(57)【要約】  ＳＯＩ技法において使用される界面結合エネルギーを促進するための方法が提供される。一実施形態では、界面結合エネルギーを促進するための方法は、酸化シリコン層が形成され且つ劈開面が画成されたような第１の基板及び第２の基板を準備し、上記酸化シリコン層の表面及び上記第２の基板の表面に対してドライクリーニング処理を行い、上記第１の基板の上記クリーニングされた酸化シリコン表面を上記第２の基板の上記クリーニングされた表面に対して結合することを含む。【選択図】      図３
2010500761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界面結合エネルギーを促進するための方法において、
酸化シリコン層が形成され且つ劈開面（a cleavage plane）が画成されたような第１の基板及び第２の基板を準備するステップと、
上記第１の基板の上記酸化シリコン層及び上記第２の基板の表面に対してドライクリーニング処理を行うステップと、
上記クリーニングされた酸化シリコン表面を上記第２の基板の上記クリーニングされた表面に対して結合するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
上記ドライクリーニング処理を行うステップは、更に、
プラズマ浸漬イオン注入処理を行う段階、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記ドライクリーニング処理を行うステップは、更に、
上記基板をハロゲン含有ガスに曝す段階、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ２、Ｆ２、Ｂｒ２、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＳＦ６及びＮＦ３のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記ドライクリーニング処理を行うステップは、更に、
約５００ボルトより低い高周波バイアス電力を維持する段階、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記ドライクリーニング処理を行うステップは、更に、
上記基板表面から５０Åより浅い深さに上記ドライクリーニング処理を制御する段階、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記ドライクリーニング処理を行うステップは、更に、
上記基板を不活性ガスに曝す段階、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記不活性ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｘｅ及びＮ２のうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記ドライクリーニング処理を行うステップは、更に、
上記第１の基板及び上記第２の基板の表面から粒子及び／又は汚染物質を除去する段階、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
上記ドライクリーニング処理を行うステップは、更に、
上記第１の基板及び上記第２の基板の表面を活性化する段階、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
上記ドライクリーニング処理を行うステップは、更に、
上記基板を酸素ガスに曝す段階、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
上記基板を酸素ガスに曝す段階は、更に、
上記第１の基板及び上記第２の基板の表面を酸化する手順と、
上記第１の基板及び上記第２の基板の表面を親水性状態へと変更する手順と、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記クリーニングされた表面を結合するステップは、更に、
上記結合される基板を約８００℃より高い温度まで加熱する段階、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
上記第１の基板を上記劈開面に沿って分離するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
上記第２の基板にシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造を形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
界面結合エネルギーを促進するための方法において、
酸化シリコン層が形成され且つ劈開面が画成されたような第１の基板及び第２の基板を準備するステップと、
ドライクリーニング処理により上記第１の基板及び上記第２の基板の表面から粒子及び／又は汚染物質を除去するステップと、
上記第１の基板及び上記第２の基板の上記クリーニングされた表面を活性化するステップと、
上記第１の基板に配設された上記酸化シリコン層を上記第２の基板の上記表面に対して結合するステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
上記粒子及び／又は汚染物質を除去するステップは、更に、
上記表面をイオンで衝撃する段階、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
上記衝撃する段階は、更に、
ハロゲンイオンを生成する手順、
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記衝撃する段階は、更に、
５００ボルトより低い高周波バイアス電力を維持する手順、
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
上記衝撃する段階は、更に、
上記第１の基板表面及び上記第２の基板表面から５０Åより浅い深さに上記イオン侵入を制御する手順、
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
上記第１の基板及び上記第２の基板の表面を活性化するステップは、更に、
上記第１の基板及び上記第２の基板の表面を酸化する段階、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
界面結合エネルギーを促進するための方法において、
酸化シリコン層が形成され且つ劈開面が画成されたような第１の基板及び第２の基板を準備するステップと、
プラズマ浸漬イオン注入リアクタにおいてハロゲン含有ガスを供給することにより、上記酸化シリコン層の表面及び上記第２の基板の表面に対してドライクリーニング処理を行うステップと、
上記第１の基板及び上記第２の基板の表面を活性化するステップと、
上記酸化シリコン表面を上記第２の基板の表面に対して結合するステップと、
を含む方法。
【請求項２３】
上記ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ２、Ｆ２、Ｂｒ２、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＳＦ６及びＮＦ３のうちの少なくとも１つを含む、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的に、半導体製造処理及び装置の分野に関し、より特定すると、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造に使用されるプラズマ浸漬イオン注入処理による表面活性化の方法に関する。
【関連技術の説明】
【０００２】
[0002]半導体回路の製造は、より高いスイッチング速度及びより低い電力消費に対する絶えず増大する要求に応えるように発展してきている。所定の電力レベルでの高いデバイス・スイッチング速度は、膨大な計算パワーを必要とする用途に必要とされている。これに対して、所定のスイッチング速度でのより低い電力消費は、モバイル用途に望まれている。デバイス・スイッチング速度の増大は、接合容量を減少させることにより達成することができる。電力消費の減少は、各デバイスから基板への寄生漏洩電流を減少させることにより達成することができる。接合容量の減少及び寄生漏洩電流の減少の両者は、半導体基板上の絶縁（例えば、酸化シリコン）層に形成される複数のシリコン・アイランドにそれらデバイスを形成することにより達成することができる。各アイランドは、その絶縁層によりすべての他のアイランドから電気的に絶縁されている。このような構造は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造と称されている。
【０００３】
[0003]ＳＯＩ構造は、別の結晶シリコンウエハ上に前もって形成された酸化シリコン層の上部にもう１つの結晶シリコンウエハを結合するような層転写処理において形成することができる。図１Ａから図１Ｇは、基板上にＳＯＩ構造を形成するための典型的な従来の方法を示している。図１Ａに示されるように、ＳＯＩ構造を形成するのに、ドナー基板１０２とハンドル基板１０４とが使用される。図１Ｂに示されるように、ドナー基板１０２の表面及び／又は周辺に酸化シリコン層１０６を形成するため、熱酸化処理が行われる。図１Ｃに示されるように、ドナー基板１０２の表面の下の所定の深さのところに劈開面１０８を形成するように、ドナー基板１０２へイオン、例えば、水素イオンを注入するため、イオン注入処理が行われる。その後、図１Ｄに示されるように、ドナー基板１０２及びハンドル基板１０４の両者に活性化表面１１２、１１４を形成し、その界面での結合エネルギーを促進させるため、Ｏ２プラズマ処理プロセスが行われる。図１Ｅに示されるように、それら活性化表面１１２、１１４は、ドナー基板１０２の酸化シリコン表面をひっくり返してハンドル基板１０４の表面１１４に固着するように、互いに付き合わされる。従って、図１Ｆに示されるように、ドナー基板１０２の活性化表面１１２は、ハンドル基板１０４の活性化表面１１４に結合される。最終ステップにおいて、ドナー基板１０２は、劈開面１０８にそって分離され、図１Ｇに示されるように、シリコン層１１０及び酸化シリコン層１０６の部分がハンドル基板１０４に固着されて、残される。ハンドル基板１０４に結合されたシリコン層１１０及び酸化シリコン層１０６は、ＳＯＩ構造を形成する。
【０００４】
[0004]基板結合処理中に、幾つかの問題があることが分かった。例えば、界面粒子、表面欠陥、汚染物質、又は基板界面に捕捉された空気により、ドナー基板とハンドル基板との間の固着不足や結合不良が生じてしまうことがあった。このような固着不足や結合不良が界面にあると、その基板上に形成されたデバイスの機械的強度や電気的特性に影響が及ぼされ、デバイス集積に悪影響が及ぼされると共に、デバイス性能の不足及び／又は不良を来してしまうことがある。
【０００５】
[0005]従って、ＳＯＩ形成において基板の結合を改善することが必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]基板間の界面結合を促進するための方法が提供される。これら方法は、ＳＯＩ形成のために特に有用である。一実施形態では、界面結合エネルギーを促進するための方法は、酸化シリコン層が形成され且つ劈開面が画成されたような第１の基板及び第２の基板を準備するステップと、上記酸化シリコン層の表面及び上記第２の基板の表面に対してドライクリーニング処理を行うステップと、上記第１の基板の上記クリーニングされた酸化シリコン表面を上記第２の基板の上記クリーニングされた表面に対して結合するステップと、を含む。
【０００７】
[0007]別の実施形態では、界面結合エネルギーを促進するための方法は、酸化シリコン層が形成され且つ劈開面が画成されたような第１の基板及び第２の基板を準備するステップと、ドライクリーニング処理により上記第１の基板及び上記第２の基板の表面から粒子及び／又は汚染物質を除去するステップと、上記第１の基板及び上記第２の基板の上記表面を活性化するステップと、上記酸化シリコン層を上記第２の基板の上記表面に対して結合するステップと、を含む。
【０００８】
[0008]更に別の実施形態では、界面結合エネルギーを促進するための方法は、酸化シリコン層が形成され且つ劈開面が画成されたような第１の基板及び第２の基板を準備するステップと、プラズマ浸漬イオン注入リアクタにおいてハロゲン含有ガスの存在下において上記酸化シリコン層の表面及び上記第２の基板の表面をドライクリーニングするステップと、上記第１の基板及び上記第２の基板の上記クリーニングされた表面を活性化するステップと、上記酸化シリコン表面を上記第２の基板の上記活性化された表面に対して結合するステップと、を含む。
【０００９】
[0009]本発明の前述したような特徴を詳細に理解できるように、概要について簡単に前述した本発明について、幾つかを添付図面に例示する実施形態に関して、以下より特定して説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示するのであって、従って、本発明の範囲をそれに限定するものではなく、本発明は、均等の効果を発揮できる他の実施形態を含み得るものであることに、注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】ＳＯＩ構造を形成するための従来の処理の典型的な実施形態を示している。
【図１Ｂ】ＳＯＩ構造を形成するための従来の処理の典型的な実施形態を示している。
【図１Ｃ】ＳＯＩ構造を形成するための従来の処理の典型的な実施形態を示している。
【図１Ｄ】ＳＯＩ構造を形成するための従来の処理の典型的な実施形態を示している。
【図１Ｅ】ＳＯＩ構造を形成するための従来の処理の典型的な実施形態を示している。
【図１Ｆ】ＳＯＩ構造を形成するための従来の処理の典型的な実施形態を示している。
【図１Ｇ】ＳＯＩ構造を形成するための従来の処理の典型的な実施形態を示している。
【図２Ａ】本発明を実施するのに適したプラズマ浸漬イオン注入ツールの一実施形態を示している。
【図２Ｂ】本発明を実施するのに適したプラズマ浸漬イオン注入ツールの一実施形態を示している。
【図３】本発明の一実施形態によるＳＯＩ構造を形成するための方法を例示する工程図を示している。
【図４Ａ】図３に示されたような方法により基板上に形成されるＳＯＩ構造の横断面図を示している。
【図４Ｂ】図３に示されたような方法により基板上に形成されるＳＯＩ構造の横断面図を示している。
【図４Ｃ】図３に示されたような方法により基板上に形成されるＳＯＩ構造の横断面図を示している。
【図４Ｄ】図３に示されたような方法により基板上に形成されるＳＯＩ構造の横断面図を示している。
【図４Ｅ】図３に示されたような方法により基板上に形成されるＳＯＩ構造の横断面図を示している。
【図４Ｆ】図３に示されたような方法により基板上に形成されるＳＯＩ構造の横断面図を示している。
【図４Ｇ】図３に示されたような方法により基板上に形成されるＳＯＩ構造の横断面図を示している。
【００１１】
[0014]理解を容易とするため、図において共通な同一の要素を示すのに、可能な限り、同一の参照符号を使用している。１つの実施形態の要素及び特徴は、特に繰り返し述べなくとも、他の実施形態に効果的に組み入れることができるものと考えられる。
【００１２】
[0015]しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示しているのであって、従って、本発明の範囲をそれに限定しようとするものではなく、本発明は、均等の効果を発揮できる他の実施形態を含み得るものであることに、注意されたい。
【詳細な説明】
【００１３】
[0016]本発明は、ＳＯＩ形成に使用されるような基板間の界面結合エネルギーを促進するための方法を提供する。一実施形態では、基板を結合する前に、界面表面特性を変更するため、プラズマ浸漬イオン注入処理においてハロゲン含有ガス又は不活性ガスに対して基板を曝すことにより、改善された界面結合が得られる。このような処理によれば、表面汚染物質及び／又は粒子が除去され、結合処理を促進する清浄な界面が与えられる。このような処理によれば、また、基板表面が活性化され、基板結合のための化学的強度を増大させるように表面特性が変更される。更に又、この処理によれば、基板表面での及び基板の直ぐ下の界面特性を変更するのに使用されるエネルギーを効率的に制御でき、それにより、より良好な処理制御が行え、より良好な表面変更が行えることになる。
【００１４】
[0017]図２Ａは、本発明の一実施形態による結合処理を実施するのに使用することのできるプラズマリアクタ２００を示している。結合処理のための適当なリアクタとしては、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるP3i（登録商標）リアクタがある。個々に説明する方法は、他の製造者からのものを含めてその他の適当なプラズマリアクタにおいて実施することができると考えられる。
【００１５】
[0018]このプラズマリアクタ２００は、処理領域２０４を画成する、底部２２４、上部２２６及び側壁部２２２を含む。基板支持アセンブリ２２８が、チャンバ本体２０２の底部２２４に配設されており、処理のため基板２０６を受けるように適応されている。ガス分配プレート２３０が、基板支持アセンブリ２２８に面してチャンバ本体２０２に結合されて、それらの間に処理領域２０４を画成する。排気ポート２３２がチャンバ本体２０２に画成されており、真空ポンプ２３４に結合される。真空ポンプ２３４は、スロットル弁２３６を通して排気ポート２３２に結合される。ガス源２３８が、基板２０４に対して行われる処理のため、種のガス状前駆体化合物を供給するように、ガス分配プレート２３０に結合される。
【００１６】
[0019]図２Ａに示されるリアクタ２００は、更に、図２Ｂの斜視図に最も良く示されるようなプラズマ源２９０を含む。このプラズマ源２９０は、チャンバ本体２０２の上部２２６の外側に取り付けられ且つ互いに交差して（又は図２Ｂに示す典型的な実施形態のように互いに直交して）配設された１対の別々の外部くぼみ形導管２４０、２４０′を含む。第１の外部導管２４０は、上部２２６に形成された開口２９８を通してチャンバ本体２０２の処理領域２０４の第１の側部に結合された第１の端部２４０ａを有する。第２の端部２４０ｂは、処理領域２０４の第２の側部に結合された開口２９６を有する。第２の外部くぼみ形導管２４０′は、処理領域２０４の第３の側部に結合された開口２９４を有する第１の端部２４０ａ′及び処理領域２０４の第４の側部への開口２９２を有する第２の端部２４０ｂ′を有する。一実施形態では、第１の外部くぼみ形導管２４０及び第２の外部くぼみ形導管２４０′は、互いに直交するように構成されており、各外部くぼみ形導管２４０、２４０′の２つの端部２４０ａ、２４０ａ′、２４０ｂ、２４０ｂ′がチャンバ本体２０２の上部２２６の周辺の周りに９０度の間隔で配設されるようになっている。このような外部くぼみ形導管２４０、２４０′の直交構成により、プラズマ源が処理領域２０４に亘って均一に分配されるようにしている。これら第１の外部くぼみ形導管２４０及び第２の外部くぼみ形導管２４０′は、処理領域２０４へ均一にプラズマソースを与えるのに使用されるような他の分布状態として構成することができると考えられる。
【００１７】
[0020]磁気透過性トロイダルコア２４２、２４２′が、外部くぼみ形導管２４０、２４０′のうちの対応する１つの部分を取り巻くようになっている。導電性コイル２４４、２４４′は、個々のインピーダンス整合回路又は素子２４８、２４８′を通して個々の高周波プラズマソース電力発生器２４６、２４６′に結合される。各々の外部くぼみ形導管２４０、２４０′は、これら個々の外部くぼみ形導管２４０、２４０′の２つの端部２４０ａ、２４０ｂ（及び２４０ａ′、２４０ｂ′）の間の連続電気路を遮断する絶縁環状リング２５０、２５０′によりそれぞれが遮断された中空導電性管である。基板表面のイオンエネルギーは、インピーダンス整合回路又は素子２５６を通して基板支持アセンブリ２２８に結合された高周波プラズマバイアス電力発生器２５４により制御される。
【００１８】
[0021]図２Ａに戻って、処理ガス源２３８から供給されるガス状化合物を含む処理ガスは、オーバーヘッドガス分配プレート２３０を通して処理領域２０４内へと導入される。高周波ソースプラズマ電力２４６は、導管２４０において供給されるガスに対して電力アプリケータ２４２、２４４から結合され、外部くぼみ形導管２４０及び処理領域２０４を含む第１の閉じたトロイダル路に循環プラズマ電流を生成する。また、高周波ソース電力２４６′は、第２の導管２４０′におけるガスに対して他方の電力アプリケータ２４２′、２４４′から結合され、第１のトロイダル路と交差（例えば、直交）する第２の閉じたトロイダル路に循環プラズマ電流を生成する。第２のトロイダル路は、第２の外部くぼみ形導管２４０′及び処理領域２０４を含む。各路におけるプラズマ電流は、個々の高周波ソース電力発生器２４６、２４６′の周波数（互いに同じ又は僅かにずれている）で振動（例えば、逆方向に）する。
【００１９】
[0022]一実施形態では、各プラズマソース電力発生器２４６、２４６′の電力は、それらの合成効果により基板２０６の表面に望むイオン束が生成されるようなレベルとされる。高周波プラズマバイアス電力発生器２５４の電力は、基板表面のイオンエネルギーが基板２０６の上部表面の下の望む反応プロフィール又は深さに対応するようなレベルで与えられる。高周波プラズマソース電力と高周波プラズマバイアス電力との合成により、基板表面に対するプラズマ処理のための制御されたイオンエネルギーが与えられ、基板表面に所定のイオン分布プロフィール及び深さが与えられる。このような制御されたイオンエネルギーにより、結合すべき基板表面の結合エネルギーを増大させるような表面活性化及びクリーニング処理が行われる。
【００２０】
[0023]図３は、ＳＯＩ形成に適した結合エネルギーを促進するための方法３００の処理フロー図を示している。図４Ａから図４Ｇは、この方法３００によるＳＯＩ構造を形成するための１対の基板の結合の異なる段階を例示する横断面図である。
【００２１】
[0024]この方法３００は、図４Ａに示されるように、ＳＯＩ構造を形成するのに使用される少なくとも２つの基板４０２、４０４（例えば、１対）を準備するステップ３０２で開始される。一実施形態では、第１の基板４０２及び第２の基板４０４は、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープ又はアンドープポリシリコン、ドープ又はアンドープシリコンウエハ、ドープシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、ガラス及びサファイアのような物質であってよい。基板４０２、４０４は、２００ｍｍ又は３００ｍｍ直径のウエハ並びに長方形又は正方形パンのような種々な寸法のものであってよい。別に指定しない限り、ここで説明する実施形態及び実施例は、２００ｍｍ直径又は３００ｍｍ直径の基板に対して行われる。
【００２２】
[0025]ステップ３０４において、第１の基板４０２の表面及び周辺を酸化してそこに酸化シリコン層４０６を形成するため、その第１の基板４０２に対する熱酸化処理が行われる。このシリコン酸化層４０６は、約１０００Åと約２０００Åとの間の如く、約５００Åと約５０００Åとの間の厚さを有する。
【００２３】
[0026]ステップ３０６において、図４Ｃに示されるように、第１の基板４０２内に劈開面（a cleavage plane）４０８を画成するため、その表面４１６の下の均一な深さまで水素のようなイオン種が注入されるような高エネルギー劈開イオン注入ステップが行われる。劈開面４０８内において、ステップ３０６で注入されたイオンは、シリコン結晶格子に損傷原子結合を生成し、その基板が劈開面４０８にそって分離できるようにし、この劈開面は、後述する形成シーケンスにおいて後で利用される。一実施形態では、劈開面４０８は、酸化シリコン層４０６の上部表面４１６の下約３０００Åと約５０００Åとの間又は約１０００Åと約３０００Åとの間に形成される。プラズマ浸漬イオン注入処理は、図２に示したようなプラズマリアクタ２００又はその他の適当なリアクタにおいて行うことができる。プラズマ浸漬イオン注入処理については、Al-bayatiへの２００５年３月３１日に公開された「SILICON-ON-INSULATOR WAFER TRANSFER METHOD USING SURFACE ACTIVATIONPLASMA IMMERSION ION IMPLANTATION FOR WAFER-TO-WAFER ADHESION ENCHANCEMENT」と題する米国特許公開第ＵＳ  ２００５／０，０７０，０７３号に詳細に開示されている。
【００２４】
[0027]ステップ３０８において、図４Ｄに示されるように、第１の基板４０２及び第２の基板４０４の表面をクリーニングし活性化するのに、プラズマ浸漬イオン注入処理が利用される。このプラズマ浸漬イオン注入処理は、基板表面をドライエッチングし、それにより、基板表面の粒子及び／又は表面汚染物質を除去する。このプラズマ浸漬イオン注入処理は、イオンが基板深くまで侵入してしまって形成された劈開面４０８が損傷されてしまうような悪影響を及ぼさずに、表面に固着した表面汚染物質及び／又は粒子を効率良くエッチングし除去するに十分な低イオンエネルギーレベルで行われる。ステップ３０８でのプラズマ浸漬イオン注入処理により生成されるイオンは、基板４０２、４０４の表面４１０、４１２の約５０Å内に制御されて集中させられる。このイオン分布のピークは、表面近くに維持され、その分布ピークと表面との間での分布の低下は僅かしかなく又は全く無いものとされる。その上、上部５０Å内のイオン分布を制御するのに、基板表面から下方に向かっての深さ分布を適当な勾配でもって変化させるのが望ましい。プラズマ浸漬イオン注入は、図２Ａ及び図２Ｂに示したプラズマリアクタ２００又は他の適当なリアクタで行うことができる。
【００２５】
[0028]一実施形態では、ステップ３０８において行われるドライクリーニング及び粒子除去処理は、イオンエネルギーを低いレベルに維持しながら、プラズマリアクタにおいてハロゲン含有ガスに対して基板を曝すことを含む。適したハロゲン含有ガスの適当な実施例としては、Ｃl２、Ｆ２、Ｂｒ２、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＳＦ６、ＮＦ３等がある。ハロゲン含有ガスから形成されたイオンを低エネルギーでもって基板に衝突させるため、約５００ボルト（Ｖ）より低い低高周波バイアス電力電圧が加えられる。それらハロゲンイオンは、表面汚染物質をエッチングし除去し、表面結合を促進する清浄な表面を与える。一実施形態では、ハロゲン含有ガスは、約１００sccｍと約５０００sccｍとの間の割合でプラズマリアクタへ流入させられる。ソース高周波電力は、約０ボルトと約５００ボルトとの間の高周波電圧で約５０ワットと約２０００ワットとの間に維持される。バイアス高周波電力は、約５０ボルトと約２５０ボルトとの間の如く、約０ボルトと約５００ボルトとの間の高周波電圧、例えば、２００ボルトより低い高周波電圧で約５０ワットと約１０００ワットとの間に維持される。リアクタ圧力は、約５ミリトールと約５００ミリトールとの間に維持される。基板温度は、約４５０℃と約７５０℃との間の如く、約１００℃と約１０００℃との間に、例えば、約６００℃と約７００℃との間に維持される。
【００２６】
[0029]更に又、基板表面には、隣接環境からの自然酸化物、過剰水（例えば、湿分）及び炭化水素汚染物質が存在していることがある。このような自然表面酸化物の遊離テクスチャー及び構造のため、不純物が生成されてしまい、その後の結合工程での品質に悪影響が及ぼされてしまうことがある。過剰水及び炭化水素汚染物質は、結合処理中に水素ガス、ＣＯ２ガス又はその他の不純物を放出して、界面に空隙や気泡が捕捉されてしまうようなこととなってしまうことがある。基板表面をドライクリーニングするのに使用されるハロゲンイオンは、基板表面からこれらの望ましくない自然酸化物、水及び炭化水素汚染物質を除去し、その後の結合処理のための表面結合エネルギーを活性化する。
【００２７】
[0030]ステップ３０８でのプラズマ浸漬イオン注入処理によりエッチングされた及び／又は活性化された表面４１０、４１２は、結合を増強することができる。何故ならば、それら表面４１０、４１２が僅かな表面マイクロラフネスを有し且つ良好な清浄度を有しているからである。ステップ３０８でのプラズマ浸漬イオン注入処理は、格子サイトを開放して、それら格子サイトが他方の表面の格子サイトと共有結合を形成することができるようにする。また、これらのエッチングされた及び／又は活性化された表面４１０、４１２は、エッチングされていない表面に比べて僅かにより粗い表面を有しており、接触表面に良好なかみ合わせを与えることができ、互いにしっかりと固着することができ、従って、それらの間の結合エネルギーを増強させることができる。
【００２８】
[0031]別の実施形態では、表面をエッチングするためリアクタ２００へ供給されるハロゲン含有ガスは、不活性ガスと共に供給されるか、又は、不活性ガスに取って代えられる。適当な不活性ガスの実施例としては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ２等がある。この不活性ガスは、ハロゲン含有ガスと同様に機能する。リアクタ２００において不活性ガスは、粒子及び／又は汚染物質と衝突して、それら粒子及び／又は汚染物質を基板表面から除去し、基板表面から不純物を減少させ、前述したのと実質的に同様の機構により結合エネルギーを促進させる。
【００２９】
[0032]別の仕方として、ステップ３０８での表面活性化及びクリーニングの前に、標準的なクリーニング処理を行って、処理前により清浄な表面を与えるようにすることができる。このようなウエットクリーニング処理は、アプライドマテリアルズ社から入手できるTEMPESTクリーニングツールのようなクリーニング装置において行うことができる。基板をクリーニングするのに使用されるクリーニング溶液は、当業分野において普通に使用されるＳＣ１及び／又はＳＣ２であってよい。
【００３０】
[0033]図４Ｅに示されるように、ステップ３１０において、任意的な表面活性化処理が行われる。ステップ３１０でのこの表面活性化処理は、当業分野において利用できる通常の表面活性処理として任意的に行われるものである。このような表面活性化処理は、基板表面を活性化して、その基板表面に酸化層を形成するように行うことができる。このような表面活性化処理は、図２Ａ及び図２Ｂに示したようなリアクタ２００又はその他の適当なリアクタにおいて行うことができる。
【００３１】
[0034]この表面活性化処理は、酸素イオンを与えるように高周波電力によりイオン化される酸素ガスをリアクタへ与えることを含む。それら酸素イオンは、基板４０２、４０４の表面を酸化して、基板４０２、４０４上の酸化シリコン層４１０及びシリコン層４１２を酸化シリコン層４１０′、４１２′へと変換させる。酸化シリコン層４１０′、４１２′は、基板４０２、４０４の間の結合エネルギーを促進させる親水性表面を与える。ステップ３０８でのドライクリーニングプラズマ浸漬イオン注入処理が表面結合を促進するために行われているので、ステップ３１０での表面活性化処理は、任意的に行われるものである。
【００３２】
[0035]ステップ３１２において、図４Ｆに示されるように、第１の基板４０２がひっくり返されて、第２の基板４０４に対して結合される。ファンデルファールス力により、これら２つの表面４１０′及び４１２′は固着させられる。これら表面４１０′、４１２′の間の固着は、結合処理中に、熱エネルギーを与えることにより、例えば、それら基板４０２、４０４を所定の温度まで加熱することにより、増強することができる。一実施形態では、基板４０２、４０４は、約８００℃より高い所定の温度まで加熱される。熱エネルギーにより、ファンデルファールス力に取って代わって、酸化シリコン層表面４１０′、４１２′における対向する格子サイトの間に原子結合が形成されるようになる。各表面４１０′、４１２′における格子原子サイトのより多くの部分が、ステップ３０８でのプラズマ浸漬イオン注入プロセスにより生成された他の表面における格子サイトと電子結合することができるようになる。その結果として、基板４０２、４０４の間の結合力は、従来の技法に優って増大させられる。
【００３３】
[0036]ステップ３１４において、第１の基板４０２は、劈開面４０８に沿って分離され、図４Ｇに示されるように、この第１の基板４０２の薄い部分４１４が第２の基板４０４に結合されて残される。この薄い部分４１４は、シリコン基板４０４の酸化シリコン層４０６上に配設されたシリコン層を含む。
【００３４】
[0037]ステップ３１６において、第１の基板４０４からのシリコン層４１４のスタック膜及び第２の基板４０４の酸化シリコン層４０４は、ＳＯＩ構造を形成するのに使用される。
【００３５】
[0038]第２の表面４０４上に形成された分離表面４１８は、劈開後、又はステップ３０６で行われたイオン衝撃による損傷により粗く成っていることがあるので、シリコン層４１４の表面を滑らかにし再結晶化するため、表面平滑注入処理を行うとよい。このような表面平滑注入処理は、Ｘｅ又はＡｒのような低エネルギー重イオンを使用して、低エネルギーで且つ比較的に高い運動量においてイオンを注入することにより、達成することができる。このような表面平滑注入処理は、図２Ａ及び図２Ｂに示したようなリアクタ２００又はその他の適当なリアクタにおいて行うことができる。この表面平滑注入処理は、任意の適当な処理により行うこともできる。
【００３６】
[0039]ここで説明した界面結合エネルギーを改善するための方法は、ＳＯＩ構造を形成するためのものとして例示してきたのであるが、これら方法は、ＧａＮ、ＧｅＳｉ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ガラス、プラスチック、金属等のような種々な基板材料を結合するのにも使用できるものと考えられる。
【００３７】
[0040]このようにして、界面結合エネルギーを促進するための方法が提供される。これら改良された方法によれば、基板表面特性が効果的に変更され、表面汚染物質及び粒子が効果的に除去され、基板が活性化され、基板間の結合力が促進され、それにより、しっかりとしたＳＯＩ構造を形成することができる。
【００３８】
[0041]本発明の種々な実施形態について前述してきたのであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに、本発明の他の更なる実施形態が考えられるものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって決定されるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１０２…ドナー基板、１０４…ハンドル基板、１０６…酸化シリコン層、１０８…劈開面、１１０…シリコン層、１１２…活性化表面、１１４…活性化表面、２００…プラズマリアクタ、２０２…チャンバ本体、２０４…処理領域、２０６…基板、２２２…側壁部、２２４…底部、２２６…上部、２２８…基板支持アセンブリ、２３０…ガス分配プレート、２３２…排気ポート、２３４…真空ポンプ、２３６…スロットル弁、２３８…処理ガス源、２４０…第１の外部くぼみ形導管、２４０′…第２の外部くぼみ形導管、２４０ａ…第１の端部、２４０ａ′…第１の端部、２４０ｂ…第２の端部、２４０ｂ′…第２の端部、２４２…磁気透過性トロイダルコア（電力アプリケータ）、２４２′…磁気透過性トロイダルコア（電力アプリケータ）、２４４…導電性コイル（電力アプリケータ）、２４４′…導電性コイル（電力アプリケータ）、２４６…高周波プラズマソース電力発生器、２４６′…高周波プラズマソース電力発生器、２４８…インピーダンス整合回路又は素子、２４８′…インピーダンス整合回路又は素子、２５０…絶縁環状リング、２５０′…絶縁環状リング、２５４…高周波プラズマバイアス電力発生器、２５６…インピーダンス整合回路又は素子、２９０…プラズマ源、２９２…開口、２９４…開口、２９６…開口、２９８…開口、４０２…第１の基板、４０４…第２の基板、４０６…酸化シリコン層、４０８…劈開面、４１０…基板表面（酸化シリコン層）、４１０′…酸化シリコン層、４１２…基板表面（シリコン層）、４１２′…酸化シリコン層、４１４…第１の基板の薄い部分（シリコン層）、４１６…上部表面、４１８…分離表面
【図１Ａ】
2010500761.tif 000003
【図１Ｂ】
2010500761.tif 000004
【図１Ｃ】
2010500761.tif 000005
【図１Ｄ】
2010500761.tif 000006
【図１Ｅ】
2010500761.tif 000007
【図１Ｆ】
2010500761.tif 000008
【図１Ｇ】
2010500761.tif 000009
2010500761.tif 000010
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2010500761.tif 000015
【図４Ｃ】
2010500761.tif 000016
【図４Ｄ】
2010500761.tif 000017
【図４Ｅ】
2010500761.tif 000018
【図４Ｆ】
2010500761.tif 000019
【図４Ｇ】
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2010500761.tif 000021
【国際調査報告】
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