(57)【要約】  電子デバイスを形成する方法は、半導体材料を含む基材のある面上に電気化学プロセスにより金属層を形成する工程を含むことができる。本方法はまた、この面からある距離を置いて分離促進種を基材に導入する工程、及び基材から該基材の一部である半導体層と金属層を分離する工程を含むことができる。特定の実施形態では、分離促進種は、金属層に組み入れることができ、そして基材中に移動させることができ、特定の実施形態では、分離促進種は基材に注入することができる。さらに別の実施形態では、両方の技術を使用することができる。さらなる実施態様では、両面プロセスを実施することができる。
2011520290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料を含む基材の第１の面上に第１の電気化学プロセスにより第１の金属層を形成する工程、
前記第１の面から第１の距離で前記基材に第１の分離促進種を導入する工程、及び
前記基材から該基材の第１の部分である第１の半導体層と前記第１の金属層を分離する工程
を含む、電子デバイスを形成する方法。
【請求項２】
前記第１の金属層を形成する工程が水素含有ガスを用いて実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の電気化学プロセスがメッキを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記分離促進種が、水素、ヘリウム、ホウ素、シリコン、フッ素又は塩素を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の分離促進種を導入する工程が、
水素を前記第１の金属層に組み入れる工程、及び
水素を前記第１の金属層から前記基材へ移動させる工程
を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記基材と前記第１の金属層をアニールする工程をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の金属層を形成する工程が、前記第１の電気化学プロセスを開始する前に、接着膜、バリア膜、シード膜又はそれらの任意の組み合わせを形成する工程をさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の金属層が単独で前記第１の半導体層に十分な機械的支持を提供するような厚さに該第１の金属層が形成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記基材から前記第１の半導体層と前記第１の金属層を分離する工程が、前記基材から前記第１の半導体層と前記第１の金属層を機械的に分離する工程を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記基材から前記第１の半導体層と前記第１の金属層を分離した後、該第１の金属層が該第１の半導体層よりも厚い、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記電子デバイスが、前記第１の半導体層と前記第１の金属層を含む光電池、前記第１の半導体層と前記第１の金属層を含む発光デバイス、又は前記第１の半導体層と前記第１の金属層を含む放射線検出器を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記基材の第２の面上に第２の電気化学プロセスにより第２の金属層を形成する工程であって、該第２の面が前記第１の面と反対側である工程、
前記第２の面から第２の距離で前記基材に第２の分離促進種を導入する工程、及び
前記基材から該基材の第２の部分である第２の半導体層と前記第２の金属層を分離する工程
をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
半導体材料を含む基材の第１の面上に第１の電気化学プロセスにより第１の金属層を形成する工程、
前記第１の面から第１の距離で前記基材に第１の分離促進種を導入する工程、及び
前記基材から該基材の第１の部分である第１の半導体層と前記第１の金属層を分離する工程
を含む、電子デバイスを形成する方法。
【請求項１４】
少なくとも１つのドープ接合を有する半導体基材の第１の面上に電気化学プロセスにより第１の金属層を形成する工程、
水素を前記半導体基材を覆う前記第１の金属層に組み入れる工程、
アニールプロセスにより水素を前記第１の金属層から前記半導体基材に移動させる工程、及び
前記半導体基材から第１の半導体層と前記第１の金属層を分離する工程
を含む、電子デバイスを形成する方法。
【請求項１５】
種を投影飛程に対応する半導体基材に注入する工程であって、該半導体基材が少なくとも１つのドープ接合を有し、前記種が水素、ヘリウム又はホウ素を含む工程、
前記半導体基材の第１の面上に電気化学プロセスにより第１の金属層を形成する工程、及び
前記種の注入後に前記半導体基材から第１の半導体層と前記第１の金属層を分離する工程
を含む、電子デバイスを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には電子デバイスに関し、特には基材から分離された層の上に電子デバイスを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材上に転写された半導体層又は種々の成長プロセスを用いて厚くされた基材がシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）技術等の技術において利用されている。この場合の層の転写は、劈開面のプロセスの取り込み、異質基材への付着、及び表面層の分離を伴う。劈開面の取り込みは、イオン注入プロセス又は多孔質層の形成によって実施される。異質基材への結合は、極めて滑らかな表面上のファン・デル・ワールス力、適切な材料を用いた共晶接合、又は適切な材料、高温及び高圧を用いた熱圧着を伴う。分離は、イオン注入の際に形成される気泡及び亀裂のアニーリングを伴う。デバイスの形成においては、イオン注入及び滑らかな表面の形成などのプロセスはサイクル時間が長くコストが高い。
【発明の概要】
【０００３】
以下の実施形態は、例として示されるものであり、添付の図面には限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】基材を含むワークピースの一部の断面図を示す。
【図２】金属含有膜を形成した後の図１のワークピースの断面図を示す。
【図３】導電膜を形成した後の図２のワークピースの断面図を示す。
【図４】アニーリングプロセス後の図３のワークピースの断面図を示す。
【図５】分離プロセス後の図４のワークピースの断面図を示す。
【図６】実質的に完成した半導体デバイスの断面図を示す。
【図７】他の実施形態に従った半導体層の分離において助けとなる空隙の形成後のワークピースの一部の断面図を示す。
【図８】別の他の実施形態に従ったワークピースの第１の表面に隣接する複数の空隙の形成後のワークピースの一部の断面図を示す。
【図９】半導体層を基材の両側から分離した後の図８のワークピースの断面図を示す。
【図１０】インゴットの形態の基材、ドープ領域、及び導電層を含むワークピースの一部の断面図を示す。
【図１１】半導体層、ドープ領域、導電層の組み合わせを基材から分離した後の図１０のワークピースの断面を示す。
【０００５】
当業者であれば、図中の要素は簡単かつ明確にするよう示されており、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解するであろう。例えば、図中の要素の一部の寸法は、本発明の実施形態の理解を助けるために他の要素に比べて誇張されている場合がある。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下の説明は、図面とともに、本明細書において開示される教示の理解を助けるよう提供される。以下の記載は、教示の具体的な実施及び実施形態に焦点を合わせている。この焦点は、教示を説明する上で助けとなるように提供されるものであって、教示の範囲又は利用可能性に関する限定として解されるべきではない。しかしながら、確かに他の教示が本願において利用できる。
【０００７】
以下に説明する実施形態の詳細に入る前に、幾つかの用語が規定又は明確にされる。元素の周期表中の列に対応する族番号は、ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、第８１版（２０００−２００１）に示される「新表記法」を使用している。
【０００８】
「金属」という用語及びその他の表現は、（１）第１族〜第１２族のいずれか若しくは（２）第１３族〜第１５族の元素、原子番号１３（Ａｌ）、５０（Ｓｎ）及び８３（Ｂｉ）により画定されるラインに沿ってそしてそれよりも下にある元素、又はそれらの任意の組み合わせを含む材料を指すものである。金属にはシリコン又はゲルマニウムは含まれない。しかしながら、金属シリサイドは金属材料であることに留意されたい。
【０００９】
本明細書で使用される場合には、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語又はそれらの他の表現は、非排他的な包括を意図するものである。例えば、特徴の列挙を含む方法、物品又は装置は、必ずしもそれらの特徴のみに限定されるのではなく、明示的に列挙されていないか又はこのような方法、物品又は装置に固有の他の特徴を含むことができる。さらに、明示的に相反する定めのない限り、「又は」とは、排他的な「又は」ではなく包含的な「又は」を意味する。例えば、条件Ａ又はＢが以下のうちのいずれか１つによって満たされる。すなわち、Ａが真（又は存在する）でＢが偽（又は存在しない）である、Ａが偽（又は存在しない）でＢが真（又は存在する）である、及びＡとＢの両方が真（又は存在する）である。
【００１０】
同様に、「ａ」又は「ａｎ」の使用は、本明細書で記載される要素及び構成要素を説明するのに利用される。これは、単に便宜上及び本発明の範囲の一般的意味を示すのに利用されるものである。この記載は、１つ又は少なくとも１つを含むと読み取るべきものであり、相反する意味が明白でない限り、単数は複数も同様に含み、逆もまた同様である。例えば、単一の物品が本明細書に記載されている場合、単一の物品の代りに２つ以上の物品を用いてもよい。同様に、２つ以上の物品が本発明に記載されている場合、その２つ以上の物品の代わりに単一の物品を用いてもよい。
【００１１】
さらに、本明細書及び特許請求の範囲において「正面」、「背面」、「上部」、「底部」、「上」、「下」等の用語がある場合、それらは便宜的に使用されるものであって、必ずしも不変の相対位置を説明するために使用されるものではない。このように使用される用語は、本明細書で記載される本発明の実施形態が、例えば、本明細書で例示又は他の方法で記載されるもの以外の配向において操作できるように適切な状況下で置き換え可能であると解される。
【００１２】
特に断りのない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般に理解するものと同じ意味を有する。材料、方法及び実施例は単なる例示であって、限定を意図するものではない。本明細書に記載されていない範囲では、具体的な材料及び処理行為に関する多くの詳細は、従来のものであって、半導体及び電子技術の範囲内にある教本及び他の情報源の中に見出すことができる。
【００１３】
電子デバイスを形成する方法は、半導体材料を含む基材のある面上に電気化学プロセスにより金属層を形成する工程を含むことができる。本方法は、この面からある距離を置いて分離促進種を基材に導入する工程をさらに含むことができる。本方法は、基材から半導体層及び金属層を分離する工程をなおさらに含むことができ、半導体層は基材の一部である。ある実施形態では、分離促進種は、金属層の形成の際にそれに組み入れることができ、そしてアニーリングの際に基材中に移動することができる。別の実施形態では、分離促進種は基材に注入することができる。いずれか又は両方の実施形態を用いたワークピースの加熱又は冷却の際、応力は分離促進種の近くに発達し、そして基材から半導体層を分離させるか又は基材からの半導体層の分離を容易にすることができる。さらに、この分離は、分離促進種を使用しない機械的な引裂操作に比べて再現性よく行うことができる。以下の記載は、以下の記載では特定の数値及び構成を含む多くの詳細が提供されるが、本明細書を読んだ後、当業者であれば、本明細書において記載される実施形態が単なる例示であって、本発明の範囲を限定するものではないことを理解するであろう。
【００１４】
図１は、基材１０２を含むワークピース１００を示す。基材は、第１４族元素（シリコン、ゲルマニウム又は炭素）、第１４族元素の任意の組み合わせ（シリコンゲルマニウム、炭素−ドープシリコンなど）、又は第１３族−第１５族の半導体（ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム、ヒ化ガリウムインジウムなど）を含む半導体基材であることができる。基材１０２は、実質的に単結晶、非晶質又は多結晶の半導体基材を含むことができる。他の実施形態では、材料の種々の組み合わせによって基材を形成することができる。特定の実施形態では、基材は、少なくとも約５０ミクロン又は少なくとも約２００ミクロンの厚さを有することができる。厚さに関する理論的な上限はないが、基材は約５ｍ以下又は約０．１ｍ以下であることができる。他の実施形態で記載されるように、インゴット処理を用いて実質的に長方形のシートを形成することができる。
【００１５】
図２は、基材１０２上にドープ領域２０４と金属含有膜２０６を形成した後のワークピース１００を示す。ドープ領域２０４は、基材１０２と比べて反対の導電型のドーパントを含み、その結果、ｐｎ接合が形成される。ドープ領域２０４はｎ型又はｐ型ドーパントを含むことができる。ドープ領域２０４は、気相炉ドーピング、スピンオンドーパント、ドープ層（ドープガラス、ドープ半導体層（非晶質、多結晶、実質的に単結晶））の堆積若しくは成長、又は注入により形成することができる。必要な場合又は所望される場合には、アニール又はドーパントドライブを実施することができる。ある実施形態では、ドープ領域２０４のピーク濃度は少なくとも約１０17、１０18又は１０19原子／ｃｍ3である。ある実施形態では、ドープ領域２０４の接合深さは少なくとも約０．０１ミクロン又は少なくとも約０．１ミクロンであり、別の実施形態では、ドープ領域２０４の接合深さは約５ミクロン以下又は約１ミクロン以下である。他の実施形態では、ドープ領域２０４は、先に記載した以外のドーパント濃度又は接合深さを有することができる。ドープ領域２０４のためのドーパント源が基材１０２上に形成された層を含む場合、その層は、ドープ領域２０４の形成後に除去されてもよいし又は除去されなくてもよい。例えば、ドープシリコン層を基材１０２の上に形成したままにしてもよい。この特定の実施形態では、ドープ領域２０４は主としてドープシリコン層の内部に存在することができる。別の実施形態では、ドープ領域２０４は使用しなくてもよい。
【００１６】
導電層が基材１０２及び存在する場合にはドープ領域２０４上に形成される。導電層は金属層を含み、１つ又は複数の膜を内部に有することができる。例えば、金属層は、金属含有膜２０６を含むことができる。金属含有膜２０６は、接着膜、バリア膜、シード膜、別の適切な膜又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。接着膜は、耐火性金属（チタン、タンタル、タングステンなど）を含むことができ、バリア膜は金属窒化物（ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮなど）又は金属半導体窒化物（ＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮなど）を含むことができる。シード膜は、遷移金属又は遷移金属合金を含むことができ、特定の実施形態では、シード膜はチタン、ニッケル、パラジウム、タングステン、銅、銀又は金を含むことができる。他の実施形態では、接着膜、バリア膜、シード膜又はそれらの任意の組み合わせの内部に他の材料を使用することができる。金属含有膜２０６は、物理気相成長（ＰＶＤ、例えば蒸発又はスパッタリング）、化学気相成長（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、電気化学、別の適切な方法又はそれらの任意の組み合わせによって形成することができる。別の実施形態では、金属含有膜２０６は、ワークピース１００上に金属膜を形成させ、当該金属膜を反応させて金属シリサイドを形成することによりドープ領域２０４に結合させることができる。ある実施形態では、金属含有膜２０６は少なくとも約１ｎｍ又は少なくとも約１０ｎｍの厚さを有することができ、別の実施形態では、金属含有膜２０６は約１０ミクロン以下又は約０．１ミクロン以下の厚さを有することができる。
【００１７】
導電層３０８は、図３に示すようにワークピース１００上に形成される。金属層３０９は金属含有膜３０６及び導電膜３０８を含む。特定の実施形態では、金属層３０９又は導電膜３０８は単独である厚さを有することができ、続いて形成される半導体層であって、基材１０２の一部から形成される半導体層に対して十分な機械的支持を提供するようにされる。導電層３０８は金属含有膜２０６と比べて実質的により厚くかつ比較的より高いコンダクタンスを有することができる。特定の実施形態では、導電膜３０８は金属含有膜２０６よりも少なくとも約１１倍、約５０倍又は約５００倍厚い。
【００１８】
導電膜３０８は、金属含有膜２０６に関して先に記載した金属又は金属合金のいずれかを含むことができる。特定の実施形態では、導電膜３０８は、スズ、ニッケル、クロム、銅、銀、金又はそれらの組み合わせを含む。金属含有膜２０６と同様に、導電膜３０８は単一の膜又は複数の膜を含むことができる。特定の実施形態では、導電膜３０８は、金から本質的になることができ、別の実施形態では、導電膜３０８は、主として、以降の結合操作の際の半田付けを改善する助けとなるよう比較的薄いインジウム−スズ合金を有する銅であることができる。導電膜３０８の組成を特定の用途に適合させるよう他の材料の組み合わせを使用することができる。導電膜３０８は、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤ、電気化学、別の適切な方法又はそれらの任意の組み合わせによって形成することができる。導電膜３０８及び金属含有膜２０６は、同じ組成又は異なる組成を含むことができ、同じ技術又は異なる技術を用いて形成することができる。ある実施形態では、導電膜３０８は少なくとも約１０ミクロン又は少なくとも約３０ミクロンの厚さを有することができ、別の実施形態では、導電膜３０８は約２ｍｍ以下又は約１００ｍｍ以下の厚さを有することができる。
【００１９】
特定の実施形態では、導電膜３０８は、図３に示すように、分離促進種３０７が導電膜３０８の内部にそれが形成される際に組み込まれるように形成することができる。後で説明するように、分離促進種３０７は、基材の一部を基材１０２の残りの部分から半導体層の形態で分離するのを助けることができる。特定の実施形態では、分離促進種３０７は水素である。導電膜３０８が電気化学プロセス、例えば、メッキ（すなわち電気メッキ又は化学メッキ）を用いて形成される場合には、水素を酸性溶液などのメッキ浴から導電膜３０８に組み入れることができる。ＰＶＤ、ＣＶＤ又はＡＬＤプロセスが用いられる場合には、水素は、水素含有ガス、例えば、有機金属前駆体、水蒸気、水素含有プラズマ又はそれらの任意の組み合わせから供給することができる。
【００２０】
図４は、分離促進種３０７が金属層３０９からワークピース１００の基材１０２に入り位置４０９へ拡散し、運ばれ、あるいは移動した後のワークピース１００を示す。分離促進種３０７のこの動きは、金属層３０９、ドープ領域２０４、及び基材１０２の一部である半導体層の組み合わせを、基材１０２の残りの部分から分離するのを助けることができる。分離促進種３０７はアニーリングプロセスによって移動することができる。アニーリングプロセスは、ワークピース１００において望まれる均一性及び欠陥レベルに基づいて制御することができる。アニーリング温度は、ワークピース１００の基材１０２と層の組成に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。ある実施形態では、アニールは少なくとも約２５℃又は少なくとも約１００℃の温度で実施され、別の実施形態では、アニールは約７００℃以下又は約５００℃以下の温度で実施される。ある実施形態では、アニールは少なくとも約１秒又は少なくとも約１時間の時間にわたり実施され、別の実施形態では、アニールは約２０時間以下又は約６時間以下の温度で実施される。
【００２１】
アニールの温度及び時間は、形成される半導体デバイスの特定の用途に左右される場合がある。半導体層の厚さは、基材１０２の組成及び特定の電子用途、例えば、光電池、発光デバイス、放射線検出器などに少なくとも部分的に基づくことができる。特定の実施形態では、半導体層は少なくとも約１ミクロン又は少なくとも約２０ミクロンの厚さを有することができ、別の実施形態では、半導体層は約１００ミクロン以下又は約５０ミクロン以下の厚さを有することができる。半導体層の厚さが増すにつれ、アニール温度、アニール時間又はアニール温度とアニール時間の組み合わせが増大する場合があり、逆に、半導体層の厚さが減少するにつれ、アニール温度、アニール時間又はアニール温度とアニール時間の組み合わせが減少する場合がある。
【００２２】
金属含有膜２０６はバリア膜を含むことができるが、このようなバリア膜は導電膜３０８からの金属材料が基材１０２に入る可能性を低減するのに役立つことに留意されたい。しかしながら、分離促進種３０７は、バリア膜を通って拡散あるいは移動することができる。したがって、バリア膜は、効果的には導電膜３０８内の金属材料に対するバリアであるが、分離促進種３０７に対するバリアではない。
【００２３】
アニール後の加熱又は冷却の際、基材１０２の内部で応力が徐々に高まり、図５に示されるように、金属層３０９、ドープ領域２０４、及び基材１０２の一部である半導体層５１０の組み合わせを基材１０２の残りの部分から分離するのを助けることができる。したがって、図４の位置４０９は分離が起こり得る弱い点を表す。その後、分離は加熱又は冷却の際に起こり得る。例えば、機械的な操作を用いて分離を助けることができる。特定の実施形態では、分離は、当該分離が実施される場所又はその近くで基材１０２を裂くか又は砕くことによって行うことができる。機械的な分離を補助するために、くさび、ワイヤ又はのこぎりを使用してもよい。別の実施形態では、ワークピース上に機械的に金属ペーストを適用することができ、硬化された基材又はハンドリング基材を金属ペーストに付着させ、これを使用して分離操作を補助することができる。特定の実施形態では、分離は、剥離操作に類似している場合がある。図５に示すように、半導体層５１０は、金属層３０９を含むワークピースの一部に結合したままである。半導体層５１０、金属層３０９、及びドープ領域２０４の組み合わせは、さらなる処理のため機械的に取り扱われるのに十分な厚さを有する。
【００２４】
別の実施形態では、分離促進種３０７は電界によって移動することができる。例えば、水素が正に帯電している場合には、基材からの十分な強さの負電荷、導電膜３０８上の正電荷、又はその両方を用いて水素を導電膜３０８から基材１０２へ移動させることができる。上記のアニール及び分離プロセスを実施することができる。
【００２５】
図６は、パターニングされた相互接続層６１２を形成した後の半導体デバイス６００を示す。相互接続層６１２は従来の又は独占所有権のある技術を用いて形成することができる。特定の実施形態では、半導体デバイス６００は、１つ又は複数の光電池として使用することができる。別の実施形態では、半導体デバイス６００をさらに処理し、単体化して発光デバイスを形成することもできる。さらに別の実施形態では、半導体層５１０の表面上に追加の層（図示せず）をさらに堆積した後、金属相互接続層６１２を形成することができる。これらの追加の層は、酸化物、窒化物、エピタキシャル層若しくは非エピタキシャル層、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【００２６】
電子デバイスは、半導体デバイス６００又はそれと類似した若しくはそれとは異なる複数の半導体デバイスを含むことができる。電子デバイスは、１つ又は複数の半導体デバイスを含み、当該半導体デバイスが光起電デバイスであるソーラーパネルであることができる。別の実施形態では、電子デバイスは、１つ又は複数の半導体デバイスを含み、当該半導体デバイスが発光デバイスであるディスプレイであることができる。さらに別の実施形態では、電子デバイスは、１つ又は複数の半導体デバイスを含み、当該半導体デバイスが放射線センサーである放射線検出器であることができる。電子デバイスは、異なるタイプの半導体デバイスを含むことができる。例えば、電子デバイスは、室内の周辺光レベルに基づいてディスプレイの強度を調整するための制御論理を含むディスプレイを含むことができる。この特定の電子デバイスでは、発光デバイスと放射線センサーの両方を使用することができる。本明細書を読んだ後、当業者であれば、多くの異なる構成を用いて種々の用途を達成できることを理解するであろう。
【００２７】
先の実施形態では、分離促進種は、金属層の形成の際にその内部に組み入れることができる。他の実施形態では、別の分離促進種を用いてイオン注入により金属層３０９又は基材１０２に導入することができる。イオン注入は、先に記載した実施形態と比べて、以降に形成される半導体層の厚さに関してより良い制御を可能にすることができる。
【００２８】
図７は、分離促進種、例えば、水素、ヘリウム、ホウ素、シリコン、フッ素又は塩素が基材１０２に注入される別の実施形態におけるワークピース７００を示す。これらの種に限定されないが、比較的軽い種は、比較的重い種（例えばゲルマニウム又はヒ素）を用いた場合よりも基材１０２への注入を比較的進行させることが可能である。したがって、基材１０２に対するダメージをより少なくすることができる。特定の種を選択した後、所望の投影飛程（ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ ｒａｎｇｅ）を達成するよう注入エネルギーが決定される。投影飛程は、基材１０２の反対側の面と比べてドープ領域２０４に隣接する基材１０２の面の近くに位置することができる。特定の実施形態では、投影飛程は、以降の分離に関して形成される半導体層の所望の厚さに実質的に等しい。注入量は少なくとも約１０15イオン／ｃｍ2、約１０16イオン／ｃｍ2又はそれ以上であることができる。
【００２９】
別の実施形態では、イオン注入は欠陥部位を作り出すことができ、この欠陥部位は、後で形成される金属層から他の分離促進種を集め、したがって金属層から基材１０２への他の分離促進種の移動を助ける。電気化学プロセスによって組み込まれた分離促進種と注入の組み合わせにより、イオン注入の際に用いられる量を少なくすることができる。例えば、この組み合わせにより、注入の際の量を約１〜２桁低減することができる。
【００３０】
図８及び９は、半導体層の分離方法が基材１０２の両側に沿って行なわれる別の実施形態におけるワークピース８００を示す。先に記載したプロセスのいずれも本方法に使用することができる。図８及び９に示す実施形態は、特定の限定的でない実施形態を含む。本明細書を読んだ後、当業者であれば、本明細書に記載された概念から逸脱することなく他の実施形態を使用できることを理解するであろう。
【００３１】
図８に示される実施形態では、ドープ領域２０４及び８０４は、基材１０２の両側に沿って形成される。ドープ領域２０４及び８０４は、図２のドープ領域２０４に関して先に記載した技術のいずれかを用いて形成することができる。ドープ領域２０４及び８０４は同じドーパント又は異なるドーパントを有することができ、対応する側と同じ接合深さ又は異なる接合深さを有することができ、同じ形成技術又は異なる形成技術を用いて形成することができ、実質的に同時に又は異なる時点で形成することができる。分離促進種は位置７０３及び８０３に形成することができる。領域７０３及び８０３の分離促進種は、図７の領域７０３の分離促進種に関して先に記載した技術のいずれかを用いて形成することができる。領域７０３及び８０３の分離促進種は同じ分離促進種又は異なる分離促進種を有することができ、領域７０３及び８０３は対応する側から同じ距離又は異なる距離であることができ、同じ形成技術又は異なる形成技術を用いて形成することができ、実質的に同時に又は異なる時点で形成することができる。
【００３２】
図９は、追加の処理後のワークピース８００を示す。金属層３０８及び９０８は、ワークピースの露出した両側に沿って形成される。金属層３０８及び９０８は、図２及び３中の金属層３０８に関して先に記載した技術のいずれかを用いて形成することができる。金属層３０８及び９０８は、同じ膜及び組成又は異なる膜又は異なる組成を有することができ、同じ厚さ又は異なる厚さを有することができ、１つの同じ若しくは異なる形成技術又は複数の異なる形成技術を用いて形成することができ、実質的に同時に又は異なる時点で形成することができる。特定の実施形態では、分離促進種は、同じ電気化学プロセス、例えばメッキの際に金属層３０８及び９０８に導入することができる。ワークピースを先に記載したようにアニールして冷却し、半導体層５１０及び９１０を基材１０２から除去することができる。必要な場合又は望ましい場合には、先に記載した機械的な操作のいずれかを用いて半導体層５１０、９１０又は両方の層を基材１０２から分離するのを助けることができる。半導体層５１０及び９１０は同じ又は異なる厚さを有することができる。以降の処理、例えば、半導体層５１０及び９１０に隣接するパターニングされた相互接続層の形成を実施して、実質的に完成した半導体デバイスを形成することができる。
【００３３】
デュアルプロセッシングの実施形態、例えば、図８及び９において先に記載及び示した実施形態により、１つ又は複数の処理操作を同時に実施することが可能であり、したがって設備の処理能力を増大させることが可能である。基材１０２の両側に沿って同じタイプ又は異なるタイプの半導体デバイスを形成してもよい。
【００３４】
先に記載した実施形態では、ウェハの形態の基材を使用することができる。別の実施形態では、基材はインゴットの形態であってもよい。図１０に示される特定の実施形態では、基材１００２は実質的に円筒形であることができる。このような基材は、チョクラルスキー成長技術を用いて成長させたブール（ｂｏｕｌｅ）から製造し、所望の形状に機械加工することができる。インゴットは、約５０ｍｍ〜約３００ｍｍ又はそれよりも大きい直径を有することができる。インゴットの長さは、直径よりも大きいものであり得、約１５０ｍｍ〜約５ｍであることができる。基材１００２は、基材１０２に関して先に記載した材料のいずれかを含むことができる。ワークピース１００は、ドープ領域１００４、金属含有膜１００６及び導電膜１００８をさらに含み、それぞれ先に記載したドープ領域２０４、金属含有膜２０６及び導電膜３０８に関して先に記載したいずれかの材料を含むことができ、いずれかの厚さを有することができ、そしていずれかの技術を用いて形成することができる。分離促進種（図示せず）を、イオン注入操作の際、導電膜３０８の形成の際又はそれらの両方においてワークピース中に導入することができる。本明細書を読んだ後、当業者であれば、ワークピース１０００の領域又は膜のうち１つ又は複数が必要条件ではなく、使用されなくてもよいこと、そして図示していないが先に説明した他の領域又は膜を使用できることを理解するであろう。
【００３５】
導電膜１００８は、分離をより容易に開始できる弱化した場所を提供するために切り込み線を入れるか、せん孔するか又は切断することができる。次いで、ワークピース１０００は、先に記載したアニーリング条件を用いてアニールされる。アニール後の加熱又は冷却の際、基材１００２の内部で応力が徐々に高まり、図１１に示されるように、導電膜１００８、金属含有膜１００６、ドープ領域１００４、及び基材１００２の分離した部分である半導体層１１１０の組み合わせを基材１００２の残りの部分から分離するのを助けることができる。得られたワークピース１１００をさらに処理して半導体デバイスを形成することができる。この特定の実施形態では、半導体デバイスは、円形ディスクではなく、長方形のシートの形態であることができる。さらに別の実施形態では、基材は、実質的に長方形であり、エッジ規定成長（ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ ｇｒｏｗｔｈ）技術を用いて形成することができる。
【００３６】
本明細書で記載される実施形態により、除去されるべき半導体材料の表面層を基材からより容易に分離することができる。分離のために機械的な操作を実施する必要をなくすことができるか、又は機械的な操作が用いられる場合にも、このような機械的な操作は、分離促進種がない場合に実施される機械的な引裂操作に比べて攻撃的又は損傷を与えるものである必要がないであろう。さらに、分離促進技術を使用することで、半導体デバイスから半導体デバイスまでの半導体層の厚さの再現性を改善することができる。イオン注入は、投影飛程が半導体デバイスから半導体デバイスへ数ミクロンで制御されるように実施される。たとえ分離促進種が注入されないとしても、例えば、金属層から基材へ分離促進種が移動する場合、厚さの制御は、分離促進種がない場合の機械的な引裂操作よりも優れている。なおさらに、（分離ゾーンに沿った）半導体層の得られる表面は、分離促進技術を使用しない機械的な引裂操作に比べて、分離促進技術が実施される場合にはより滑らかであり得る。
【００３７】
したがって、本明細書を読んだ後、当業者であれば、本明細書に記載の方法を用いて、機械的な引裂操作の際のように別個の基材又はハンドルを使用する必要なく、支持体としての金属層を備えた半導体デバイスを形成できることを理解するであろう。なおさらなる実施形態では、分離促進種の１つが金属層から基材に移動する水素を含む場合に、分離操作は、別の分離促進種、例えばシリコンを注入すること、又は脆性層、例えば多孔質半導体層を形成することによってさらに促進させることができる。特定の実施形態では、多孔質のシリコンはフッ素又は塩素を基材に注入することによって達成することができる。
【００３８】
多くの異なる態様及び実施形態が可能である。これらの態様及び実施形態の一部が以下で説明される。本明細書を読んだ後、当業者であれば、これらの態様及び実施形態が単に例示的なものであり、本発明の範囲を限定するものでないことを理解するであろう。
【００３９】
第１の態様では、方法は、少なくとも１つのドープ接合を有する半導体基材の第１の面上に電気化学プロセスにより金属層を形成する工程を含むことができる。本方法はまた、水素を半導体基材を覆う金属層に組み入れる工程、及びアニールプロセスにより水素を金属層から半導体基材に移動させる工程を含むことができる。本方法は、半導体基材から半導体層及び金属層を分離する工程をさらに含むことができる。
【００４０】
第１の態様のある実施形態では、半導体基材は水素注入領域を含み、水素を金属層から半導体基材に移動させる工程は、半導体基材から半導体層を分離するのに利用される。特定の実施形態では、半導体基材は複数の水素注入領域を含む。別の実施形態では、本方法は、半導体基材の第２の面上に電気化学プロセスにより金属層を形成する工程をさらに含む。さらに別の実施形態では、金属層は、物理気相成長、原子層堆積、化学気相成長又はそれらの任意の組み合わせによって形成される。さらなる実施形態では、金属層は、チタン、タングステン、パラジウム、銅、スズ、ニッケル又はそれらの任意の組み合わせを含む。さらに別の実施形態では、金属層を形成する工程は、半導体基材上に金属ペーストを機械的に適用する工程をさらに含む。
【００４１】
第１の態様の別の実施形態では、半導体基材は、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム又はそれらの任意の組み合わせを含む。さらに別の実施形態では、半導体基材はヒ化ガリウムである。さらなる実施形態では、本方法は、分離した半導体層に接点を加えて光電池を形成する工程をさらに含む。なおさらなる実施形態では、本方法は、分離した半導体層に接点を加えて発光デバイスを形成する工程をさらに含む。
【００４２】
第２の態様では、方法は、種を投影飛程に対応する半導体基材に注入する工程を含むことができ、半導体基材は少なくとも１つのドープ接合を有し、種は水素、ヘリウム又はホウ素を含む。本方法はまた、半導体基材の第１の面上に電気化学プロセスにより金属層を形成する工程を含むことができる。本方法は、種の注入後に半導体基材から半導体層及び金属層を分離する工程をなおさらに含むことができる。
【００４３】
第２の態様のある実施形態では、種を注入する工程では、複数の水素注入領域が形成される。別の実施形態では、金属層は、物理気相成長、原子層堆積、化学気相成長又はそれらの任意の組み合わせによって形成される。さらに別の実施形態では、金属層は、チタン、タングステン、パラジウム、銅、スズ、ニッケル又はそれらの任意の組み合わせを含む。さらなる実施形態では、金属層を形成する工程は、半導体基材上に金属ペーストを機械的に適用する工程をさらに含む。
【００４４】
第２の態様の別の実施形態では、半導体基材は、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム又はそれらの任意の組み合わせを含む。さらに別の実施形態では、本方法は、半導体基材の第２の面上に電気化学プロセスにより金属層を形成する工程をさらに含む。さらなる実施形態では、本方法は、分離した半導体層に接点を加えて光電池を形成する工程をさらに含む。なおさらなる実施形態では、本方法は、分離した半導体層に接点を加えて発光デバイスを形成する工程をさらに含む。
【００４５】
第３の態様では、電子デバイスを形成する方法は、半導体材料を含む基材の第１の面上に第１の電気化学プロセスにより第１の金属層を形成する工程を含むことができる。本方法は、第１の面から第１の距離で第１の分離促進種を基材に導入する工程をさらに含むことができる。本方法は、基材から第１の半導体層と第１の金属層を分離する工程をなおさらに含むことができ、第１の半導体層は基材の第１の部分である。
【００４６】
第３の態様のある実施形態では、基材は実質的に単結晶の半導体基材である。別の実施形態では、基材は主としてシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム又はそれらの任意の組み合わせを含む。さらに別の実施形態では、本方法は、基材の一部を、基材の導電型とは反対の導電型を有するドーパントでドープする工程をさらに含む。さらなる実施形態では、本方法は、第１の金属層を形成する前に基材上にドープされた半導体層を堆積する工程をさらに含み、当該ドープされた半導体層は、基材の導電型とは反対の導電型を有する。
【００４７】
第３の態様の別の実施形態では、第１の金属層は、チタン、タングステン、パラジウム、銅、スズ、ニッケル又はそれらの任意の組み合わせを含む。さらに別の実施形態では、第１の金属層を形成する工程は、第１の電気化学プロセスを開始する前に、接着膜、バリア膜又はその両方を形成する工程をさらに含む。さらなる実施形態では、第１の金属層を形成する工程は、第１の電気化学プロセスを開始する前に、基材上にシード膜を形成する工程をさらに含む。なおさらなる実施形態では、第１の金属膜を形成する工程は、物理気相成長、原子層堆積、化学気相成長又はそれらの任意の組み合わせによって実施される。なおさらなる実施形態では、金属層を形成する工程は、水素含有ガスを用いて実施される。別の実施形態では、第１の電気化学プロセスはメッキを含む。
【００４８】
第３の態様のさらなる実施形態では、第１の分離促進種を組み入れる工程は、水素を第１の金属層に組み入れる工程、及び水素を第１の金属層から基材へ移動させる工程を含む。特定の実施形態では、第１の金属層を形成する工程は、水素の供給源として酸性溶液を用いて実施される。別の特定の実施形態では、第１の金属層を形成する工程及び水素を第１の金属層に組み入れる工程は、特定の期間に実質的に同時に行われる。さらに別の実施形態では、金属層を形成する工程は、半導体上に金属ペーストを機械的に適用する工程をさらに含む。
【００４９】
第３の態様の別の実施形態では、水素を導入する工程は、分離促進種を、第１の面よりも第１の距離に近い投影飛程に対応するエネルギーで注入することを含む。特定の実施形態では、投影飛程は第１の距離に実質的に等しい。さらに別の実施形態では、分離促進種は、水素、ヘリウム、ホウ素、シリコン、フッ素又は塩素を含む。
【００５０】
第３の態様のさらなる実施形態では、本方法は、基材と第１の金属層をアニールする工程をさらに含む。なおさらなる実施形態では、基材から第１の半導体層と第１の金属層を分離する工程は、基材から第１の半導体層と第１の金属層を機械的に分離する工程を含む。特定の実施形態では、基材から第１の半導体層と第１の金属層を機械的に分離する工程は、くさび、ワイヤ又はのこぎりを用いて実施される。なおさらなる実施形態では、基材から第１の半導体層と第１の金属層を分離する工程は、基材の第１の面から実質的に第１の距離で基材を破砕又は劈開することを含む。別の実施形態では、基材から第１の半導体層と第１の金属層を分離した後、第１の金属層は第１の半導体層よりも厚い。さらに別の実施形態では、基材から第１の半導体層と第１の金属層を分離した後、第１の金属層は第１の半導体層よりも少なくとも約１１倍厚い。
【００５１】
第３の態様の別の実施形態では、第１の金属層は、当該第１の金属層が単独で第１の半導体層に十分な機械的支持を提供するような厚さに形成される。さらに別の実施形態では、本方法は、基材から第１の半導体層と第１の金属層を分離した後に第１の半導体層に接点を加える工程をさらに含む。さらに別の実施形態では、第１の半導体層は、約１ミクロン〜約１００ミクロンの範囲の厚さを有する。さらなる実施形態では、電子デバイスは、それぞれが第１の半導体層と第１の金属層を含む光電池、発光デバイス、又は放射線検出器を含む。
【００５２】
第３の態様のさらなる実施形態では、本方法は、基材の第２の面上に第２の電気化学プロセスにより第２の金属層を形成する工程であって、第２の面が第１の面と反対側である工程、第２の面から第２の距離で第２の分離促進種を基材に導入する工程、及び基材から第２の半導体層と第２の金属層を分離する工程であって、第２の半導体層が基材の第２の部分である工程をさらに含む。特定の実施形態では、第１の金属層を形成する工程と第２の金属層を形成する工程は第１の期間に実質的に同時に実施され、第１の分離促進種を導入する工程と第２の分離促進種を導入する工程は第２の期間に実質的に同時に実施される。別の特定の実施形態では、第１の半導体層と第１の金属層の組み合わせは第１の半導体デバイスのタイプであり、第２の半導体層と第２の金属層の組み合わせは第１の半導体デバイスのタイプであり、第１の半導体層の厚さは第２の半導体層の厚さと実質的に同じである。さらに別の特定の実施形態では、第１の半導体層と第１の金属層の組み合わせは第１の半導体デバイスのタイプであり、第２の半導体層と第２の金属層の組み合わせは第２の半導体デバイスのタイプであり、第１の半導体層の厚さは第２の半導体層の厚さとは異なる。
【００５３】
一般的な記載又は実施例において上に記載した活動の全てが必要とされるわけではないこと、具体的な活動の一部は必要とされない場合があること、１つ又は複数のさらなる活動を記載されたものに加えて実施できることに留意されたい。さらに、活動が列挙された順序は必ずしもそれらが実施される順序ではない。
【００５４】
利益、他の利点及び課題の解決策を具体的な実施形態に関して上に記載した。しかしながら、利益、利点及び課題の解決策、及び任意の利益、利点又は解決策を生じさせ得るか又はより顕著にし得る任意の１つ又は複数の特徴は、特許請求の範囲のいずれか又は全ての重要な、必須の又は本質的な特徴として解されるべきではない。
【００５５】
本明細書及び本明細書に記載される実施形態の説明は、種々の実施形態の構造の一般的な理解を提供するよう意図されるものである。本明細書及び説明は、本明細書に記載される構造又は方法を使用する装置及びシステムの要素及び特徴の全ての網羅的かつ包括的な記載として役立つようには意図されていない。別の複数の実施形態を単一の実施形態において組み合わせて提供してもよく、逆に、簡潔にするため単一の実施形態に関して記載される種々の特徴を個別に又は任意の小さな組み合わせにおいて提供してもよい。さらに、範囲の形で記載されている値に対する言及は、その範囲内のそれぞれ及び全ての値を包含するものである。他の多くの実施形態は、本明細書を読んだ後においてのみ当業者にとって明らかであり得る。他の実施形態を使用でき、またそれは本開示から導くことができ、本開示の範囲から逸脱することなく、構造的な置換、論理的な置換又は別の変更を行なうことができる。したがって、本開示は、限定的ではなく例示的なものとみなされるべきである。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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