(57)【要約】  本発明は、半導体材料で基板を製作するための方法に関する。この方法は、初期温度の第１の半導体材料のドナー基板（３０）から開始するステップと、ドナー基板（３０）の表面（３１）を、前記初期温度よりも高い温度で液状に保持される第２の半導体材料の浴（２０）と接触させるステップであって、第２の半導体材料は、その融点が第１の半導体材料の融点以下であるように選択されるステップと、前記表面（３１）上で浴材料を凝固させて、凝固層によりドナー基板（３０）を厚くするステップと、を含むことを特徴とする。本発明は、前記方法を実施するための装置にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料で基板を製作するための方法であって、
初期温度の第１の半導体材料のドナー基板（３０）から開始するステップと、
前記ドナー基板（３０）の表面（３１）を、前記初期温度よりも高い温度で液状に保持される第２の半導体材料の浴（２０）と接触させるステップであって、前記第２の半導体材料は、その融点が前記第１の半導体材料の融点以下であるように選択されるステップと、
前記表面（３１）上で前記浴材料を凝固させて、凝固層により前記ドナー基板（３０）を厚くするステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の半導体材料がシリコン、ゲルマニウム、又はシリコン−ゲルマニウムであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の半導体材料がシリコン、ゲルマニウム、又はシリコン−ゲルマニウムであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記浴が、前記凝固層の所望の厚さに対応する深さの容器に入れられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記浴の前記材料が、前記浴の前記材料を液状に維持するようにのみ較正される加熱と比較して、数度又は数十度余分に過熱されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記方法が還元性雰囲気で実行されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ドナー基板が、液体表面に接触される前に、初期温度に予熱されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記予熱が、所望の品質を有するエピタキシを実施し得る温度と少なくとも等しい温度で実施されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ドナー基板が弱化ゾーンを含み、前記予熱の温度が、ふくれを生じさせずに、予熱が数秒継続し得る温度であることを特徴とする、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ドナー基板が、前記ドナー基板の温度が開始温度である開始状態から、前記基板の開始温度と所望の初期温度の差１００℃当たりほぼ１秒の時間内で、前記浴の前記液体材料と接触されることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記液体表面に向かう前記基板の移動の動態が、前記液体表面から極めて短い距離（１ｍｍ未満）のところで前記基板が留まる時間を最小限に抑えるように制御されることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板が前記液体表面に近づく速度が、前記基板と前記液体表面の距離の逆数の減少関数であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記液相との接触シーケンスの直前に化学的処理が施されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記化学的処理が、希釈ＨＦを用いる脱酸素化であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ドナー基板の前記表面と前記液体の接触中に、前記ドナー基板の前記表面のあらゆる点で、前記基板の局所表面が前記液体に入る局所角度の符号が連続していることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ドナー基板の前記表面の変形が測定され、それによって、これらの測定値に基づいて、前記基板の前記表面のあらゆる点で、前記液体に対する前記基板の局所接触角を求めることができ、そのため、前記ドナー基板表面と前記液体との接触中に、あらゆる点で、前記基板の前記局所表面が前記液体に入る前記局所角度の符号が連続している条件を満足することができることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
液状に保持される前記第２の半導体材料の前記浴内で液体材料の波が生成され、前記波が前記ドナー基板の前記表面と接触することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板の前記表面に対する前記波の移動速度が毎秒数センチメートル程度であることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ドナー基板が、前記ドナー基板の厚さ内に原子種を導入することによって形成される弱化ゾーンを含むことを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記方法を実施する前に、前記弱化ゾーンが受け取る熱が前記ドナー基板のふくれを生じさせないことを保証するためにシミュレーションが実施されることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記シミュレーションを用いて、
ｔ１が前記方法の予定時間長であり、
Ｄ（ｔｚ）が前記弱化ゾーンをふくれにつながる温度Ｔｚに曝す継続時間であり、
Ｔｚ（ｔ）が時間ｔにおける前記弱化ゾーンの温度とするときの
積分
【数１】
2014527293.tif 000005
の値が１未満のままであることを確認することを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法を実施する装置であって、
前記液体浴を入れるための容器と、
前記浴の前記材料を液状にし、前記材料を液状に保持する加熱手段と、を備える、装置。
【請求項２３】
前記加熱手段が複数のランプを備え、前記装置が前記加熱手段の各ランプに供給される電力を個々に調節する手段を備えることを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記加熱手段が、追加の加熱システムによって補完されることを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記追加の加熱システムが、前記容器の下に配置される誘導による加熱システムであることを特徴とする、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記ドナー基板を電気的に絶縁するための手段と、
前記基板の裏面と接触する一方の電極及び前記浴の前記材料と接触する他方の電極を有する、静電容量を測定するための手段と、
前記液体浴の前記表面に対する前記基板の前記表面の傾きを変化させるための手段と、
を備えることを特徴とする、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記基板に与えられる、前記液体浴の前記表面に対する傾き角を求めるための処理手段をさらに備えることを特徴とする、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
アームシステム（４１）と、
前記アームシステムの下に取り付けられる主ジャッキシステム（４２）と、
前記主ジャッキシステムの下に取り付けられ、前記ドナー基板を搬送する「微動」アクチュエータのシステム（４３）と、を備え、
前記アームシステムが、前記主ジャッキシステム及び前記微動アクチュエータひいては前記基板を迅速に前記液体表面の上の良好に較正された距離、例えば数ｍｍのところにもっていくことができ、
前記主ジャッキシステムが、前記アームシステムに対して垂直に移動可能であり、前記アームシステムによって液体表面の上にもってこられた後で、前記ドナー基板の中心を前記液体表面に向かって下向きにプログラムされた速度で精度良く下げることができ、
前記「微動」アクチュエータのシステムが、前記ドナー基板の前記表面の角度を変化させて、前記液体表面に対する前記基板の向きを調整することができる、ことを特徴とする、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料内に基板を製作するための方法に関する。本発明は、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコン−ゲルマニウム化合物での基板の製作にも適用されるが、基板の材料はこれらに限定されるものではない。
【０００２】
本発明はさらに、半導体基板を製作するための装置にも関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体基板を製作するために、様々に異なる方法が存在する。これらの基板は、概して、（例えば直径２００ｍｍ又は３００ｍｍの）円盤又は他の形状であり得るウェハの形状をしている。
【０００４】
製作方法の選択は、概して、半導体材料のタイプ、意図する応用例、及び経済的な制約によって決まる。
【０００５】
例えば、光電池の製作を意図したシリコン基板を得るには、溶融シリコンの再凝固法を用いて、好ましい配向の粗い粒子を有するいわゆる多結晶シリコン又は複結晶シリコンを得ることが可能である。マイクロエレクトロニクス応用例では概して単結晶材料を用いることが望まれるが、この方法では単結晶材料の基板を得ることはできない。
【０００６】
さらに、この方法は、弱化ゾーンが形成されているドナー基板から基板を得るようには適合されていない。
【０００７】
或る種の応用例では、制御された厚さと品質の、基板の厚さ内のやはり制御された深さに弱化ゾーンを備える半導体材料で基板を形成することが事実上に望まれることがある。
【０００８】
本明細書で、「弱化ゾーン」とは、基板の主面の下（円盤の場合、円盤の一方の面の下）で延在し、この面に平行で、基板の厚さ内の一定の深さにあり、任意選択で機械的応力と組み合わせた加熱下で、この領域のところで基板の分離が生じる領域を意味する。
【０００９】
前記弱化ゾーンは、典型的には、イオン種、例えば、水素及び／又はヘリウム及び／又は希ガスを基板内に導入して、基板内に弱化ゾーンを形成するマイクロキャビティを基板内に生成することによって形成され得る。この導入は、注入によって、又は種拡散などの他の手段によっても実現され得る。前記種の導入を用いて弱化ゾーンを生成する１つの既知の例は、スマートカット（Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ）（商標）プロセスである。次いで、これらのマイクロキャビティにより、熱収支の影響下で、基板内に応力が発生することがあり、それによって、応力単独で、又は弱化ゾーンのいずれかの側に加えられる機械的応力との組合せで分離が生じる。
【００１０】
本発明の１つの有利な応用例は、半導体材料の層の分離を可能にする弱化ゾーンを含む基板の製作である。このように、本発明により、高精度で厚さを制御し得る層の形成、それも例えば５０ミクロン程度の薄い厚さの層の形成が可能になる。本発明によれば、やはり厚さが制御された、且つおそらくは極めて薄い厚さの半導体材料の層を、極めて優れた品質の単結晶材料で製作することも可能である。
【００１１】
マイクロエレクトロニクスでの応用に供するシリコン基板を提供するために、単結晶シリコンのインゴットの製作を可能にするチョクラルスキー引抜きプロセスを用いることが知られている。
【００１２】
チョクラルスキープロセスを用いるインゴットの引抜きでは、特に、インゴットが大径（例えば３００ｍｍ又は４５０ｍｍ）の場合に問題が生じることがある。インゴットひいてはそれから得られる基板の径を大きくしたい場合、インゴットの凝固過程から潜熱を取り出すことが、径が大きくなるにつれより困難になる。このことにより、インゴット引抜き速度が制限される。さらに、インゴットの内部が不均一になりやすい。
【００１３】
上記２つの方法により、シリコンインゴットが得られ、得られたインゴットは、次いで、基板を得るためにソーイングによって切断されなければならない。また、これらの基板の表面を処理することも一般に必要である。
【００１４】
これらの切断及び処理は実施するのに比較的コストがかかる。
【００１５】
さらに、これらを実施すると、インゴットの質量のかなりの部分が失われるという欠点がある。
【００１６】
そして、これらの実施により、困難を伴って得られるのは、困難が伴わないとしても、薄い基板だけである。
【００１７】
例えば、インゴットをソーイングすることによって、例えば５０ミクロンの厚さの薄い基板を得ることは不可能である。それでいて、光電池の製造などの或る種の応用例では、薄い基板厚さが望まれることがある。
【００１８】
例えばＣＶＤタイプの真空蒸着法による単結晶開始基板上でのエピタキシャル成長によって、又は分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）を用いて、単結晶材料の層を得ることも知られている。良好に制御された条件下では、エピタキシャル成長によって層を形成するための方法により、高品質の材料が生成され得る。このタイプの方法の限界は、プロセスの遅さ及びそのコストによるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の１つの目的は、上記欠点をなくすか、又は低減することによって、横方向の寸法が大きい（例えば直径３００ｍｍ又はそれよりも大きい）半導体基板であって、厚さが薄い（例えば５０ミクロンの）半導体基板及び厚さがより厚い（例えば５００〜１０００ミクロン）の半導体基板の両方を生成することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述の目的を達成するために、第１の態様によれば、本発明により、半導体材料で基板を製作するための方法が提案される。この方法は、
初期温度の第１の半導体材料のドナー基板から開始するステップと、
ドナー基板の一方の表面を、前記初期温度よりも高い温度で液状に保持される第２の半導体材料の浴と接触させるステップであって、第２の半導体材料はその融点が第１の半導体材料の融点以下であるように選択されるステップと、
前記表面上で浴材料を凝固させて凝固層によりドナー基板を厚くするステップと、を含むことを特徴とする。
【００２１】
この方法の好ましい態様を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
【００２２】
第１の半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコン−ゲルマニウムである。
【００２３】
第２の半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコン−ゲルマニウムである。
【００２４】
前記浴は、凝固層の所望の厚さに対応する深さの容器内に入れられる。
【００２５】
前記請求項の一項による方法は、浴の材料を液状に維持するようにのみ較正される加熱よりも浴の材料が数度又は数十度余分に過熱されることを特徴とする。
【００２６】
この方法は減圧雰囲気で実施される。
【００２７】
ドナー基板は、液体表面に接触される前に、初期温度に予熱される。
【００２８】
予熱は、所望の品質を有するエピタキシを実施し得る温度と少なくとも等しい温度で実施される。
【００２９】
ドナー基板は弱化ゾーンを含み、予熱の温度は、ふくれを生じさせずに、予熱が数秒継続し得る温度である。
【００３０】
ドナー基板は、ドナー基板の温度が開始温度である開始状態から、基板の開始温度と所望の初期温度の差が１００℃当たりほぼ１秒の時間内で、浴の液体材料と接触される。
【００３１】
液体表面に向かう基板の移動の動態は、液体表面から極めて短い距離（１ｍｍ未満）のところで基板が留まる時間を最小限に抑えるように力学的に制御される。
【００３２】
基板が液体表面に近づく速度は、基板と液体表面の距離の逆数の減少関数である。
【００３３】
液相との接触シーケンスの直前に化学的処理が施される。
【００３４】
前記化学的処理は、希釈ＨＦを用いる脱酸素化である。
【００３５】
ドナー基板の表面と液体の接触中に、ドナー基板の表面のあらゆる点で、基板の局所表面が液体に入る局所角度の符号が連続している。
【００３６】
ドナー基板の表面の変形が測定され、それによって、これらの測定値に基づいて、基板の表面のあらゆる点で、液体に対する基板の局所接触角を求めることができ、そのため、ドナー基板表面と液体の接触中に、あらゆる点で、基板の局所表面が液体に入る局所角度の符号が連続しているという条件が満足され得る。
【００３７】
液状に保持される第２の半導体材料の浴内で液体材料の波が生成され、前記波がドナー基板の表面と接触する。
【００３８】
基板の表面に対する波の移動速度は、毎秒数センチメートル程度である。
【００３９】
ドナー基板は、前記ドナー基板の厚さ内に原子種を導入することによって形成される弱化ゾーンを含む。
【００４０】
本方法を実施する前に、弱化ゾーンが受け取る熱がドナー基板のいかなるふくれも生じさせないことを保証するためにシミュレーションが実施される。
【００４１】
前記シミュレーションを用いて、
ｔ１がこのプロセスの予定時間長であり、
Ｄ（ｔｚ）が弱化ゾーンをふくれにつながる温度Ｔｚに曝す継続時間であり、
Ｔｚ（ｔ）が時間ｔにおける弱化ゾーンの温度であるときの
積分
【数１】
2014527293.tif 000003
の値が１未満のままであることを確認する。
【００４２】
第２の態様によれば、本発明により、上述したような方法を実施するための装置も提案される。この装置は、
液体浴を入れるための容器と、
浴の材料を液状にし、材料をこの状態を保持する加熱手段と、を備えることを特徴とする。
【００４３】
この装置の好ましい態様を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
加熱手段は複数のランプを備え、この装置は加熱手段の各ランプに供給さされる電力を個々に調節する手段を備える。
【００４５】
加熱手段は、追加の加熱システムによって補完される。
【００４６】
追加の加熱システムは、容器の下に配置される誘導加熱システムである。
【００４７】
この装置は、
ドナー基板を電気的に絶縁するための手段と、
基板の裏面と接触する一方の電極及び浴の材料と接触する他方の電極を有し、静電容量を測定するための手段と、
液体浴の表面に対する基板の表面の傾きを変化させるための手段と、を備える。
【００４８】
この装置は、基板に与えられる、液体浴の表面に対する傾き角を求めるための処理手段を備える。
【００４９】
この装置は、
アームシステムと、
アームシステムの下に取り付けられる主ジャッキシステムと、
主ジャッキシステムの下に取り付けられ、ドナー基板を搬送する「微動」アクチュエータのシステムと、を備え、
アームシステムは、主ジャッキシステム及び微動アクチュエータひいては基板を迅速に液体表面の上の良好に較正された距離、例えば数ｍｍのところにもっていくことができ、
主ジャッキシステムは、前記アームシステムに対して垂直に移動可能であり、アームシステムによって液体表面の上にもってこられた後で、ドナー基板の中心を液体表面に向かって下向きにプログラムされた速度で精度良く下げることができ、
「微動」アクチュエータのシステムは、ドナー基板の表面の角度を変化させて、液体表面に対して基板の向きを調整することができる。
【００５０】
本発明の他の態様は、以下の説明を添付の図面を参照して述べる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１ａ】半導体材料で基板を製作するための装置を示す。
【図１ｂ】半導体材料で基板を製作するための装置を示す。
【図１ｃ】ドナー基板と液体材料の浴の表面とによって形成される電気的静電容量の概略図である。
【図１ｄ】図１ｃでモデル化された静電容量の変化を示す。
【図１ｅ】本発明で用いられ得る加熱構造の概略図である。
【図１ｆ】本発明による装置の一実施形態を示す。
【図２】本発明で用いられ得るドナー基板の例を示す。
【図３】半導体材料の層の凝固を生じさせるように図１ａ及び１ｂに示すタイプの装置で用いられる前記ドナー基板を示す。
【図４】本発明を用いて得られる、凝固した材料の層を含む基板を示す。
【図５】弱化ゾーンを含み、加熱に曝される半導体材料の基板の表面でのふくれの開始に対応する曲線の全体的な様相を示すグラフである。
【図６】本発明で用いられる基板の熱挙動のシミュレーションの例を示し、実施されたシミュレーションは、ゲルマニウムドナー基板及びこのドナー基板を接触させるゲルマニウム浴における、基板を液体材料の浴に接触させた後の、経時的な温度の傾向を示す。
【図７】本発明で用いられる基板の熱挙動のシミュレーションの例を示し、実施されたシミュレーションは、浴材料（ここではシリコン）における液体半導体材料の凝固先端の経時的な深さの傾向を示す。
【図８】本発明で用いられる基板の熱挙動のシミュレーションの例を示し、実施されたシミュレーションは、ドナー基板の表面上のふくれの危険性に関する指示値を提供する積分Ｉの値の傾向を、凝固した部分（結晶化した材料）の厚さの関数として示す。
【図９】初期温度が６００度のドナー基板上の層の成長を、時間の関数として、エピタキシ開始時間が０．２μ秒だけ離れた２点について示し、また、これら２点についての厚さの差を時間の関数として示す。
【図１０】ドナー基板の表面及び向きが或る構成の場合の基板の表面上の材料のエピタキシャル成長の概略を示す。
【図１１】ドナー基板の表面及び向きが異なる構成の場合の基板の表面上の材料のエピタキシャル成長の概略を示す。
【図１２】ドナー基板の表面及び向きが異なる構成の場合の基板の表面上の材料のエピタキシャル成長の概略を示す。
【図１３】（本発明の分野とは異なる構成要素をハンダ付けする分野におけるウェーブハンダ付け又はろう付けの概略の機能を想起させるブロック図である。
【００５２】
これらの図におけるすべての図面は、概略ブロック図であり、実際の応用例の尺度に必ずしも従って描かれていない。特に、基板の厚さが真の尺度で描かれていない。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
製造装置
図１ａに、半導体材料で基板を製造するための装置１０を概略的に示す。
【００５４】
以下で説明するように、基板は、いわゆる初期ドナー基板から製作される。図１ｂに、前記ドナー基板３０を概略的に示す。本明細書の意味での基板を「ドナー」と呼ぶこととする。その理由は、本発明の一応用例において、基板は弱化ゾーンを含み、半導体材料の層を「提供する（ｄｏｎａｔｅ）」分離操作にかけられることがあるからである。本発明は、この「ドナー」基板が弱化ゾーンを含まない場合も包含する。
【００５５】
この装置１０は、溶融半導体材料２０の浴を含むように構成される容器１００を備える。容器１００は、例えば、セラミック漕とし得る。本明細書の残りの部分では、参照番号２０に関して、液状の浴又はこの浴の材料という用語を同じ意味で用いる。
【００５６】
この容器は、好ましくは、断熱材料、例えば、耐熱材料でできている。
【００５７】
この容器には、様々な形態をとり得る加熱手段１１０が付随する。加熱手段１１０は、図１ａでは、浴の表面の上に配置される赤外ランプＬの組立品１１０の形態で示されている。この構成では、加熱手段を浴の表面に対向するようにし、且つ、加熱手段を迅速に引っ込める手段が設けられる。
【００５８】
図１ａに示す例のランプＬは、赤外放射タイプの加熱ランプである。これらのランプは、又は制御可能な任意の他の加熱手段は、好ましくは、図１ａに示すように浴２０の加熱位置で、浴の表面全体に対向して、この表面のみに対向して延びる領域１１００内に配置される。加熱手段が浴の液体材料だけを加熱し、容器は加熱しないように加熱手段を配置することが事実上に好ましい。
【００５９】
図１ｅに、軸４５０の周りで旋回し得るアーム４５１を介して、ランプＬのこのような組立品１１０を担持する構造４５を示す。この構造を用いて、浴の上部にランプをもってゆくことができる。
【００６０】
加熱手段により、浴２０の材料が液状になり、この液状の材料がその場に所望される限り保持され得る。そのために、加熱手段１０の各ランプの電源供給が個々に調節され、それによって、浴２０の材料があらゆる点で均一な温度で液状に保たれることが保証される。
【００６１】
加熱手段は、任意選択で、追加の加熱システムによって、例えば、容器の下に配置され得る高周波誘導システムによって完全な形になり得る。（図示しない）前記追加のシステムは、浴２０の材料を、それがランプ加熱システム下で融点に達した後で、液状に保持することに寄与し得る。
【００６２】
したがって、容器１００は液状の半導体材料２０で満たされる。図からわかるように、この材料は、ドナー基板の表面上で凝固して、この表面上に固体材料の層を形成する。
【００６３】
ドナー基板３０は、（図１ｂの面に直交する方向の）上面図では、製作すべき基板又は層の所望の形状を有する。この形状は、典型的には、所望の直径の円盤形状とし得る。この形状は、正方形、長方形、六角形、又は他の形状としてもよい。容器１００は、上から見ると、同じ形状を有する。
【００６４】
容器の深さ１０１は、表面３１上に形成される固体材料の層の厚さを画定する。
【００６５】
したがって、深さ１０１は、収容される液体材料の厚さがこの固体材料の層の所望の厚さに対応し得るように、すなわち、この深さがこの固体材料の層の所望の厚さよりも、浴材料２０の液体状態とその固体状態の密度の差を考慮に入れた量及びあふれる危険なく横方向に閉じ込められることを保証する追加の量（例えば、厚さの２０％程度）だけ大きくなるように選択される。
【００６６】
上記の措置は、基板３０の表面が液体中にわずかに侵入することに起因し得る影響、すなわち、ドナー基板との接触の影響による外側の液体の自由表面の上昇及び／又は液体の自由表面の振動をなくすようになされる。
【００６７】
図１ｂの寸法１０２で示す容器の横方向の寸法は、この固体材料の層の所望の横方向寸法と等しくなるように選択されるが、横方向寸法の１％程度のゆとり１０２１だけ大きくして、良好な条件下での基板３０及び基板上で凝固する層の収縮を許容するようにする。固体材料の層の所望の形状が円盤の場合、寸法１０２は直径である。
【００６８】
本方法の全体的な説明
図１ｂに、加熱手段１１０の電源がオフにされた（且つ、加熱手段１１０が浴２０の表面に対向して配置されていた場合には加熱手段１１０が取り除かれた）直後に液体表面２０と接触させたドナー基板３０を示す。
【００６９】
本発明は、概して、ドナー基板３０の主面３１を半導体材料２０の液体浴の表面と接触させて配置し、それによって、この材料がエピタキシによって表面３１上で凝固し、したがって、表面３１上に半導体材料の層が形成され得るようにすることを提案するものである。
【００７０】
この接触の前では、ドナー基板の温度は（２０〜２５℃程度の）周囲温度である。或いは、ドナー基板は予熱されている。いずれの場合でも、ドナー基板を液体表面と最初に接触させる時点では、ドナー基板の温度は好ましくは液体の温度よりも低い。
【００７１】
計測及び作動
ドナー基板と液体表面の距離を把握し、且つ、液体表面に対するドナー基板の表面の向きを把握することにより、本発明の実施を精密に制御することができる。
【００７２】
これらを把握することにより、これらのパラメータの値を制御し、これらの値を所定の時間関数則下に置くことが可能である。
【００７３】
本発明の一態様に従って、ドナー基板と液体の距離を測定するために、基板の表面と液体の表面の間の電気的静電容量を測定することが可能である。
【００７４】
そのために、以下のように進めることができる。
【００７５】
ドナー基板を電気的に絶縁し、その裏面（液体と接触する面の反対側の面）を静電容量を測定する測定デバイスの２つの電極の一方と接触させる。
【００７６】
液体浴を、
絶縁された導電性の容器に入れ、静電容量測定デバイスの他方の電極を容器に接触させるか、
又は、非導電性容器に入れ、測定デバイスの他方の電極を液体材料と直接接触させて設置する。
【００７７】
図１ｃに概略的に示すように、基板と液体表面によって形成される静電容量は平面的な静電容量であり、その値は以下の式によって推定され得る。
Ｃ＝ε０＊Ｓ／ｄ
ここで、
ｄは、基板の表面と液体の表面の距離、
Ｓは、液体に面する基板の表面、
ε０＝１０Ｅ−９／３６＊Π
である。
【００７８】
厳密には、この計算結果は、これら２つの表面（基板の表面と液体の表面）が厳密に互いに平行であるときに正確である。
【００７９】
これら２つの表面が角度αで互いに傾いているときには（この角度は、１次幾何近似ｓｉｎα＝ｔａｎα＝αが成り立つように十分に小さな値に留めるべきであり、この角度は５度未満とするのが好ましくい）、静電容量は以下のように表現される。
Ｃ＝（ε０＊Ｓ／ｄ０）＊（ｄ０／２Ｌα）＊Ｌｏｇ（（１＋αＬ／ｄ０）／（１−αＬ））＝Ｃ０＊（ｄ０／２αＬ）＊Ｌｏｇ（（１＋αＬ／ｄ０）／（１−αＬ／ｄ０））
ここで、
Ｌは、この角度に従う反対側の面の半分の幅（図１ｃ参照）、
ｄ０は、２つの表面の距離の平均値である。
【００８０】
ｘ＝αＬ／ｄ０（ｘは、端部における隙間と平均距離の比を表す）と記述すると、上記の式は、
Ｃ／Ｃ０＝（１／２ｘ）＊Ｌｏｇ（（１＋ｘ）／（１−ｘ））
となる。
【００８１】
図１ｄに、この関数の全体像を示す（ｘは１よりも厳密に小さい値に制限されることが明らかである）。
【００８２】
これらの測定値を用いて、αを時間経過とともに変化させることによって、すなわち、基板を中心点の周りに振動させ、静電容量の時間変化を測定することによって（好ましくは、同期検出型の方法を用いて）、水平位置を検出し、任意の所望の傾き角を選択することが可能である。
【００８３】
ここで、液体表面に対する基板の距離及び向きの作動及び制御に関して、図１ｅ及び１ｆに概略的に示す一実施形態では、チャック、典型的には吸引チャック４０がドナー基板を支持する。
【００８４】
このチャックは、３つの異なる手段のシステムに接続され、以下のシステムのそれぞれによって移動され得る。
アームシステム４１、
アームシステムの下に取り付けられる主ジャッキシステム４２、
主ジャッキシステム４２の下に取り付けられ、チャック及び基板を搬送する「微動」アクチュエータのシステム４３。
【００８５】
アーム４１１を備えるアームシステム４１は、主ジャッキシステム及び微動アクチュエータひいては基板を迅速に、液体表面の上の良好に較正された距離、例えば数ｍｍのところにもってこられる。
【００８６】
主ジャッキシステム及び微動アクチュエータ（並びに基板）を液体表面区域の上にもってくるこの移動は、回転軸４１０の周りでアームを回転させることによってなされ得る。
【００８７】
アーム４１１の下に取り付けられる主ジャッキシステム４２は、前記アームに対して垂直方向に移動可能である。そのために、主ジャッキシステムは、差動ネジ−ナットシステム４２０を含むステップモータを備えており、それによって移動され得る。
【００８８】
アーム４１１によって液体表面の上にもってこられた後で、主ジャッキシステムは、基板の中心を液体表面に向かって下向きにプログラムされた速度で、且つ、約１０ミクロン程度の精度で下げることができる。
【００８９】
「微動」アクチュエータ（例えばピエゾ素子）のシステム４３は、基板の表面の角度を、互いに直交し且つ液体の表面に直交する２つの面内で変化させることができる。そのため、このシステム４３は、液体表面に対して基板の向きを精密且つ最終的に調整し得る。
【００９０】
これらのシステムは、高温環境に長く置かれ、且つ強い熱放射に暴露されることによる温度上昇から保護されなければならない。
【００９１】
そのためには、高温に弱い要素のできる限り近くを液体が循環される冷却システムを設けることが効率的な解である。この代わりに又はこれに加えて、アームシステムに対して移動可能に装着される熱遮蔽部４４が用いられ得る。
【００９２】
変形例：予熱
以下の段落では、ドナー基板が液体表面に接触される前にドナー基板が予熱されている場合について幾つかの指摘を行う。
【００９３】
上述のようにドナー基板を予熱することにより、ドナー基板３０の主面３１が半導体材料２０の液体浴の表面と最初に接触した直後に半導体材料２０を凝固させるエピタキシャル成長にとって最適条件に近い条件が得られる。
【００９４】
したがって、エピタキシャル凝固の品質は、（接触時の）ドナー基板の初期温度であるＴｉｎｉｔｉａｌによって決まる。
【００９５】
接触がなされるとすぐに、凝固が始まり、ドナー基板の表面上で固体状態に濃縮されている半導体材料２０の最前列の原子が、Ｔｉｎｉｔｉａｌに等しい温度に曝される。
【００９６】
この表面上の原子の移動度、したがってこれらの原子が秩序だった網状組織に編成され得るかは温度に依存している。したがって、Ｔｉｎｉｔｉａｌの選択はこの状況に影響を及ぼす。
【００９７】
所与の材料で、所望のエピタキシに対応する品質のエピタキシが実現され得る温度に少なくとも等しい温度が、Ｔｉｎｉｔｉａｌとして選択されるのが好ましい。
【００９８】
シリコンの場合、４００℃〜６００℃程度の初期温度が選択されるのが好ましい。他の半導体材料の場合、予熱温度の選択は、以下に示す原理を考慮に入れるように構成される。
【００９９】
ただし、弱化ゾーンを含むドナー基板の場合、この初期温度の選択は以下の２つのことのトレードオフの結果にならざるを得ないことに留意されたい。
良好な初期成長の基準を満たすかなり高い温度。
ただし、この温度は、特に予熱段階では、ふくれ現象のきっかけにならない程度の高さにしなくてはならない。弱化ゾーンを含むシリコンドナー基板を異なる温度で予熱することに関して得られるデータによれば、５２０℃では８秒の予熱後、６００℃では０．４秒に過ぎない予熱後にふくれが生じ得ることを示している。この後者の極めて短い時間の制約は予熱操作を難しくしており、５００℃、５５０℃の範囲の予備加熱温度を目標として、良好な条件下で予熱を実施する時間を確保することが好ましい。
【０１００】
一般に、液体相との接触の前に、弱化ゾーンを含むドナー基板を予備加熱温度に、ふくれの発生につながらない十分に短い時間Ｔｐｒ内で曝さなければならない。
【０１０１】
したがって、やはりシリコンのドナー基板の例で、３００℃の初期温度では、この温度でふくれが生じるのに必要な時間が数十分であるために、関連する応力は比較的小さい。
【０１０２】
実際には、数秒の予熱時間Ｔｐｒが可能になる予熱温度が、ふくれの開始に関係する応力の関数として、選択されることが有利である。
【０１０３】
上述のように、選択される初期温度が６００℃の場合、ふくれが始まる時間が１秒程度なので、時間的な制約が比較的大きく、そのため、現在の材料では実際的な問題が生じる。
【０１０４】
液相との接触前のドナー基板の温度は、ドナー基板を液相に向かって近づける動態によって制御することもできる。
【０１０５】
この点で、ドナー基板と液体表面の間の熱交換には、輻射、伝導、及び対流の３つのタイプがあることが考慮される。
【０１０６】
輻射による熱交換に関して、液相が１６８７Ｋの黒体とみなされる場合、この液相は４６Ｗ／ｃｍ２程度のパワー密度を放射する。
【０１０７】
周囲温度が開始温度であるドナー基板の温度の変化は、ドナー基板の温度が液体シリコンの温度と比べて比較的低いままである限り、本質的には以下の式に従う。
受け取るパワー密度＝４６Ｗ／ｃｍ２
吸収されるパワー密度＝ｇ＊４６Ｗ／ｃｍ２、ここでεは基板の放射率である。
Ｔ（ｔ）−Ｔ０＝ε＊４６＊ｔ／（Ｃｐ＊ｅ＊ｐ）、
ここで、
εは見かけの放射率の係数、
ｔは基板が輻射を受け取る時間、
Ｃｐは熱容量（シリコンの場合、０．７Ｊ／ｇ）
ｅはドナー基板の厚さ、
ｐは密度（シリコンの場合、２．３３）である。
【０１０８】
これらの考察により、輻射による現実の熱交換が近似されるが、シリコンはその放出スペクトルが単純な乗算係数によって黒体のスペクトルから導出され得ないという意味で灰色体ではない。したがって、ここで提示される計算は近似評価であり、係数εはむしろ見かけの放射率と呼び得る係数である。その理由は、この係数は、放出（又は受容）が生じる波長の窓に特に依存するからである。ここで、この窓は、１６７３Ｋの黒体の放射の窓であり、１．７μｍを中心とする（ウィーンの法則：ｍａｘ（ｍ）のラムダ＝２．９＊Ｅ−３／１６８７）。すなわち、放射の最大値は、周囲温度での非ドープシリコンがほとんど吸収しないスペクトル領域にある。
【０１０９】
放射率εは、温度及びドナー基板のドープ状態に依存し、基板へのドープが強くなると、放射率の温度依存性が小さくなり、したがって放射率は近赤外で大きくなる。
【０１１０】
ｅ＝１であり、周囲温度と６００℃の間の見かけの平均放射率が断熱状態で０．３５程度（これは、実験結果の大きさにほぼ相当する）であると仮定すると、ドナー基板が液体材料の浴に近づくときのドナー基板の温度上昇の平均速度は９８℃／秒、すなわち、１００℃／秒程度であることがわかる。
【０１１１】
これにより、温度上昇速度の大きさ、したがって、必要とされるハンドリングの迅速さの程度が、初期温度Ｔｉｎｉｔｉａｌが４００℃の場合には４秒程度になり、Ｔｉｎｉｔｉａｌが６００℃の場合には６秒程度になる。
【０１１２】
言い換えると、ドナー基板を、ドナー基板の温度が例えば室温（約２０℃）である開始状態から、浴の液体材料と接触させる場合、ドナー基板の移動は、基板の開始温度（この例では室温）と所望の初期温度Ｔｉｎｉｔｉａｌの差１００℃当たりほぼ１秒という時間内でなされるべきである。
【０１１３】
ただし、この温度上昇を遅くして、ドナー基板をハンドリングするための幾らかの追加の時間を得ることが可能である。
【０１１４】
以下の３つの任意選択肢を単独で、又は組み合わせて用い得る。
選択するドナー基板の厚さをより厚くする。動態及び厚さの典型的な範囲（数十ミクロン〜数ミリメートルの基板厚さ）内で、厚さを倍にすることにより、温度上昇速度が半分になる。
基板を支持するチャックとの接触を良好にして基板の温度を制御する。
移動可能な熱遮蔽部を用いて液体シリコンの輻射から基板を保護し、基板を位置決めし、液相と接触させる前に、必要とされる秒の時間だけ熱遮蔽部を取り除く。
【０１１５】
ここで、伝導及び対流による熱交換に関して、基板と液体表面の距離と実質的に無関係な輻射による熱交換と異なり、伝導及び対流による熱交換はこの距離に依存する。
【０１１６】
伝導による熱交換の場合、雰囲気を標準の大気圧下の空気とすると、気体の伝導度は０．２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【０１１７】
これは、以下の熱交換流に換算される。
Ｆ（Ｗ／ｃｍ２）＝０．０２４＊ΔＴ／（距離（単位ｍｍ））
【０１１８】
距離が１ｍｍの場合、ΔＴを１４００℃とすると、Ｆは３３．６Ｗ／ｃｍ２に等しい。
【０１１９】
したがって、この熱交換成分は、距離が１ｍｍの場合、輻射による熱交換成分と同じ程度の大きさになる。
【０１２０】
その結果、伝導による成分が、基板と液体表面の距離が１ｍｍ未満になるやいなや顕著になる。
【０１２１】
そのため、液体表面に向かう基板の移動の動態において、液体表面から極めて短い距離（１ｍｍ未満）のところで基板が留まる時間を最小限に抑えるようにする。
【０１２２】
この伝導による熱交換成分は、低圧に制御された雰囲気下で操作が行われると、実質的に減少することがある。
【０１２３】
対流による熱交換成分は、概して、基板−液体の距離が１ｃｍ未満の場合には、伝導による成分よりも小さい。
【０１２４】
本発明の方法の全体的な説明に戻ると、ドナー基板の裏面に位置決めし得るチャック型の手段４０を用いてドナー基板を適切に位置決めすることによって接触がなされる。ドナー基板の「裏」面は、液体と接触する「表」面３１の反対側の面３２である。
【０１２５】
寄生種の防止
特に有利な方法においては、ドナー基板と液体表面の間で、これらの接触時に、寄生種の捕捉を防止する措置が講じられる。
【０１２６】
このような寄生種は、事実上、再凝固層内で欠陥を生じさせることがある。
【０１２７】
これらの寄生種は、以下のものであり得る。
異種粒子の混入、
欠陥のある結晶形成（転位、積層欠陥、沈殿など）、
阻害されたエピタキシャル成長及び均質相結晶化。これらにより、多結晶基板が形成される。
【０１２８】
これらの潜在的な寄生種は主に以下の３つに起因している。これらの寄生種は、
液相の表面上の欠陥、
捕捉された気相、
ドナー表面上の種、欠陥、又は粒子
から生じ得る。
【０１２９】
以下、これら３つのタイプの寄生種を検討し、これらを防止するための指摘を行う。これらの各指摘はそれ自体で有利な対策となり、それに関連する利益が確認されている。これらの指摘は単独又は任意の組合せでも用いられ得る。
【０１３０】
最初に液相の表面上の欠陥に関して述べる。
【０１３１】
液相の温度は厳密に第２の半導体材料の融点である必要はない。
【０１３２】
液相の温度はこの融点よりも高くてもよい。
【０１３３】
まず、加熱−融解システムは概して、単純な融解に厳密に必要なエネルギーよりも多くのエネルギーを注入することに留意されたい。
【０１３４】
また、実際には、浴の材料を液状に維持するようにのみ較正される加熱と比較して、浴に含まれる材料を数度又は数十度余分に過熱することが有利なことがある。
【０１３５】
このような過熱は、加熱を停止する時点とドナー基板を接触させる時点の時間間隔中に、例えば、液体表面の近傍での全体的又は局所的な部分凝固の防止、又は温度が融点未満に降下した場合の局所的又は全体的な過冷却の防止、或いは均質相結晶化の開始の防止を目的としている。
【０１３６】
数度又は数十度余分に溶融材料を過熱し、それによって、十分な量のエネルギーがドナー基板に向かって移動してドナー基板の極めて薄い表面層が液化し得るようにすることが望まれることもある。
【０１３７】
この場合、後続のエピタキシはもはやドナー基板と液体層の間の初期界面からは生じず、ドナー基板の（或る厚さだけ下の）「深い」層から生じる。この場合、（初期界面と比較して）よりよい品質の液体／固体界面が生成され、したがってエピタキシの品質が向上し、有利である。
【０１３８】
ここで、気相が捕捉される場合に関して、捕捉される気相の出どころは、ドナー基板と液相の間で接触が生じる気体環境（制御下又は非制御下の雰囲気）であることがある。気相が捕捉され、それが基板と液体表面の間の空間から接触前に完全に排出され得ないことが事実上起こりえる。
【０１３９】
この危険性を回避するために、制御下の雰囲気において、好ましくは、還元性雰囲気において本方法を実施することが可能である。この雰囲気はさらに低圧に維持され得る。
【０１４０】
液体表面に向かう基板の接近の動態を制御することも可能であり有利である。
【０１４１】
実際、基板と液体表面の間の空間が狭くなると、この空間のコンダクタンス（空気力学的な意味では、すなわち、気体流束と、基板と液体表面の間の圧力差との比）が減少する。ただし、空間が狭くなるにつれさらに速く減少すると（空間の減少が線形であると考えると、コンダクタンスは線形則よりも速く減少する）、単位時間当たりに排出され得る気体の相対的な量が減少する。
【０１４２】
したがって、接近速度を基板と液体表面の距離の逆数の減少関数とし、それによって良好な条件下で気体が排出されると有利である。
【０１４３】
制御下の雰囲気で操作する場合、この雰囲気に対して軽い気体種（Ｈ２、Ｈｅ）を選択することもこの排出に寄与する。
【０１４４】
最後に、ドナー基板の表面上の種、欠陥、又は粒子に関して、これらの問題を排除又は少なくとも大きく低減するために、ドナー基板の表面状態を有利に準備する。そのために、液相との接触シーケンスの直前に化学的処理が施される。
【０１４５】
この化学的処理は、例えば希釈ＨＦを用いる脱酸素化とすることができ、それによって、生じ得る保護酸化物がある場合にはそれが除去される。このような保護酸化物がある場合、それを介して注入が行われた可能性がある（この場合、注入によって弱化されたゾーンを含むドナー基板）。次いで、ＲＣＡ処理（ＳＣ１＋ＳＣ２）が基板に施されて、粒子及び金属の汚染物が除去される。
【０１４６】
再び本方法の全体的な説明に戻り、初期接触後、一実施形態では、ドナー基板は、チャック手段４０によってしっかりと保持される。この段階で浴材料の加熱が制御された方法で停止又は制限される。この時点で、液体半導体材料は徐々に表面３１上で凝固する。この凝固はエピタキシャル成長によって生じる。
【０１４７】
エピタキシの品質
別の実施形態では、ドナー基板と液相の接触後のこの基板上での第２の半導体材料のエピタキシャル成長による凝固に影響を及ぼす現象に対する考察を微調整することが可能である。
【０１４８】
この点で、出願人は、以下の点を併せて考察した。
【０１４９】
基板のある点におけるエピタキシャル成長は、この点が液相と接触するとすぐに開始される（ただし、これは表面上に寄生層が残っていない場合であり、残っているとこの現象が遅延し得る）。
【０１５０】
液相の最前列の原子は、それらが極めて大きな熱勾配のために極めて急速にエネルギーを失うため、表面上で濃縮され、基板の表面上の原子と結合する。
【０１５１】
この時点で基板の温度が十分に高い場合、すなわち、最初に選択された温度が周囲温度よりも著しく高い（例えば６００℃）場合、これらの原子は十分なエネルギー、したがって移動度を維持し、そのため、これらの原子は結晶構造に関して適切な場所に、これらの場所が原子の初期位置から原子間距離数個分のところにあっても組み込まれる。
【０１５２】
従来のＣＶＤエピタキシに関して、エピタキシャル成長は、最初は、表面上に分散した島状部を形成することによって生じることが多く、これらの島状部は時間経過とともにより大きく成長し、合体して最終的な連続層になる。
【０１５３】
本発明の場合に関して、成長は、最初に液体表面と接触する表面の部分に存在する点で始まり、接触表面が拡大するにつれ、成長がドナー基板の表面全体に拡大する。
【０１５４】
ドナー基板の表面のこのような条件下では、少なくとも接触後の最初の瞬間（マイクロ秒未満）は、エピタキシ化したシリコンのゾーン、すなわち、（いかなるシリコンエピタキシもない）露出した領域（ここでは、この例では第２の材料をシリコンとする）によって分離された「ゾーン」が存在する。
【０１５５】
これらのエピタキシ化したゾーンの厚さは、ゾーン毎にばらついており、各ゾーンを担持する基板表面が液体表面と接触を開始した時点に直接依存している。
【０１５６】
時間が経つにつれ（１〜数マイクロ秒）、これらすべてのゾーンが合体し、ＣＶＤタイプのエピタキシにおける合体現象と同様に、連続層になり（ただし、ＣＶＤタイプのエピタキシでは、表面上で濃縮される原子の流速が本発明の場合よりも数桁小さい。被着速度は毎分又は毎時１ミクロン程度）、原子再配列の動態には時間がかけられる。この時間は再配列が効率よく行われるために必要な時間である。
【０１５７】
本発明で用いるエピタキシャル被着では、被着速度が１マイクロ秒当たり１ミクロンであり、本方法を最適化するために、領域間の接合限界における現象に注意を払うことができる。
【０１５８】
最適化を行うために、接触後の最初の瞬間における熱現象に注目することも可能である。
【０１５９】
基板の表面の近傍における点の温度変化則の形態は、どの点でもほぼ同じであるが、基板の点毎にこの変化則が、各点が液相と接触を開始する時点に関係して、時間経過とともに乱れることがある。
【０１６０】
そのため、基板の表面内で熱勾配が生じる危険がある。
【０１６１】
これらのことを反映して、この接触開始の非同時性を最小限に抑えるための方法、又は、欠陥のない結晶成長を実現し得る非同時法を求めるための方法が探求されると有利である。
【０１６２】
この観点で、以下の考察を考慮に入れると有利である。
【０１６３】
図７に示すように、第２の結晶化材料の厚さＥｐは、実質的に時間関数の平方根として変化する。
Ｅｐ＝ｋ＊ｔ０．５
ｋの値は初期温度によって決まる。ｔの単位はμｓであり、Ｅｐの単位はμｍであり、周囲温度ではｋ＝２．３であり、温度６００℃ではｋ＝１．２である。
【０１６４】
時間の平方根としてのこの成長は、熱拡散も影響性パラメータが（Ｄ＊ｔ）の平方根である１次則に従うことによって説明され得る。
【０１６５】
ドナー基板が液体と接触を開始した時点で、ドナー基板の表面が液体の表面に対して（ここで再び１次幾何近似ｓｉｎα＝ｔａｎα＝αとするために小さな値の、典型的には、５度未満の）角度αを形成するとみなすことができる。
【０１６６】
基板の接近速度（基板が液体表面に近づく速度）をｖとすると、距離ｘによって分離される基板表面の２点が液体と接触を開始する時間間隔は、以下の式に等しい。
δｔ（＼Jｓ）＝１００００＊α＊ｘ（Ｃｍ）／ｖ（μｍ／μｓ）
【０１６７】
ｖの値が例えば１ｍ／ｓであり、α＝１Ｅ−４である場合、
δｔ（μｓ）＝ｘ（ｃｍ）
となる。
【０１６８】
これは言い換えると以下のようになる。ドナー基板の（角度αで傾いた）表面の低い点と高い点を考えると、これら２点が１センチメートル離れている場合、（最初に液体と接触する）低い点が液体表面と接触した時間から計算して１マイクロ秒後に、基板上の低い点でのエピタキシ化した部分の厚さが例えば１〜２ミクロンになり、高い点ではこの厚さは、接触したがってエピタキシがこの瞬間に開始されるので、ゼロになる。
【０１６９】
時間的な観点では、最初の瞬間における前記厚さの差は、時間経過とともに、すなわち、エピタキシ化した層が成長するにつれ、小さくなる。
【０１７０】
図９にこの様子を示す。図９は、初期温度が６００度のドナー基板上の層の成長を、時間の関数として、エピタキシ開始時間が０．２μ秒だけ離れた２点について示している。図９は、これら２点についての厚さの差も時間の関数として示している。
【０１７１】
この図は、厚さの差の最大値０．５μｍが、第２の点が液体に到達して接触したちょうどそのときに生じること、及び、その後、この厚さの差の値が減少し続け、５マイクロ秒後にほぼ１／１０の値、すなわち、２．７μｍ程度のエピタキシャル材料の厚さに対する値に到達することを示している。
【０１７２】
成長の開始がδｔだけオフセットしている２点間で成長が生じたときにこのように厚さの差が減少するのは逆説的であるように思われる。
【０１７３】
このことをよりよく理解するために、出願人は、以下の観点を組み合わせて考察した。
基板の表面のこれら２点は、成長の開始から始まり、最長でｔ−δｔ（ここで、ｔは基板が第１の点すなわち最も低い点で液体と接触していた時間）までの時間にわたって同じ履歴を有する。
この同じ履歴に加えて、基板はこれらの点の一方（第２の点すなわち最も高い点）のみにおいて追加の時間δｔにわたって成長し続ける。
エピタキシ化した部分の厚さの増加速度は時間経過とともに減少する。
【０１７４】
空間的な観点から、エピタキシ化する部分の厚さは、液体との初期接触の時間によって決まる。
【０１７５】
このことを図１０〜図１２に示す成長の概略図で表現する（これらの図では、水平尺度に対する垂直尺度の比が厳密ではなく、実際には、凹凸振幅の大きさ又は非平行性の程度が１ミクロン〜数十ミクロン程度であり、水平尺度はｍｍ又はｃｍを表すことに留意されたい）。
【０１７６】
これら３つの図は、（各時間毎に上部に示す）ドナー基板が（下部に示す）液体材料の浴と接触した後の連続した時間シーケンスｔｉを概略的に示している。エピタキシによって形成される部分は、基板と液体材料浴の間に、時間ｔから示す。
【０１７７】
図１０に、ドナー基板の表面と液体表面が互いに完全に平行であるが、ドナー基板の表面に（ここでは鋸歯状歯プロフィールによって概略的に示す）不均一な凹凸があるときの現象を示す。
【０１７８】
図に示すように、時間ｔ１で、基板の表面の最大高さの点を中心とした互いに分離したいわゆるエピタキシ開始領域で最初に成長が始まる。
【０１７９】
これらのエピタキシ開始領域からエピタキシ化した材料の層は、最終的には、基板の表面の２つのエピタキシ開始領域間のエピタキシ会合表面において互いに結合する。
【０１８０】
エピタキシの会合表面でのこのエピタキシャル結合は問題がないとは言えないことがある。
【０１８１】
図１１に、ドナー基板が図１０と同じ表面凹凸を有するが、この基板の表面が液体材料の浴に対して傾けて（この角度は、液体の表面に対して測定される）配置されるように配慮されている場合に生じることを示す。この角度は、ドナー基板の表面のいかなる要素の傾きも同じ符号になり、そのため、エピタキシャル会合表面において生じ得る問題がないように十分に大きくする。
【０１８２】
この場合、基板の表面は異なる高さの点を有するが、接触がなされるとすぐに、基板の全表面にわたって延びる単一の領域で事実上成長が生じる。したがって、この場合、エピタキシ開始領域間にはいかなる会合ゾーンも存在しない。
【０１８３】
したがって、この構成は、ドナー基板の表面と液体の接触中に、あらゆる点で、基板の局所表面が液体に入る局所角度の符号が特に有利な方法で連続しており、優先度が高い。
【０１８４】
したがって、実際には、ドナー基板の表面の変形を考慮に入れることが可能である。この点で、ドナー基板の表面の変形が測定され、それによって、これらの測定値に基づいて、基板の表面のあらゆる点で、液体に対する基板の局所接触角を求めることができ、そのため、上述の条件を満足することができる（ドナー基板表面と液体の接触中に、あらゆる点で、基板の局所表面が液体に入る局所角度の符号が連続しているという条件）。
【０１８５】
特に、ドナー基板のゆがみや曲がりなどの変形要素を考察し得る。これらの変形要素を測定し、測定値を用いてドナー基板が液体に入る入射角度を導出し得る。
【０１８６】
適切な形状のチャック上にドナー基板を置くことによって、ドナー基板の表面にトポロジーを適用することも可能である。したがって、例えば、図１２に示すように半球ドーム形状のチャックの使用を想起することも可能である。
【０１８７】
図１１及び図１２に示す進入構成も残余の雰囲気気体の排出効率を良好にし、そのため、液体表面とドナー基板表面の間の気体分子の捕捉が防止されることに留意されたい。
【０１８８】
変形例：ウェーブエピタキシ
本発明を実施するための一変形例は、出願人によって発明され、本明細書で「ウェーブエピタキシ」と呼ばれる手法である。
【０１８９】
この用語は、ここでは、プリント回路技術において構成要素をハンダ付けするために用いられる「ウェーブハンダ付け」という用語との類似性から選択されたものである。
【０１９０】
出願人は、（図１３で概略的に想起される）プリント回路の技術を本発明の分野に移植することを考えた。すなわち、液体スズ浴を液体シリコンなどの半導体材料浴で置き換え、プリント回路の裏面をドナー基板の表面で置き換える。
【０１９１】
本発明の場合、液状に保持される第２の半導体材料の浴内で液体材料の波が生成され、前記波はドナー基板の表面と接触する。より正確には、基板が配置され、波の高さが制御され、それによって、基板の表面が浴の液体材料に、波の場所においてのみ接触する。そのため、基板の表面の所与の領域が液体材料と限られた時間だけ、すなわち、波がこの領域（上ではなく下）を通過する時間だけ接触する。
【０１９２】
波を生成する手段は、ウェーブハンダ付けでスズの波を生成するのに用いられるものと同じタイプのものとし得る。
【０１９３】
液体材料の温度範囲は、当然のことながら、ウェーブハンダ付けで用いられる温度範囲とは異なる。液体材料の温度範囲は、第２の材料が液体に保たれるように構成される。
【０１９４】
このようにして、「エピタキシウェーブ」が生成される。
【０１９５】
波の移動速度とエピタキシの速度は同程度の大きさではない。実際には、基板の表面に対する波の移動速度は、毎秒数センチメートル程度であり、エピタキシの速度は１マイクロ秒当たり数マイクロメートル程度である。
【０１９６】
その結果、時間Δｔの間に基板表面の或る領域が波に接触するとき、この領域でのエピタキシは、あたかもこれら全体が静止した波のない浴内で静止しているかのように行われる。したがって、この領域におけるエピタキシ化した部分の厚さは、液体材料が１点を通過する時間によってほぼ決まる（ここでもシリコンを例としている）。
【０１９７】
１つの波が通過する際に凝固する材料の厚さを制御するために、波の特徴（波の形状、任意選択で、波の移動速度及び／又は波の高さ、すなわち、液体シリコンの深さ）が制御される。
【０１９８】
この変形例により、収率の向上が見込める。多数の基板を迅速に得ることが事実上可能である。
【０１９９】
この変形例は、エピタキシ化される層の構築に関しても特に有利である。
【０２００】
この変形例によれば、ドナー基板に幾つかの連続した波を当てることが事実上可能である。すなわち、１つの波の材料が基板の表面上で凝固するまで待ってから、（直前に通過した波のエピタキシによって厚くなった）同じ基板上を後続の波を通過させる。
【０２０１】
このようにして、エピタキシドナー基板に幾つかの連続した波を当てることができる。各波は、同じ又は異なる材料のものとし得る。異なる材料を連続して用いる場合（例えば、異なるタイプのドープを施したシリコンが挙げられるが、これに限定されるものではない）、１つの同じドナー基板上に連続して、これらの波のそれぞれに対応する異なるタイプの層を得ることが可能である。
【０２０２】
材料
ドナー基板の表面３１を単結晶半導体材料（例えば、単結晶シリコン、又は単結晶ゲルマニウム、又はシリコン−ゲルマニウム、或いは任意の他の半導体材料）とすると有利である。この場合、液体材料の凝固が、液体材料がドナー基板の材料と同じ化学的なタイプのものである場合には、又は液体材料がドナー基板の結晶網構造に適合される結晶形態で存在する（すなわち、液体材料がドナー基板の材料の格子パラメータと５％の誤差以内で等しい格子パラメータを有する）場合には、特に規則正しく生じ、極めて高品質の結晶材料が生成される。
【０２０３】
したがって、浴２０の材料は、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコン−ゲルマニウムとし得る。この材料は別の半導体材料としてもよい。
【０２０４】
いかなる場合でも、浴の半導体材料は、その融点がドナー基板の半導体材料の融点以下であるように選択される。
【０２０５】
一般に、本方法のこの段階において取られるシーケンスは以下のものである。
加熱手段１１０を用いて浴材料２０を溶融する。
浴材料２０の溶融がなされたら、この材料を材料内温度が均一な状態で液状に保持する。
【０２０６】
この点で、加熱手段１０は、容器の下に配置される高周波誘導加熱手段などの追加の加熱システムによって補完され、それによって材料が液状に維持される。浴材料２０が液体になったら、この追加のシステムを加熱手段１０の代わりに使用することも可能である。この場合、加熱手段はこの材料を液状にするために初期段階で使用され、次いで、追加のシステムはこの材料を液状に維持するために使用されるとともに、加熱手段１０は稼働が停止され浴の表面へのアクセスが得られるように取り外される。
【０２０７】
ドナー基板の表面３１を浴材料２０の表面に接触させる。このことに関して、加熱手段１０は、それが浴の表面に面して配置されていた場合には、取り外されている。
【０２０８】
この接触の後で、浴は放置され徐々に冷却される。この目的のために、加熱手段１０及び／又は追加の加熱システムの動作が停止され、又は任意選択で所望の温度低下が得られるように制御される。以下の説明では、初期接触の時点でこの動作が停止されるものとする。
【０２０９】
熱拡散の動態
本方法をうまく実施するために、当業者は、熱拡散動態の幾つかの条件を考慮に入れると有利である。
【０２１０】
本方法の実施中、材料は、最初は浴２０内で液体の形態であり、徐々に冷却され、凝固先端が、表面３１から始まって表面３１に平行に延びて材料全体を通過する。すなわち、凝固先端は、浴材料内をその表面にほぼ垂直にそれから離れる方向に伝播する。
【０２１１】
同時に、ドナー基板３０は熱くなり、浴２０によって発散された熱を受け取る。
【０２１２】
ドナー基板が過度に熱くなってそれが劣化したり損傷したりしないように注意が払われなければならない。
【０２１３】
このことは、図２に概略的に示すようにドナー基板が弱化ゾーンを含む場合に特にそうである。この図では、ドナー基板３０は弱化ゾーン３３を含む。
【０２１４】
前記の場合、弱化ゾーンに入力される過剰な熱によって、この領域で物理的な現象が喚起されることがあり、それによって、基板が、特にその表面でふくれが生じることによって劣化することがある。
【０２１５】
これを避けるために、当業者は以下の側面を考慮すると有用であり得る。
【０２１６】
以下では、弱化ゾーンがドナー基板の表面のふくれにつながるような閾値を超える熱収支を受け取らないようにする観点から説明する。これは、或る特定のケースに相当し、この特定のケースは、弱化ゾーンを含むか否か関わらずドナー基板が受け取る熱収支を制限したい一般的な場合に直接的に外挿され得る。
【０２１７】
本方法を通して、すなわち、初期接触からドナー基板の表面３１上の所望の厚さの材料の凝固（この所望の厚さは浴の深さの全部又は一部に対応する）に至るまで、弱化ゾーンが受け取る熱収支を推定することが求められる。
【０２１８】
より具体的には、弱化ゾーンを含むドナー基板に関して、この領域に到達する熱収支がドナー基板の表面のふくれにつながらないようにすることが求められる。
【０２１９】
弱化ゾーンが裏面３２よりも表面３１に近い場合、ふくれが生じ得るのはこの面３１である。これは、本明細書の残りの部分で用いられる仮定である。
【０２２０】
表面３１と浴の初期接触がなされ、加熱手段１０が停止され、そのため浴２０がもはや加熱されなくなると、２つのプロセスが開始される。
【０２２１】
第１のプロセスは、ドナー基板内で熱を拡散させることである。ふくれが生じ得るのはこのプロセスである。
【０２２２】
第２のプロセスは、ドナー基板の表面３１上に凝固した材料の層を成長させることである。図３に、参照番号５０でこの層を示す。所望の層が製作されるのはこのプロセスである。さらに、凝固層が或る厚さを超えてもふくれが生じないようにするのはこのプロセスである。
【０２２３】
本方法によれば、図４に示す基板６０を製作することが可能である。基板６０は、
任意選択で弱化層３３を含むドナー基板３０と、
浴２０から得られる材料の厚さ「ｅｃ」の凝固層５０と、を備える。
【０２２４】
凝固によって層５０が成長する第２のプロセスは、以下の２つの理由から第１のプロセスに関連するふくれの危険性を低減する。
【０２２５】
第１に、液体から弱化ゾーンを分離する材料の層を厚くすることによって、弱化ゾーンから熱源を遠ざける。
【０２２６】
第２に、層５０が或る厚さになると、液体から弱化ゾーンを分離する材料の層の全体の厚さが、ふくれがもはや生じ得ない厚さに達し、そしてそれよりも厚くなる。
【０２２７】
マイクロキャビティを含む弱化ゾーンから開始されるふくれの現象は、この領域が基板内の深い位置（図４の深さｅ０）に存在しない場合にのみ想定され得る。
【０２２８】
シリコンの場合、ゲルマニウムと同様、この厚さは約７μｍ〜１０μｍである。この範囲内での厳密な値は注入条件によって決まるが、本明細書の説明ではこの値を正確に知る必要はない。その理由は、「最悪の場合」に対応する値、すなわち最大値１０μｍを安全値として用いれば十分だからである。
【０２２９】
ｅ０＝１０μｍで本方法が機能することを検証することによって、この臨界深さの正確な値に関わらず同じ材料内で本方法がやはり機能することが保証され得る。
【０２３０】
シリコン−ゲルマニウム合金の場合、この範囲の最大値はやはり１０μｍである。
【０２３１】
したがって、各材料は、前記ふくれがもはや生じにくくなる臨界深さに関連している。弱化ゾーンを覆う部分の厚さが臨界深さよりを超える場合、弱化ゾーンで生成され得る応力が材料のこの厚さ内に存在し、そのため、これらの応力は基板の表面で解放されずに表面でふくれが生じる。
【０２３２】
好都合なように、臨界深さ又は臨界厚さが同じ意味で参照されることを指摘しておく。ドナー基板の表面３１の下に存在する弱化ゾーンはこの深さにあり、この深さは、弱化ゾーンを覆うドナー基板材料の厚さともみなし得る。したがって、「臨界厚さ」及び「臨界深さ」という用語は本明細書では等価である。
【０２３３】
出願人は、異なる動態に従う上述のこれら２つのプロセスが相反することを用いて、弱化ゾーンなどの特徴が熱収支に関して制限未満である場合でも、基板を凝固により製作し得ることを見い出した。
【０２３４】
凝固プロセス（上述の第２のプロセス）の動態は、弱化ゾーンに向かう熱拡散プロセス（第１のプロセス）の動態よりもはるかに高速である。これは、主に、液相との接触時に、ドナー基板の表面に大きな温度勾配が生じることによる。
【０２３５】
本方法を実施する前に、本方法の動態をよく理解するために、したがって、想定されるパラメータが適切かどうかを判断するために、以下のように進めることが可能である。
【０２３６】
弱化ゾーンを含む基板の表面のふくれ現象の開始に対応する熱処理Ｄ０の継続時間が温度Ｔ０で既知である場合、同じ基板のふくれの開始に対応する継続時間Ｄは他の温度Ｔｚに対して、次のタイプの法則によって値（Ｄ０、Ｔ０）から推測できる。
（法則１）：１／Ｄ（Ｔｚ）＝（１／Ｄ０）ＥＸＰ（−（Ｅａ／ｋ）＊（１／Ｔｚ−１／Ｔ０））
ここで、
Ｄ０は弱化ゾーンが温度Ｔ０に曝される継続時間であり、これらによって基板の表面でふくれが生じることがわかっている点（Ｄ０、Ｔ０）が画定される。
Ｄは弱化ゾーンが温度Ｔｚに曝される継続時間であり、同じ基板に対してふくれが生じる継続時間である。
Ｔｚは弱化ゾーンが曝される温度、
Ｅａは活性化エネルギー値、
ｋはボルツマン定数である。
【０２３７】
文献には、ふくれが生じそれがその後も継続し得る温度に曝す時間の法則が、活性化エネルギーによって決まるタイプの物理的な現象の挙動を示すことが示されている。
【０２３８】
このタイプの法則は、臨界厚さよりも浅い弱化ゾーン深さに対して有効であることが明らかである。深さがより深くなると、ふくれはもはや生じない。
【０２３９】
このタイプの法則は、（１／Ｔｚ）の関数としてＬｏｇ（１／Ｄ）のグラフでは、図５に示すように、直線で示される。
【０２４０】
当業者なら、容易に、異なる構成（基板材料のタイプ、弱化ゾーンが形成されるように注入されるイオンのタイプ、注入ドーズ量、注入エネルギー）についてもこのタイプの法則及び曲線を文献に見いだすであろう。
【０２４１】
科学的な文献では選択される構成についてこの法則に直接的に言及していないが、同じ基板に対して２つの異なる温度でふくれ実験を２回実施し、これら２つの温度でふくれが生じるのに必要とされる熱処理時間を測定すれば十分である。これら２つの実験による点を横座標に沿って（１／Ｔ）、縦座標に沿ってＬｏｇ（１／継続時間）をとるグラフ上にプロットすることによって、この法則を完全に決定することができる。
【０２４２】
したがって、（継続時間Ｄ及び温度Ｔｚの値によって画定される）ドメインＢ１、すなわち熱収支ドメイン内に留めるようにする。このドメインは、図５の直線の、ふくれが生じないハッチングされた側に対応する。ドメインＢ２は避けるべきである。
【０２４３】
ここで、当業者がドナー基板のふくれが生じ得るか否かを本方法の初期条件からどのように予測し得るかを示す。
【０２４４】
図５の面のどの部分が適しているかを判断するために、弱化ゾーンにおける温度Ｔｚの傾向のモデルを手段として用いる。
【０２４５】
この温度は、法則Ｔｚ＝ｆ（ｔ）にしたがって進展する。ここで、ｔは時間を表す。例えば市販のソフトウェアを用いる有限差分法などの数値解法を用いて法則ｆ（ｔ）を決定して、融解潜熱の移動に関わる相変化を考慮に入れた熱方程式を解くことが可能である。この計算は、現実に即した結果を得るのに単なる１次元シミュレーションで十分であるため、より簡単且つ迅速に実施し得る。
【０２４６】
Ｔｚ＝ｆ（ｔ）の値を得るために、初期条件及び制限条件を用いる。
【０２４７】
演算用シミュレータに入力する初期条件は本質的に以下のようになる。
基板の初期温度の値
浴２０内の液状の材料の温度
ドナー基板材料の熱特性。より具体的には、この固体材料の場合、熱特性とは以下の特徴値である。
熱伝導率
密度
固体状態における熱容量
初期液体浴材料の熱特性。この熱特性は、ドナー基板材料のものと同じ特徴値であるが、浴材料の固体状態及び液体状態の両方についての値である。また、この材料の融解潜熱も考慮に入れられる。
表面３１の下の弱化ゾーンの深さｅ０の値
【０２４８】
この計算の指定すべき制限条件は、基板の裏面での熱条件である。
【０２４９】
特に基板の厚さが凝固プロセスの継続時間に対してドナー基板における熱拡散長よりも小さいか又はそれに匹敵する場合には、基板の裏面でのこれらの熱条件が指定されなければならない。この場合、熱エネルギーは裏面にまで拡散し、材料内の温度プロフィールはこの裏面の存在及びそこでの熱条件の影響を受ける。裏面でのこれらの熱条件に対して、想定し得る任意選択肢は、
裏面が断熱されている場合には熱交換が行われないか、
又は、ドナー基板の裏面３２が一定温度で裏面を保持する手段と緊密に接触している場合には一定温度である、かのいずれかである。この後者の場合、実際には、この状態は、例えばチャック手段４０が温度管理されドナー基板の裏面を一定の設定温度に維持するようにすることによって実現され得る。
【０２５０】
同じシミュレーションにより、初期接触後の浴材料２０内の熱エネルギー密度の傾向も得られる。
【０２５１】
この点で、このシミュレーションにより、特に、あらゆる点での融解潜熱のエネルギー密度の値を時間の関数として知ることができる。これにより、時間の関数として、浴材料２０から得られる完全に凝固した部分と部分的にまだこの浴の液体状態にある部分との境界の位置を特定することが可能である。
【０２５２】
この境界は、融解潜熱の熱エネルギー密度がゼロである領域の限界に対応する。
【０２５３】
このようにして、浴内の凝固先端の位置が時間の関数として得られる。この先端は、時間経過とともに進み、ドナー基板の表面３１から離れる。この凝固により、特にドナー基板の表面３１が単結晶材料であり、その格子パラメータが凝固中の材料の格子パラメータに近い場合には、極めて高品質の単結晶材料が生成される。
【０２５４】
例えばシリコンであるドナー基板の半導体材料は浴２０の半導体材料と同じとし得るが、これは必要条件ではないことを明記しておく。異なる材料を提供することも可能である。
【０２５５】
ふくれの危険性を回避するための温度シミュレーション及び熱収支決定のステップのシーケンスは、以下のようにまとめることができる。
【０２５６】
まず、温度シミュレーションを用いて、上述のような初期条件及び制限条件に基づいて法則Ｔｚ＝ｆ（ｔ）を求める。これにより、あらゆる時間の値ｔについて、Ｔｚの値、すなわち弱化ゾーンにおける温度が得られる。
【０２５７】
同じ温度シミュレーションにより、あらゆる時間ｔにおける浴２０内の凝固先端の位置も求められる。これにより、あらゆる時間ｔにおいて弱化ゾーンを固体／液体界面から分離する固体材料の厚さｅ（ｔ）を求めることができる。
ｅ（ｔ）＝厚さｅ０＋時間ｔでの表面３１上の凝固した材料の厚さ
ｅ０は、図３に示すように、ドナー基板の表面３１から弱化ゾーンを初めに分離する材料の厚さである。
【０２５８】
厚さｅ（ｔ）がわかると、これを用いて、どの時間ｔからこの厚さが弱化ゾーンの臨界深さの値を超えるかが求められる。この値を超えると、ふくれの危険性がなくなる。
【０２５９】
したがって、Ｔｚ（ｔ）が各時間ｔ毎に既知となる。Ｔｚ（ｔ）及びＤ（Ｔｚ）がわかると、法則Ｄ（Ｔｚ（ｔ））が求められる。
【０２６０】
所与の時間ｔにおけるｄｔの近傍の温度Ｔｚ（ｔ）では、量ｄｔ／Ｄ（Ｔｚ（ｔ））は、時間間隔ｄｔ中に得られる、基板のふくれに至るのに必要とされる熱活動量の一部を表す。
【０２６１】
Ｔｚは時間経過とともに変化するので、時間間隔０〜ｔ１中に得られる、基板のふくれが生じるのに必要とされる熱処理による活動の一部は、積分Ｉによって以下のように表現される。
【数２】
2014527293.tif 000004
この積分が１に等しいとき、それは、熱活動がふくれの発生に必要とされる値に達したことを意味する。したがって、凝固プロセスを実施する前に、シミュレーションを実施してこの積分の値が１未満のままであるか否かを確認しなければならない。
【０２６２】
そうでない場合、新たなシミュレーションに対して、本方法のパラメータが（例えば、基板の初期温度を下げ、及び／又はより深い注入深さを選択することによって）調整され、これが積分の値が１未満になるまで繰り返される。
【０２６３】
したがって、積分間隔ｔ１の上限は、本方法の予定実施時間に対応し得る。
【０２６４】
いかなる場合でも、本方法を実施する前に、本方法の継続時間である閾値と呼ばれる継続時間を求めるためにシミュレーションを実施することは当業者の利益になる。当業者によって用いられるように意図されたパラメータ（材料のタイプ、温度、寸法など）とともに、この継続時間により、臨界深さの値と等しい弱化ゾーンを覆う材料の厚さが得られる。
【０２６５】
この継続時間は、必ずしも事前に既知ではないので、最初のシミュレーションでは、得られる結晶化した部分の厚さが臨界厚さよりも大きくなるように十分に長い継続時間が選択される。次いで、必要であれば、この継続時間を短くして閾値継続時間を求めることができる。
【０２６６】
この積分は、Ｔｚ（ｔ）及びＤ（Ｔｚ）の値が離散化形式で既知なので、数値解法を用いて計算し得る。
【０２６７】
ここで考察しているこの積分の値は、臨界厚さに対応する継続時間に対して、選択された条件がふくれにつながるか否かを単純且つ明確に示す。すなわち、
Ｉが１未満の場合、ふくれは生じない。
Ｉが１以上の場合、このシミュレーションで用いられている本方法の想定した条件が維持される場合には、ふくれの危険性がある。
【０２６８】
したがって、これらのステップにより、当業者は、上述の初期データに基づいて、ドナー基板の表面３１上での凝固プロセスが正しく機能し、熱の悪影響によって基板の劣化が生じないことを確認し得る。
【０２６９】
本発明の方法により、ドナー基板３０と、浴２０から得られ、表面３１を覆う半導体材料の層とによって形成される基板を製作することができる。
【０２７０】
すでに示しているように、この基板は、単結晶材料のエピタキシによって単結晶表面３１に対して凝固が生じるため、極めて良好な結晶品質のものとすることができる。
【０２７１】
表面３１上で凝固した層（図４では５０で示す層）の厚さは、浴の深さ１０１の寸法を設定することによって精密に制御することができる。この凝固プロセスは、通常は、浴材料がすべて表面３１上で凝固したときに停止される。浴材料全体を凝固させないようにも想定し得る。
【０２７２】
本明細書では、基板３０は「ドナー」基板であると言える。これは、基板３０が提供する表面３１からエピタキシャル凝固が実現されるからだけでなく、この基板が弱化ゾーンを含む場合に、エピタキシャル凝固後に（又はその最中に）新たな基板又は層が分離されるからである。
【０２７３】
この新たな基板は、
最初は弱化ゾーン３３と表面３１の間に含まれていたドナー基板の部分（図３では部分３４）と、
浴２０から得られ、表面３１上に凝固する半導体材料の層と、を備える。
【０２７４】
この新たな基板は、弱化ゾーンをさらに加熱し、任意選択で、知られているように、機械的な応力を加えることによって再度分離することができる。
【０２７５】
この新たな基板は、層のエピタキシャル凝固中にも分離し得る。凝固層の厚さが臨界深さを超えると、それによって、ふくれの危険性がなくなり、そのため、層を厚くし続けることができ、この理由により、任意選択で、追加の加熱を必要とせずに、分離のための熱収支にも達し得る。
【０２７６】
これにより、品質が優れているだけでなく、厚さも、それが薄い場合でさえ、制御され得る層を含む新たな基板が形成され得る。
【０２７７】
（実施例）
実施例として、以下のパラメータを用いて、本方法を実施することができ、高品質の層を凝固させることができる。
ドナー基板の材料：Ｓｉ
浴の材料：Ｓｉ
ドナー基板（円盤形状）及び浴の直径：３００ｍｍ
ドナー基板の初期厚さ：９００ミクロン
浴の深さ：１００ミクロン
注入深さ（ｅ０）：２〜４ミクロン（２つの異なる値が採用された）
【０２７８】
別の実施例によれば、以下のパラメータが選択され得る。
ドナー基板の材料：Ｇｅ
浴の材料：Ｇｅ
ドナー基板の初期厚さ：４００ミクロン
直径：１５０ｍｍ（円盤形状）
浴の深さ：１５０ミクロン
注入深さ（ｅ０）：１〜２ミクロン（２つの異なる値が採用された）
【０２７９】
別の実施例によれば、以下のパラメータが選択され得る。
ドナー基板としてＳｉ材料
液相の材料（Ｓｉ  ０．９／Ｇｅ  ０．１）
ドナー基板の初期厚さ：９００ミクロン
直径：２００ｍｍ（円盤形状）
浴の深さ：１５０ミクロン
注入深さ（ｅ０：２〜３ミクロン（２つの異なる値が採用された）
【０２８０】
図６〜図８に、それぞれ以下のように実施された異なるシミュレーションの例を示す。
ゲルマニウムドナー基板及びこのドナー基板を接触させるゲルマニウム浴における、基板を液体材料の浴に接触させた後の、経時的な温度の傾向（図６）
浴材料（ここではシリコン）における凝固先端の経時的な深さの傾向（図７）
凝固（結晶化）した材料の厚さの関数としての、積分Ｉの値における傾向
【０２８１】
図６において、温度３００Ｋから開始して、（この図のグラフで１００ミクロンよりも深い深さで示す）ドナー基板でも、（１００ミクロン未満の深さで表す）浴によって占有される空間でも温度が進展することがわかる。
【０２８２】
したがって、このグラフでは、深さの始点は浴２０を含む容器の底であり、深さは基板に向かって増加する。したがって、これらの「深さ」を上述した基板内の「深さ」と混同してはならない。
【０２８３】
これらの曲線は、時間経過に伴う温度の連続値を表す。ここでは、時間の範囲は、初期接触後の１０，０１０〜２５０，００１ナノ秒である。
【０２８４】
図から、温度分布が、主にドナー基板内のごく最初の瞬間における初期の極めて高い勾配から、勾配が徐々に減少し、液相に初め対応する部分及びドナー基板内の両方に延びる構成まで変化することが確認される。
【０２８５】
液体層内に閉じ込められていた熱エネルギーは徐々にドナー基板に向かって拡散し、その結果、液体部分の潜熱の密度が徐々に減少し、したがって、結晶化した部分の厚さが増加する。
【０２８６】
熱シミュレータは、この複合体（液体層＋ドナー基板）のあらゆる点での熱エネルギー密度を計算し、したがって、得られたデータすべてが利用可能になる。
【０２８７】
浴の空間では、温度が融点未満に下がると、材料が結晶化（凝固）する。シミュレーションでは浴材料の当初温度を融点と仮定したので、このグラフは、凝固した部分の厚さの経時的な値を直接的に示している。
【０２８８】
弱化ゾーンの深さがわかっているので、基板内に埋め込まれた弱化ゾーンでのＴｚ（ｔ）の値を追跡することも可能である。
【０２８９】
図７に、深さｄの経時的な傾向を示す（このグラフでは、深さは初期表面を起点とする浴の深さである）。ここでは浴はシリコン浴である。ドナー基板の初期温度は３００Ｋであり、浴の初期温度はシリコンの融点（１，４１４℃）である。
【０２９０】
この階段状のグラフは、離散化を用いるモデル化から得られたものである。連続曲線はこの階段状の曲線を滑らかにしたものである。
【０２９１】
図８は、「時間」パラメータが削除された同じタイプのシミュレーションの結果である。
【０２９２】
この図は、
第１に、積分Ｉ（ｔ）の値を求めるための傾向Ｔｚ（ｔ）、積分Ｉ（ｔ）はこの積分が行われる時間の関数であり、
第２に、時間の関数としての結晶化した部分の厚さ、
を組み合わせることによって得られたものである。
【０２９３】
これら２つの間で時間を消去することによって、Ｉの値が、ここではゲルマニウムの浴内の結晶化した部分の厚さの関数として得られる。このシミュレーションでは、基板の表面上のふくれの開始につながる条件よりも、値がかなり小さいままであることがわかる。
【図１ａ】
2014527293.tif 000006
【図１ｂ】
2014527293.tif 000007
【図１ｃ】
2014527293.tif 000008
【図１ｄ】
2014527293.tif 000009
【図１ｅ】
2014527293.tif 000010
【図１ｆ】
2014527293.tif 000011
【図２】
2014527293.tif 000012
【図３】
2014527293.tif 000013
【図４】
2014527293.tif 000014
【図５】
2014527293.tif 000015
【図６】
2014527293.tif 000016
【図７】
2014527293.tif 000017
【図８】
2014527293.tif 000018
【図９】
2014527293.tif 000019
【図１０】
2014527293.tif 000020
【図１１】
2014527293.tif 000021
【図１２】
2014527293.tif 000022
【図１３】
2014527293.tif 000023
【国際調査報告】
2014527293.tif 000024
2014527293.tif 000025
2014527293.tif 000026
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