｔｉｖａｔｅｄ）」する。
【００２５】
そうした技術を、「プラズマ活性化（ｐｌａｓｍａ  ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）」技術と呼ぶ。
【００２６】
プラズマ活性化は、ＢＨＴを接合されるべき面を接触させた後に実施することによって、高い接合エネルギーを得ることを可能にするが、それは低温のＢＨＴ（「ＬＴ  ＢＨＴ（ａ  ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ＢＨＴ）」）に制限された状態にとどまるため有利である。
【００２７】
またプラズマ活性化は、接合された多層ウエハに対するＨＴ  ＢＨＴの実施を必要とせずに、高エネルギー接合を得るための解決策として、ＤＢＴＰ向けに提案されてきた。
【００２８】
そうした周知のＤＢＴＰの一般的な例が、非特許文献２に示されている。
【００２９】
この論文は、ウエハの接合ステップ（トップウエハとハンドルウエハの間の）の前に、接合されるべき面に対してプラズマ活性化を実施することができるＳｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）タイプの工程を開示している。
【００３０】
そうした工程の一般的な原理を図１に示すが、図１は、そうした周知の原理の連続する主要なステップを示す図１ａから１ｅを含んでいる。
【００３１】
図１ａは、トップウエハ１０およびハンドルウエハ２０を示している。
【００３２】
トップウエハ１０には、脆化領域１１を形成するために１種類または複数種類の化学種が注入されている。
【００３３】
トップウエハ１０は、絶縁体層１２によって被覆されている。
【００３４】
直接接合のために、この絶縁体層の面１００をハンドルウエハの面２００と接触させる。
【００３５】
これら２つの面１００、２００をそれぞれ、ウエハ１０および２０の「前」面と呼ぶものとする。
【００３６】
また、これら２つのウエハの反対側の面（それぞれ面１１０および面２１０）をそれぞれ、これらのウエハの「裏」面と呼ぶ。
【００３７】
図１ｂは、プラズマチャンバ内でのプラズマによる前面１００および２００の活性化を示している。
【００３８】
図１ｃに示すように、この活性化によって、トップウエハ１０の前面１００上に活性化領域１０１が生じ、ハンドルウエハ２０の前面２００上に活性化領域２０１が生じる。
【００３９】
ウエハをプラズマに暴露するため、この活性化によって汚染物質も発生する。
【００４０】
前面は裏面よりも受ける汚染物質がかなり少ないため、そうした汚染物質をウエハの裏面１１０、２１０それぞれに、参照記号１１１および２１１によってより詳細に示してある［一例として、シリコンウエハのプラズマ活性化では一般に、「前」面（活性化されるべき面であり、かつプラズマチャンバの内部空間に面する）では約２×１０10原子／ｃｍ2の汚染物質濃度が生じ、ウエハの裏面では汚染物質濃度は１０11原子／ｃｍ2超になる］。
【００４１】
これは特に、各ウエハとプラズマチャンバに付随する支持要素［例えばチャック（ｃｈｕｃｋ）］との間の物理的接触が、ウエハの裏面で行われるためである。
【００４２】
マイクロエレクトロニクス用の市販の装置では、ウエハはプラズマチャンバ内のチャック上に配置される。
【００４３】
該チャックは以下の機能を果たすように適合される。
【００４４】
・プラズマへの暴露中、ウエハを受け入れ、適所にきわめてしっかり保持すること、
・温度拡散によって、プラズマ暴露中のウエハの温度を調節すること、
・ウエハに対する分極（バイアス電圧）を移動させる電極として働くこと。
【００４５】
この一式の機能をチャックによって成し遂げねばならないことが、前記チャックと接触するウエハの面（すなわち、ウエハの裏面。プラズマに直接暴露されるのが前面であるためである。）を汚染する可能性がある成分を含むチャック材料製造の選択に結び付く。この材料は、一般にＡｌ2Ｏ3ベースの焼結セラミックスとすることができる。
【００４６】
図１ｄは、トップウエハ１０とハンドルウエハ２０の直接接合を示しており、これら２つのウエハはその前面によって接合されている。この接合によって、特に脆化領域１１を有する多層３０ウエハ（「中間（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ）」多層ウエハと呼ぶ）が生成される。
【００４７】
次いで図１ｅは、脆化領域で実施された脱離後に得られる多層ウエハ３５を示している。このウエハ３５は、ＳＯＩ素子（絶縁体上シリコン、Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、ＳＧＯＩ素子（絶縁体上シリコンゲルマニウム、ＳｉｌｉｃｏｎＧｅｒｍａｎｉｕｍ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、ｓＳＯＩ素子（絶縁体上歪みシリコン、ｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、ＧｅＯＩ素子（絶縁体上ゲルマニウム、Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、ＳｉＣＯＩ素子（絶縁体上シリコンカーバイド，Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、ＳＯＱ素子（クォーツ上シリコン、Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｑｕａｒｔｚ）タイプのものや、他の任意のタイプのものとすることができる。
【００４８】
図１ｅはまた、脱離処理されたトップウエハの残部部分（部分１５）も示している。この部分を、次の工程、例えば新しいトップまたは新しいハンドルウエハを構成するために、処理および再使用することができる。
【００４９】
このタイプの工程は、プラズマ活性化がＤＢＴＰによって多層ウエハを製造するのに有利である可能性があることを示している。
【００５０】
しかし、プラズマ活性化それ自体は、活性化によって生じる汚染物質に関連する他の欠点を伴う。
【００５１】
実際には前述のようにプラズマ活性化によって、プラズマに暴露されるウエハ、特にウエハの裏面に汚染物質が生じる。
【００５２】
この「汚染物質（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）」は金属元素（例えばＡｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ、・・・）の堆積物に相当し、ウエハの面上で微細粒子に取り込まれる、あるいは孤立した原子、分子またはイオンの場合には前記面に吸収される可能性がある。
【００５３】
そうした金属元素の堆積物は、暴露されたウエハの面の少なくとも一部の領域で、５×１０11〜５×１０12原子／ｃｍ2程度の汚染レベルで観察される。
【００５４】
そうした濃度は、さらなる熱処理（例えば、ウエハの面を平滑化するための１０００℃超の温度での高温アニール、またはウエハに素子を実装するために多層ウエハに対して実施されるさらなる処理）にかけられる多層ウエハには高すぎる。
【００５５】
実際に、そうした高温処理に曝される多層ウエハの汚染物質は、ウエハの本体（ｖｏｌｕｍｅ）内で拡散し、ウエハおよびその素子の特性（特に電気的特性）を著しく変化させる。
【００５６】
また前述のようなプラズマ活性化に起因する汚染物質の濃度は、多層ウエハおよびそれに関連する素子を製造する業界で一般的に用いられている最大汚染レベルの規格値よりもかなり高くなる（そうした規格値は５×１０10原子／ｃｍ2程度、またはさらに低い）。
【００５７】
したがって、多層ウエハを製造するために、接合されるべき面の活性化を用いた公知の技術水準を構成する直接接合転写工程（例えばＳｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）工程など）を実施することには、いくつかの欠点を伴う。
【００５８】
また、前述のプラズマ活性化に関して、上記のようなこれらの欠点が明るみに出た場合、同様の欠点が、面についてのプラズマ活性化とは異なる活性化（例えば、酸化および／または化学的活性化・・・）にも関連する可能性があるということが挙げられる。
【００５９】
【特許文献１】国際公開第０４２７７９号パンフレット
【非特許文献１】SILICON-ON-INSULATOR TECHNOLOGY: Materials to VLSI, 2nd Edition (Jean-Pierre COLINGE)
【非特許文献２】"Ultra-thin strained-silicon-on-insulator and SiGe-on-insulator created using low-temperature wafer bonding and metastable layers", Taraschi et al., J. Electrochem. Soc. Vol.151 , N°1, p.47(2004)
【非特許文献３】"Semiconductor on Wafer Bonding: Science and Technology" - Tong and Goesele, sponsored by the Electrochemical Society, Inc., a Wiley-lnterscience Publication, 1999
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００６０】
本発明の目的は、前述の欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００６１】
この目的のために、本発明は、材料層をトップドナーウエハから受け側のハンドルウエハ上へ転写する方法であって、トップウエハおよび受け側ウエハが接合されるべきそれぞれの面を有し、
・接合されるべき面の少なくとも１つを処理する処理ステップであって、ウエハの所与の面の処理によって、前記ウエハの反対側の面に汚染物質が生じるステップと、
・中間多層ウエハを形成するために、トップウエハとハンドルウエハの接合されるべき面を直接接合する、接合ステップと、
・トップウエハから過剰な材料を除去する除去ステップと
を含み、
該方法が、
該処理ステップ中、トップウエハの接合されるべき面のみを処理することを特徴とする方法を提案する。
【００６２】
そうした方法の好ましい非限定的な態様は以下のとおりである。
【００６３】
−前記処理ステップは、面の活性化ステップである。
【００６４】
−活性化された面と反対側のウエハの面の前記汚染物質は、１０11原子／ｃｍ2超の金属汚染物質の濃度に相当する。
【００６５】
−前記処理は、処理されるべき（１つまたは複数の）面のプラズマへの暴露によって実施される。
【００６６】
−前記除去ステップは、前記過剰な材料をトップウエハから脱離することによって実施される。
【００６７】
−前記脱離は、トップウエハに少なくとも１種類の化学種を導入することによって作製された脆化領域において実施される。
【００６８】
−前記化学種の導入は、化学種の注入によって実施される。
【００６９】
−前記注入は、少なくとも２種類の化学種の共注入である。
【００７０】
−前記注入は、数１０16原子／ｃｍ2の全注入投与量で実施される。
【００７１】
−前記除去ステップは、３５０℃未満のままの温度で実施される分割アニール（ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）によって実施される。
【００７２】
−前記分割アニールの温度は、２００℃から３００℃の間の範囲である。
【００７３】
−該方法は、
・接合されるべき面の少なくとも１つを処理する処理ステップであって、ウエハの所与の面の処理によって、前記ウエハの反対側の面に汚染物質が生じるステップと、
・中間多層ウエハを形成するために、トップウエハとハンドルウエハの接合されるべき面を直接接合する、接合ステップと、
・トップウエハから過剰な材料を除去する除去ステップと
を含み、
前記接合ステップと除去ステップの間に、前記処理ステップによってもたらされた汚染物質を、暴露された中間多層ウエハの主面から除去する洗浄ステップを含むことを特徴とする。
【００７４】
−前記処理ステップは、面の活性化ステップである。
【００７５】
−活性化された面と反対側のウエハの面の前記汚染物質は、１０11原子／ｃｍ2超の汚染物質の濃度に相当する。
【００７６】
−前記処理は、処理されるべき（１つまたは複数の）面のプラズマへの暴露によって実施される。
【００７７】
−処理ステップ中、トップウエハの面のみが処理される。
【００７８】
−前記洗浄ステップは、前記接合ステップの直後に実施される。
【００７９】
−前記洗浄ステップは、任意の高温熱処理の前に実施される。
【００８０】
−前記洗浄ステップは湿式洗浄（ｗｅｔ  ｃｌｅａｎｉｎｇ）である。
【００８１】
−前記洗浄ステップは、ＳＣ２溶液および／またはＨＦ溶液を用いて実施される。
【００８２】
−前記洗浄ステップは、単一面洗浄装置（ｍｏｎｏ  ｆａｃｅ  ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）を用いて実施される。
【００８３】
−トップウエハは、Ｓｉ、またはＳｉＧｅ、ＳｉＣ、またはＧｅで製造される。
【００８４】
−ハンドルウエハは、Ｓｉ、溶融石英、ＳｉＣまたはガラスで製造される。
【００８５】
−該方法はさらに、ハンドルウエハ、および除去されていない一部のトップウエハを有する構造体の高温熱処理を含む。
【００８６】
−前記高温熱処理は９００℃より高い温度で実施される。
【００８７】
本発明の他の態様および利点は、添付図面に関してなされている以下の説明を読めば明らかになるであろう（当該技術分野の技術水準として知られている原理に関連して既に説明した図１に加えて、）。
【００８８】
すなわち、
・図２は、本発明の第一の実施態様ににしたがったプロセスの概略を示すフローチャートである。
【００８９】
・図３は、本発明の第二の実施態様ににしたがったプロセスの概略を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９０】
以下に示す２つの実施形態は組み合わせることができる。
【００９１】
また、以下に説明する図面において、図１を参照して説明したものと同一または類似の要素および特性には、同じ参照番号に関連付けられるものとする。
【００９２】
第１の実施形態
図２（図２ａ〜２ｅを含む）は、本発明の第１の実施形態の主要なステップを示している。
【００９３】
これらのステップは、先に説明したステップ１ａ〜１ｅの一部を再現している。
【００９４】
したがって図２ａは、注入された脆化領域１１を有するトップウエハ１０、およびハンドルウエハ２０を示している。
【００９５】
この段階において、トップウエハ１０およびハンドルウエハ２０の前面１００および２００には、接合されるべき面を準備するための予備処理を施すことができる。この予備処理には、化学的機械研磨（ＣＭＰ）、および／または洗浄溶液（ＲＣＡ、ＳＰＭ＋ＲＣＡ、・・・など）を用いた１つまたは複数の洗浄が含まれる。
【００９６】
トップウエハ１０は、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＳｉＣ、または他の任意の半導体材料で製造することができる。
【００９７】
ハンドルウエハ２０は、Ｓｉ、溶融石英、ＳｉＣ、ガラス（おそらく、これらの材料はすべて、結晶、多結晶または非結晶の形である）、あるいは他の任意の半導体材料で製造することができる。
【００９８】
脆化領域１１は、トップウエハに化学種を導入することによって作製しておくことができた（この「導入」は、例えば注入として、かつ／または拡散によって、あるいは他の任意の周知の技術によって実施される）。
【００９９】
化学種の「導入」が化学種の注入である場合、そうした注入は１種類の化学種（例えばＨやＨｅなど）のみの注入とすることができる。それを、複数種類の化学種、例えばＨとＨｅの注入（すなわち共注入）によって行うこともできた。
【０１００】
この場合もやはり、トップウエハの前面１００は酸化物層（例えば、ＳｉＯ2の堆積物、または基礎材料（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の酸化領域）の面である。
【０１０１】
図２ｂは活性化ステップを示し、その間にトップウエハの前面１００がプラズマに暴露される。
【０１０２】
この活性化ステップは（本明細書で述べる異なる実施形態において言及するすべての活性化ステップと同様に）、より一般的には接合されるべき面の処理ステップに相当し、処理される面と反対側のウエハの面における汚染物質の発生を伴う。
【０１０３】
したがって、トップウエハ１０の裏面１１０は、前述のような金属汚染物質で汚染された領域１１１によって覆われる（図２ｃ参照）。
【０１０４】
また前述のように、トップウエハの裏面上のこの汚染は、通常、一般的に許容される最大濃度より高い汚染物質濃度に相当する。
【０１０５】
この活性化ステップ中、活性化するためにトップウエハのみをプラズマに暴露することに留意されたい。
【０１０６】
ハンドルウエハ２０はいかなるプラズマにも露されない。したがって、汚染物質は前記ハンドルウエハの面には堆積されない。
【０１０７】
このドナーのトップウエハのみを選択的に暴露することが、本発明のこの第１の実施形態に特有のものである。
【０１０８】
ＤＢＴＰにプラズマ活性化を使用する周知の実験では、プラズマによる活性化のために、トップウエハとハンドルウエハの両方の前面が暴露された。そうした実験では、さらに高温処理を受ける可能性がある多層構造体の汚染に関連する欠点は指摘されてこなかった。
【０１０９】
そうした実験の１つに関する報告書（例えば、非特許文献２参照）では、接合されるべきウエハの一方のみのプラズマ活性化に言及していることに留意されたい。
【０１１０】
ただしこの記述は、トップウエハのではなくハンドルウエハの活性化に言及している。また当然ながら、この論文ではプラズマ活性化に起因する汚染に関連する問題については言及していない。
【０１１１】
中間多層ウエハ３０を作製するための次のステップは、トップウエハとハンドルウエハの直接接合である（図２ｄ）。
【０１１２】
次いで、トップウエハから過剰な材料が除去される。
【０１１３】
図２ａ〜２ｅに示したこの第１の実施形態の例では、この除去は、トップウエハの脆化領域１１によって範囲を定められた過剰な材料を脱離することによって実施される。
【０１１４】
Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）タイプの方法に該当するこの特定の場合には、トップウエハの残部１５が中間ウエハ３０から分離される。
【０１１５】
除去は、ＢＴＰで知られている任意の方法に従って実施することもできる。
【０１１６】
したがって、この除去を、中間ウエハ３０に対してトップウエハ１０の裏面（すなわち、トップウエハの前面１００と反対側の面）をエッチングすることによって実施することができる。
【０１１７】
（ＢＥＳＯＩタイプの方法に相当する）そうした場合には、トップウエハに対して注入を行っておく必要はない。
【０１１８】
除去ステップを、ＥＬＴＲＡＮ（登録商標）法に従って実施することもできる。
【０１１９】
そうした場合には、あらかじめ多孔性材料よって脆化領域が作製され、この場合もやはり注入は不要である。
【０１２０】
Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）タイプまたはＥＬＴＲＡＮ（商標）タイプの方法の場合には、残部１５が得られる。
【０１２１】
すべての場合において（すなわち、トップウエハの過剰な材料を除去するためにどんな方法を使用しても）、得られる多層ウエハ３５は、その活性化のために前面がプラズマに暴露されたウエハの裏面に発生した重度の汚染を含まない。
【０１２２】
実際、すべての場合において、トップウエハの裏面上にある重度の汚染領域１１１は多層ウエハ３５から除去された。
【０１２３】
このことは特に有利である。なぜなら、この多層ウエハは次に追加の熱処理を受けるところ、その熱処理の一部が前述のように高温で実施されるためである（例えば１０００℃超の温度での平滑化アニール）。
【０１２４】
また高濃度の汚染物質（例えば１０11原子／ｃｍ2超の濃度）を含むウエハを暴露すると、汚染物質のウエハ内への許容できない非可逆性の拡散が生じるだろう。
【０１２５】
残部１５を生じさせる方法の場合、唯一の重度の汚染（領域１１１）は前記残部上に存在し、多層ウエハ３５にはそうした重度の汚染はまったく存在しない。
【０１２６】
したがって、この本発明の第１の実施形態は、多層ウエハが高濃度の汚染物質よって汚染されることなく、ＤＢＴＰによる前記多層ウエハの製造を可能にする。
【０１２７】
活性化ステップ後に、暴露されたトップウエハの前面で観察されうる汚染物質の濃度は２×１０10原子／ｃｍ2程度であり、これは一般に許容できる濃度レベルである。
【０１２８】
図２ｅに示した除去ステップは、注入された脆化領域１１でトップウエハを脱離することによって実施される。
【０１２９】
この脱離は、機械的および／または熱的作用によって生じさせることができる。
【０１３０】
熱的作用（すなわち分割アニール）の場合、前面１００、２００で生じた（したがって、接合界面の周辺にあるであろう）汚染物質の拡散を回避するために、温度を適度な値に保つべきである。
【０１３１】
ＳＯＩなどの多層ウエハの場合、そうした分割アニールに対する適度な温度の典型的な値は、３００〜５００℃である。
【０１３２】
また図１ａ〜１ｅに示したＳｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）タイプの方法を使用する特定の場合には常に、脆化領域１１を作製するためのトップウエハの注入を、２種類以上の化学種を用いて行うと有利になる場合がある（例えばＨ＋Ｈｅの共注入）。
【０１３３】
実際に、そうした共注入によって、分割アニールの温度を下げることが可能であり、共注入（例えばＨ＋ＨｅのＳｉトップウエハへの共注入）によって作製された脆化領域での分割は、［所与の全注入投与量、すなわち注入される化学種すべての投与量の合計（これを一般的には例えば５×１０16原子／ｃｍ2、より一般的には数１０16原子／ｃｍ2の「標準的な」注入投与量とすることができる）に対して］同じ全注入投与量であっても１種類の化学種のみによって注入された同じトップウエハで行われるよりも低い温度で生じる。
【０１３４】
「標準的な」全投与量を用いて、分割アニールの温度を下げることができるそうした共注入の条件のより詳細については、特許文献１を参照されたい。
【０１３５】
したがって前述のように、共注入（例えばＨ＋Ｈｅによる共注入）は、適度な温度で分割アニールを実施するのに有利な特性を構成する。またそうした共注入によって、分割アニールの温度をさらに下げることも可能である。
【０１３６】
数１０16原子／ｃｍ2の全注入投与量を用いたＳｉトップウエハでのＨ＋Ｈｅの共注入の場合、この温度は３５０℃未満にとどめることができ、特に２００〜３００℃という低い範囲にすることができる。
【０１３７】
第２の実施形態
図３（図３ａ〜３ｆを含む）は、本発明の第２の実施形態の主要なステップを示している。
【０１３８】
図３ａは（図１ａおよび２ａのように）トップウエハ１０およびハンドルウエハ２０を示している。
【０１３９】
トップウエハおよびハンドルウエハの材料は、前述の第１の実施形態に関して言及した材料と同じとすることができる。
【０１４０】
この場合もやはり、脆化領域１１を生成するために、トップウエハには１種類または複数種類の化学種が注入された。
【０１４１】
ただしこの場合もやはり、そうした注入された脆化領域は、本発明をＳｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）タイプの方法を用いて実施した場合に相当する特定の例にすぎず、任意のタイプのＤＢＴＰも用いることができる。
【０１４２】
またより一般的には、別段の指定がない限り、第１の実施形態について先に示した知見をすべて、この第２の実施形態に適用することができる。
【０１４３】
図３ｂは、プラズマへの暴露による活性化ステップを示している。
【０１４４】
このステップ中、トップウエハ１０および／またはハンドルウエハ２０の前面を暴露することができる。
【０１４５】
活性化のためにトップウエハ１０のみをプラズマに暴露する場合、前述の第１の実施形態を第２の実施形態と組み合わせることができる。
【０１４６】
図３ｂ〜３ｄは、トップウエハとハンドルウエハの両方をプラズマによって活性化する特定の場合を示している。
【０１４７】
したがって図３ｃは、それぞれトップウエハおよびハンドルウエハの裏面に関連付けられる、高度に汚染された領域１１１および２１１を示している。
【０１４８】
もちろん、トップウエハのみを活性化した場合には領域１１１のみが存在し、ハンドルウエハのみを活性化した場合には領域２１１のみが存在することになる。
【０１４９】
図３ｄは、トップウエハとハンドルウエハの直接接合を示しており、それらの前面同士が接触している。
【０１５０】
この第２の実施形態では、接合の後（好ましくは直後）に、中間多層ウエハ３０上の高度に汚染された領域１１１および２１１から（あるいは、接合前に一方のウエハのみがプラズマによって活性化されたために、そうした高度に汚染された領域が１つだけ形成されている場合には、形成されている領域１１１または２１１から）汚染物質を除去するための洗浄ステップ（図３ｅ）が続く。
【０１５１】
領域１１１は、中間多層ウエハ３０の第１の「主」面に関連付けられると言え、また領域２１１は、中間多層ウエハ３０の第２の「主」面に関連付けられると言える。
【０１５２】
この洗浄ステップは、汚染物質を除去することが可能な洗浄溶液を用いて、トップウエハとハンドルウエハの直接接合によって作製された中間多層ウエハ３０に対して実施される。そのために、ＳＣ２溶液またはＨＦ溶液を用いることができる。
【０１５３】
洗浄ステップは、ウエハが任意の高温処理（すなわち、９００℃超の任意の熱処理）を受ける前に実施される。
【０１５４】
図３ｅに示したこの「洗浄ステップ」は、複数の連続する洗浄からなることができる。
【０１５５】
そうした洗浄は、中間多層ウエハ３０に対して実施される。この洗浄は、当分野で公知の洗浄操作とは異なっている。これら公知の洗浄操作は、通常バルクシリコンウエハなど単層ウエハに対して実施されるためである。
【０１５６】
洗浄ステップの洗浄はそれぞれ湿式洗浄として、すなわち、洗浄するウエハを洗浄溶液でできた浴に浸すことによって実施することができる。
【０１５７】
ただし、単一面洗浄装置を用いて、そうした洗浄を実施することも可能であり、該洗浄装置は洗浄溶液の噴霧または噴射を、洗浄すべき面のみに選択的に放出するように制御されている。
【０１５８】
洗浄ステップに関しては予想に反して、既に層が相互に接合されている多層ウエハ３０に洗浄溶液を用いて、きわめて満足のいく結果が得られることを、本件出願人が確認したことに留意されたい。
【０１５９】
実際にも、洗浄溶液が接合界面に浸透する可能性があるため、従来技術はそうした洗浄を回避すべきであることを示唆する傾向がある（例えば、非特許文献３参照）。そうした浸透は、接合の質を下げる、あるいは接合されたウエハ間の結合を緩める危険も伴う。
【０１６０】
さらに、従来技術の検討からは、洗浄ステップに関連する操作は、接合されたウエハの剥離を促すように考えられる。
【０１６１】
さらに、洗浄ステップは、接合されたウエハの接合界面の端部における接合エネルギーを低下させる可能性が高いようにも考えられる。
【０１６２】
したがって、この第２の実施形態と同様に実施される洗浄ステップは、従来技術の教示に反するものである。
【０１６３】
また、この第２の実施形態（接合後に実施される洗浄工程を有する）によって提供される特定の工程はさらに、金属汚染物質を効率的に除去することが知られているＳＣ２またはＨＦ溶液などの溶液の使用を可能にする。
【０１６４】
実際には、ＳＣ２またはＨＦ溶液は、相互に接合させる前にトップおよび／またはハンドルウエハを洗浄するために用いる場合には問題を伴う。そのような場合には、ＳＣ２またはＨＦ溶液は、好ましくない汚染物質を除去するものの、同時に接合される面を不活性化して、プラズマ活性化の利益を失うことになる。
【０１６５】
したがって、この第２の実施形態で提案される特定の方法は、ＬＴ  ＢＨＴを用いたＤＢＴＰによる多層ウエハの製造を可能にする有利な工程にも対応していると思われる。
【０１６６】
図３ｆは、トップウエハの過剰な材料の除去ステップを示している。この場合もやはり、第１の実施形態について先に行った説明がすべてあてはまる。
【０１６７】
この第２の実施形態の利点は、（図３ｆの左部部分に示すように）残部を生成するように除去が実施される場合、洗浄ステップによってそうした残部が既に洗浄されていることである。
【０１６８】
本発明の各実施形態についてこれまでに示した説明は、プラズマへの暴露によって実施される（１つまたは複数の）活性化（「プラズマ活性化」）の場合に焦点を合わせたものであり、あるいは、そうした活性化を異なる形（例えば、酸化および／または化学的活性化・・・）に基づいて実施することもできる。
【０１６９】
すべての場合において、活性化は、
・活性化される面の接合に関連する接合エネルギーを高めることを意図するものである（前記面を、一般に「前」面と呼ぶことができる）。
【０１７０】
・活性化するべき「前」面とは反対側の「裏」面における重度の汚染の発生に関連する（「重度の」汚染とは、１０11原子／ｃｍ2超の汚染物質濃度に相当すると理解される）。
【０１７１】
またすべての実施形態において、本発明は、ウエハの面がかなり汚染されている場合には、前記面が高温熱処理を受けないようにすることができることを保障するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）タイプの工程の一般的な原理を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による工程の図によるフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態による工程の図によるフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2008514023.tif 000007
2008514023.tif 000008