(57)【要約】 【課題】  基板と基板との間の接合界面上におけるエッジボイドタイプの欠陥の発生及びブリスタタイプの欠陥の発生が抑制可能な２枚の基板を接合する方法を提供する。【解決手段】  本発明は、２枚の基板のそれぞれの表面が互いに接触されている間に２枚の基板を接合する方法であって、２枚の基板のそれぞれの表面が互いに接触される前に、接合される２枚の基板の一方及び／又は他方の表面を洗浄する洗浄ステップを少なくとも１つ備え、洗浄ステップが、洗浄された表面の各々がそれほど粗化されないように行われ、接合前に、接合される２枚の基板の少なくとも一方を加熱する加熱ステップが更に行われ、加熱ステップは、２枚の基板のそれぞれの表面が互いに接触される前に開始され、少なくとも２枚の基板のそれぞれの表面が互いに接触されるまで継続されることを特徴とする、方法を提供する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の基板のそれぞれの表面が互いに接触されている間に前記２枚の基板を接合する方法であって、
前記２枚の基板のそれぞれの前記表面が互いに接触される前に、接合される前記２枚の基板の一方及び／又は他方の前記表面を洗浄する洗浄ステップを少なくとも１つ備え、
前記洗浄ステップは、洗浄された前記表面の各々がそれほど粗化されないように行われ、
接合前に、接合される前記２枚の基板の少なくとも一方を加熱する加熱ステップが更に行われ、前記加熱ステップは、前記２枚の基板のそれぞれの前記表面が互いに接触される前に開始され、少なくとも前記２枚の基板のそれぞれの前記表面が互いに接触されるまで継続されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記加熱ステップが、前記２枚の基板の間における接合波の伝搬の終了時には遅くとも終了することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
接合される前記２枚の基板の一方及び／又は他方の前記表面を洗浄する洗浄ステップは、エッチング工程を含み、該エッチング工程が、エッチングされた前記表面の粗さの０〜２０％の増加をもたらすことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
接合される前記２枚の基板の一方及び／又は他方を洗浄する洗浄ステップが、１５オングストローム未満の厚さをエッチングするエッチング工程を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記洗浄ステップが、６５℃未満の温度のバスで行わ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】
前記洗浄ステップが、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスで行わ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】
前記洗浄ステップが、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスと、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスとを順に用いて行わ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】
前記洗浄ステップが、オゾンバスと、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスと、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスとを順に用いて行われることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記洗浄ステップが、硫酸及び過酸化水素水のバスと、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスと、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスとを順に用いて行わ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１０】
前記洗浄ステップが、ドライオゾンと、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスと、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスとを順に用いて行わ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１１】
プラズマによる活性化ステップを更に備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記プラズマによる活性化ステップが、前記洗浄ステップの後であって、接合される前記２枚の基板の一方及び／又は他方を接合する接合ステップの前に行われ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】
前記プラズマが、Ｏ２及び／又はＮ２に基づくことを特徴とする、請求項１１及び１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記プラズマが、接合される前記２枚の基板の一方及び／又は他方の粗さの低減をもたらすことを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースの前記バスの温度が、６５℃未満であることを特徴とする、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースの前記バスが、
典型的には１／２〜６／６、好ましくは１／２〜３／４のＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２の質量パーセンテージ用量を有しており、
５℃〜６０℃の温度、好ましくは４０℃〜５５℃の温度であり、
数分間、好ましくは３分間適用される、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースの前記バスが、
０．３％〜２％のＨＣｌの質量パーセンテージ用量を有し、
０．３％〜２％のＨ２Ｏ２の質量パーセンテージ用量を有し、
３０℃の温度であり、
数分間、好ましくは３分間適用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１８】
前記加熱ステップが、接合される前記２枚の基板の少なくとも一方の周辺領域で局所的に行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記加熱ステップが、接合される前記２枚の基板の少なくとも一方の全体に均一に行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記加熱ステップが、３５℃〜９０℃の温度、典型的には４５℃〜７０℃の温度で行われることを特徴とする、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記加熱ステップが、熱伝導によって行われることを特徴とする、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記加熱ステップが、放射によって行われることを特徴とする、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
ドナー基板から第２の基板上に転写された半導体材料の薄層を備える構造を形成する方法であって、
２つの原子種を前記ドナー基板に同時注入し、転写される前記薄層を画定する脆弱領域を生成するステップであって、前記原子種の各々が、いわゆる「ピーク」深度で最大濃度を有するステップと、
前記ドナー基板及び前記第２の基板のそれぞれの前記表面が互いに近接される前に、前記ドナー基板及び前記第２の基板の一方及び／又は他方の前記表面を洗浄するステップと、
前記第２の基板を前記ドナー基板と接触させ、前記ドナー基板及び前記第２の基板を互いに接合するステップと、
前記ドナー基板の一部を前記第２の基板に転写し、前記第２の基板上に前記薄層を形成するステップと、
を備え、
前記２つの原子種は、該２つの原子種のピークが、前記ドナー基板の厚さにおいて２００Å未満のオフセットを有するように注入され、
請求項１〜１０及び１５〜２２のいずれか一項に記載の方法で前記ドナー基板及び前記第２の基板が互いに接合されることを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記２つの原子種の前記ピークが、前記ドナー基板において同じ深度で整列されることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記２つの原子種が、水素及びヘリウムであることを特徴とする、請求項２３又は２４に記載の方法。
【請求項２６】
１４５０Åの酸化層で覆われたシリコンの前記ドナー基板における前記水素の注入エネルギーは、注入された前記水素の前記ピークが前記ドナー基板において２４５０Åの深度にあるように３２ｋｅＶに選択され、前記ヘリウムの注入エネルギーが４７〜５０ｋｅＶであることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ヘリウムの前記注入エネルギーが、４９ｋｅＶであることを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロニクス用、光学用又はマイクロエレクトロニクス用の複合構造の製造に関する。より正確には、本発明は、２枚の基板を互いに接合するための方法に関する。また、本発明は、ドナー基板から作られた半導体材料の一つの層を備える構造を形成する方法に関し、該ドナー基板自体は、２枚の基板を接合して形成する。
【背景技術】
【０００２】
２枚の基板を互いに接合するために、第１の基板は典型的に、基板の分子の相互接着によって接合を行うように、第２の基板と接触される。このような接合の一つの用途は、「半導体・オン・インシュレーター」型（ＳｅＯＩ）の構造、特に「シリコン・オン・インシュレーター」型（ＳＯＩ）の構造を製造する目的で実行されるものである。本用途では、接合される基板のうちの少なくとも一方が表面酸化層を有しており、ＳＯＩ構造を形成するために、例えば、Ｓｉ／ＳｉＯ２接合又はＳｉＯ２／ＳｉＯ２接合が典型的に実行される。
【０００３】
分子接着による接合は、（接合剤や糊などの）接着材を適用することなく、（「ミラー研磨された」）完全に平らな表面を有する２枚の基板を相互に接着させるための技術である。問題となる表面は、電気的に絶縁性材料（例えば、石英、ガラス）や半導体材料（例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓ，ＳｉＣ，Ｇｅ）から形成される基板の表面である。接合は典型的に、接触されている一方又は両方の基板上に局所的に微小圧力を印加することによって開始される。次に、接合波（ｂｏｎｄｉｎｇ  ｗａｖｅ）を数秒間、基板の全体に伝搬させ、２枚の基板を原子スケールで互いに結合させる。
【０００４】
室温で得られる接合エネルギーは一般的に、共有結合的（ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ）、イオン的（ｉｏｎｉｃａｌｌｙ）又は金属的に（ｍｅｔａｌｌｉｃａｌｌｙ）接続された２つの個体の間に観察される接合エネルギーと比べてかなり小さい。２枚の基板が互いに十分な接合（ｂｏｎｄｉｎｇ）を得るために、接合される表面の一方及び／又は他方は典型的に、接合前に準備される。この目的は、機械的強度を増大させること及び／又は接合界面の品質を向上させることである。
【０００５】
このような準備は典型的に、接合される基板の表面の、洗浄と称される化学処置を含む。洗浄は、以下の特性のうちの１つ以上を、接合される表面にもたらすことを特に意図している。
・粒子がないこと、
・炭化水素がないこと、
・金属汚染物質がないこと、
・表面粗さが小さいこと、典型的には５Åｒｍｓ未満、
・疎水性が大きいこと、すなわち、接合される表面を終端する（ｔｅｒｍｉｎａｔｉｎｇ）シラノール結合（Ｓｉ−ＯＨ接合）の密度が高いこと。
【０００６】
接合前洗浄の例として以下のことを挙げることができる。
・ＲＣＡタイプ、すなわち、粒子及び炭化水素を除去するように設計され、且つ水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を含むＳＣ１バス（「スタンダードクリーン１」）と、金属汚染物質を除去するように設計され、且つ塩酸（ＨＣｌ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を含むＳＣ２バス（「スタンダードクリーン２」）との組み合わせによる洗浄、
・有機汚染物質を除去するように設計され、且つオゾン溶液（Ｏ３）を用いる洗浄、
・硫酸及び過酸化水素水の混合物（「ペルオキソ硫酸混合物」（ＳＰＭ））を含有する溶液を用いる洗浄。
【０００７】
種々の洗浄パラメータ（特にバスの温度）のコントロールによって、接合構造の接合界面における何らかの欠陥の発生を防止することができる。これらの誘導される欠陥は、例えば、基板と基板との間の接合界面でのブリスタ（ｂｌｉｓｔｅｒ）である。
【０００８】
別の種類の欠陥は更に、ドナー基板の薄層のハンドル基板への転写中に観察されることもある。Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）タイプの方法はこのような転写の有利な例である（Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）タイプの方法に関して、当業者は例えば、「Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｗａｆｅｒ  ｂｏｎｄｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ＶＬＳＩ  ａｎｄ  ＭＥＭＳ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｓ．Ｓ．Ｉｙｅｒ  ａｎｄ  Ａ．Ｊ．Ａｕｂｅｒｔｏｎ−Ｈｅｒｖｅ，ＩＥＥ，２００２を参照してもよい）。このような場合、ハンドル基板の周辺領域に位置したホールが、転写された薄層において実際に観察されることがある。５０μｍ〜２ｍｍの直径を有すると共に構造の縁部から０．５〜５ｍｍにあるこれらの未転写領域は「エッジボイド（ｅｄｇｅ  ｖｏｉｄ）」と称される。
【０００９】
図１は、エッジボイドがあるＳＯＩの断面図を概略的に示している。ハンドル基板に転写された層は、典型的に５０μｍ〜２ｍｍの直径を有すると共に構造の縁部から１〜５ｍｍに位置するホールを有する。従って、エッジボイドは、縁部における基板の不良接合と関連した巨視的欠陥である。エッジボイドは重大であり、決定的な欠陥である。これは、エッジボイドの位置には電子要素（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を形成するためのアクティブ層として機能する薄層がないので、この位置には如何なる要素も製作できないからである。エッジボイドのサイズを考慮すると、少なくとも１つのエッジボイドを備える電子要素は必然的に欠陥がある。
【００１０】
「ブリスタ」タイプの欠陥は、転写された薄層とハンドル基板との間の局所的不接合に相当する。例えば、Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）方法で得られるＳＯＩの場合、酸化及び注入されたドナー基板に対するＳｉハンドル基板の接合は、転写後に得られた構造におけるブリスタの出現を招くことがある。これらのブリスタは、図２に概略的に示されているように、ハンドル基板と転写された薄層の酸化物との間の局所的不接合により生じる。この局所的不接合は、接触される一方及び／又は両方の基板の表面上の粒子、炭化水素の跡、又は表面の凹凸（局所的に高いミクロ粗さ）によって助長される。
【００１１】
Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）タイプの転写を目的として接合が実行される場合（簡潔にするために、以下このケースを「ＳＯＩ形成」と称することにする）、ドナー基板とハンドル基板と間の接合界面に形成されたブリスタは、このような転写に伴われる分離アニーリング中に膨張することがあり、このことは、転写後に得られた最終構造のワーキング層にダメージを与えることがある。
【００１２】
図２に概略的に示されているように、ＳＯＩ形成の範囲に関して、ブリスタは、構造の中央及び周辺にある場合もある。従って、ブリスタは、薄層の転写後に、典型的に０．１ｍｍ〜３ｍｍの直径を具備する円形の巨視的欠陥である。このような場合、ブリスタは、ＳＯＩにとって決定的な欠陥である。ブリスタタイプ及びエッジボイドタイプの欠陥は接合及び表面準備と関連していることが知られている。
【００１３】
より正確には、接合前の何らかの洗浄条件が以下のような接合を招くことが観察されている。
・接合界面におけるブリスタタイプの欠陥の発生が、特に、低濃度、かつ特に低温（典型的に、最高６５℃程度）のＳＣ１バスを使用することで防止される。
・転写後の接合界面におけるエッジボイドタイプの欠陥の発生が、特に、高温（典型的に、少なくとも７０度程度）のＳＣ１バスを使用することで防止される。このように、ブリスタタイプの欠陥を回避するための上記条件及びエッジボイドタイプの欠陥を回避するための上記条件は相反している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、多少のブリスタ及びエッジボイドが観察される接合界面を得るために、実際に洗浄による準備ステップは、（特に、接合前に洗浄が実行される温度に関して）妥協を見出すことを伴う。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、基板と基板との間における接合界面上にエッジボイドタイプの欠陥の発生及びブリスタタイプの欠陥の発生を防止するために、上記問題を克服すること、特に、洗浄条件（特に温度）を定義する際に妥協する必要性を取り除くことを提案している。
【００１６】
このために、本発明の第１の態様は、２枚の基板のそれぞれの表面が互いに接触されている間に２枚の基板を接合する方法であって、２枚の基板のそれぞれの表面が互いに接触される前に、接合される２枚の基板の一方及び／又は他方の表面を洗浄する洗浄ステップを少なくとも１つ備え、
洗浄ステップが、洗浄された表面の各々がそれほど粗化されないように行われ、
接合前に、接合される２枚の基板の少なくとも一方を加熱する加熱ステップが更に行われ、加熱ステップは、２枚の基板のそれぞれの表面が互いに接触される前に開始され、少なくとも２枚の基板のそれぞれの表面が互いに接触されるまで継続されることを特徴とする。
【００１７】
本方法の好ましくかつ非制限的な態様は以下のとおりである。
・加熱ステップは、２枚の基板の間における接合波の伝搬の終了時には遅くとも終了する。
・接合される２枚の基板の一方及び／又は他方の表面を洗浄する洗浄ステップは、エッチング工程を含み、該エッチング工程が、エッチングされた表面の粗さの０〜２０％の増加をもたらす。
・接合される２枚の基板の一方及び／又は他方を洗浄する洗浄ステップは、１５オングストローム未満の厚さをエッチングするエッチング工程を含む。
【００１８】
・洗浄ステップは、６５℃未満の温度のバスで行われる。
・洗浄ステップは、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスを用いて、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスと、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスとを順に用いて、オゾンバスと、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスと、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスとを順に用いて、又は硫酸及び過酸化水素水のバスと、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスと、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスとを順に用いて行われる。
・洗浄ステップは、ドライオゾンと、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスと、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスとを順に用いて行われる。
【００１９】
・上記２枚の基板を接合する方法は、プラズマによる活性化ステップを備えるとすることができ、プラズマによる活性化ステップは、洗浄ステップの後であって、接合される２枚の基板の一方及び／又は他方を接合する接合ステップの前に行われる。
・プラズマは、Ｏ２及び／又はＮ２に基づく。
・プラズマは、接合される２枚の基板の一方及び／又は他方の粗さの低減をもたらす。
【００２０】
・ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスの温度は、６５℃未満である。
・ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスは、
典型的に１／２〜６／６、好ましくは１／２〜３／４の質量パーセンテージ用量のＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２を有しており、
５℃〜６０℃の温度、好ましくは４０℃〜５５℃の温度であり、
数分間、好ましくは３分間適用される。
・ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースのバスは、
０．３％〜２％の質量パーセンテージ用量のＨＣｌを有しており、
０．３％〜２％の質量パーセンテージ用量のＨ２Ｏ２を有しており、
３０℃の温度であり、
数分間、好ましくは３分間適用される。
【００２１】
・接合ステップ前に、加熱ステップは、接合される２枚の基板の少なくとも一方の周辺領域で局所的に又は接合される２枚の基板の少なくとも一方の全体に均一に行われ、且つ３５℃〜９０℃の温度、典型的には４５℃〜７０℃の温度で行われる。更に、加熱ステップでは、該加熱が熱伝導や放射によって行われる。
【００２２】
本発明はまた、ドナー基板から第２の基板上に転写された半導体材料の薄層を備える構造を形成する方法であって、
２つの原子種を前記ドナー基板に同時注入し、転写される薄層を画定する脆弱領域を生成するステップであって、原子種の各々が、いわゆる「ピーク」深度で最大濃度を有するステップと、
ドナー基板及び第２の基板のそれぞれの表面が互いに近接される前に、ドナー基板及び第２の基板の一方及び／又は他方の表面を洗浄するステップと、
第２の基板をドナー基板と接触させ、ドナー基板及び第２の基板を互いに接合するステップと、
ドナー基板の一部を第２の基板に転写し、第２の基板上に薄層を形成するステップと、
を備え、
２つの原子種は、該２つの原子種のピークが、ドナー基板の厚さにおいて２００Å未満のオフセットを有するように注入され、上述の方法でドナー基板及び第２の基板が互いに接合されることを特徴とする。
【００２３】
水素及びヘリウムが有利である該２つの原子種の該ピークは、好ましくはドナー基板において同じ深度で整列される。具体的な実施形態によると、１４５０Åの酸化層で覆われたシリコンのドナー基板における水素の注入エネルギーは、注入された水素のピークがドナー基板において２４５０Åの深度にあるように３２ｋｅＶに選択され、ヘリウムの注入エネルギーは４７〜５０ｋｅＶ、好ましくは４９ｋｅＶである。本発明の他の特徴及び利点は更に、例示的かつ非制限的にすぎず、かつ添付の図面を参照して読まれるべき以下の説明にも見られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】エッジボイドがあるＳＯＩの断面図を概略的に示す図である。
【図２】ブリスタを概略的に示す図である。
【図３】ＳＣ１バスの温度の関数としてブリスタ（実線）及びエッジボイド（破線）の発生を示している図である。
【図４】その（ａ）は、接合が構造の中央から開始される場合の接合波の伝搬を示している図であり、エッジボイドの可能性が予測される周辺領域は点で表されている。その（ｂ）は、接合が構造の縁部から開始される場合の接合波の伝搬を示している図であり、エッジボイドの可能性が予測される周辺領域は点で表されている。
【図５】エッジボイドが、この基板の下部で開始された接合ゆえにこの部分で予測される場合の、基板の上部における１５秒の局所加熱後の直径３００ｍｍのシリコン基板上の温度マップを示している図である。
【図６】水素ピークによってオフセット及び整列されたヘリウムピークを図示している。
【図７】３つの比較される方法オプションに対する「密集領域」タイプ欠陥の分布を表す図である。
【図８】その（ａ）は、所定の注入条件及び洗浄の条件の下で典型的に２５枚の重畳されたウェーハで観察された欠陥マップの重なりによる密集領域の有無を示している図である。その（ｂ）は、所定の注入条件及び洗浄の条件の下で典型的に２５枚の重畳されたウェーハで観察された欠陥マップの重なりによる密集領域の有無を示している図である。その（ｃ）は、所定の注入条件及び洗浄条件の下で典型的に２５枚の重畳されたウェーハで観察された欠陥マップの重なりによる密集領域の有無を示している図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
上記のように、本発明は、２枚の基板を互いに接合するための方法に関する。本発明は、上述したように、ブリスタ及びエッジボイドの発生に関連した妥協を取り除くことを特に意図している。本出願人は、ブリスタタイプの欠陥の発生は、接合される表面を洗浄するために使用されるバスのパラメータを変更することで低減可能であることを認識している。しかしながら、上記のように、ブリスタの低減に適う洗浄条件は、転写時のエッジボイドの発生を増大させる傾向がある。従って、目下知られている実践は、（特に）温度の関数として、及びブリスタ及びエッジボイドの許容数の関数として洗浄条件を定義する際に妥協することを一般的に伴う。
【００２６】
図３は、このような妥協の原理を概略的に図示しており、ブリスタ（実線）の発生及びエッジボイド（破線）の発生がＳＣ１バスの温度の関数として表されている。従って、
・ＳＣ１バスによる高温の洗浄は、洗浄中の基板の表面のエッチング又は粗化をもたらし、エッジボイドを回避することはできるが、ブリスタの発生を助長することになる。
・ＳＣ１バスによる、典型的に６５℃未満の低温の洗浄は、洗浄中の基板の表面のごくわずかな粗化及び極めて微小のエッチング（１５オングストローム未満、典型的に５〜１０Åの除去）をもたらし、ブリスタを回避することはできるが、エッジボイドの発生を助長することになる。
【００２７】
エッジボイドがない状態を管理する仕様はより厳しくなっている点に注目すべきである。本出願人は、基板の表面の洗浄中にブリスタが発生することを防止する一方で、この洗浄中にエッジボイドの発生可能性と関連した事柄を克服するための条件を選択することを提案している。従って、このような洗浄条件は、低レベルのエッチングゆえに、洗浄によっては「本質的に」不変の粗さ及び厚さを有する洗浄済み表面を生成するはずである。接合される基板の一方及び／又は他方の低レベルの劣化は典型的に、低温、典型的には６５℃未満でＳＣ１バスによって得られる点が想起される。
【００２８】
より一般的には、洗浄後に、各洗浄済み表面が、洗浄によっても不変の、あるいは最悪の場合でも洗浄ステップ前の値に対して２０％増加の粗さを有するように洗浄ステップを実行できる限り、任意の種類の洗浄が用いられてもよい。このために、粗さは、１０×１０μｍ２の表面全体でＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって測定される。その後、粗さは洗浄の前後の粗さを比較することによって評価されるものとすることができる。更に、洗浄による粗化は、これがもたらすエッチングと関連している。従って、１５オングストローム未満、典型的に５〜１０Åのエッチングをもたらす任意のタイプの洗浄を用いることが適切である。接合される基板の一方及び／又は他方の表面を劣化させないことの効果は、ブリスタの発生を制限することである。
【００２９】
更に、エッジボイドの発生は、接合される基板の一方及び／又は他方の加熱によって基板の接合をコントロールすること（接合波の伝搬スピードをコントロールすること）によって防止される。本出願人は、接合される基板の一方及び／又は他方を加熱して接合波の伝搬速度を制御することでエッジボイドの発生を低減させる方法を開発した。具体的には、接合波の伝搬速度は、一方で親水性の性質によって、他方では接合される基板の表面の低粗さによって影響されると思われる。しがって、ブリスタの発生及びエッジボイドの発生は独立してコントロール可能であると思われる。従って、本発明は、一方では、接合される基板の一方及び／又は他方を洗浄し、洗浄後に、接合される基板の洗浄済み表面がそれほど粗化されないようすること（ブリスタの発生を防止するための条件を提案している。
【００３０】
「それほど粗化されない」という用語は、粗化の増加の制限を表している点に注目すべきである。より正確には、これは典型的に、洗浄済み表面の粗化の０〜２０％の増加に相当する。それほど粗化されない表面を得るために、洗浄は、１５オングストローム未満の厚さのエッチング工程を含んでもよい。また、実行された洗浄は複数のステップを備えてもよい。想定されるすべての場合において、各洗浄済み表面は、洗浄後に「それほど粗化されない」。
【００３１】
接合前に、接合される少なくとも１枚の基板の洗浄を実行することがさらに提案される。また、その洗浄は、基板の表面同士が接触させられる前に開始され、かつ、これらが実際に接触させられるまで継続される。
【００３２】
加熱は、２枚の基板間の接合波の伝搬の終了時には遅くとも終了する点に注目すべきである。加熱は、基板の一方及び／又は他方の表面全体に必ずしも適用される必要はないが、これらの特定領域に制限されてもよい点に注目すべきである。従って、加熱は、有利には、基板の特定表面に、特に、エッジボイドタイプの欠陥が生じやすい周辺領域に限定されるものとすることができる。
【００３３】
接合される基板の一方及び／又は他方の洗浄は、複数のバスを組み合わせることによって実行されてもよい。洗浄ステップ時に使用されるバスは、接合される基板の一方及び／又は他方の表面の粗さの０〜２０％の増加、及び１５オングストローム未満のエッチング厚さをもたらす。６５℃未満の温度で実行される洗浄は、このような結果をもたらす洗浄である。好ましくは、用いられている洗浄はＳＣ１バス（ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏベースの混合物）を備えている。ＳＣ１バスは特に、かなり低い濃度で、数分間（典型的に３分）５℃〜６０℃（典型的に４０℃〜５５℃）の温度で使用されてもよい。ＳＣ１バスにおける（質量パーセンテージで表された）ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２の濃度は、典型的に１／２〜６／６である。この質量パーセント用量は好ましくは１／２又は３／４に等しい。
【００３４】
ＳＣ１バスを使用するこのような洗浄は、このようなＳＯＩを形成するのに必要なイオン注入によって弱められた熱酸化物から、典型的に約５〜１５オングストロームのエッチングをもたらす。好適には、特に有機汚染物質を除去するために、オゾンバス、ＳＰＭ（Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２ベースの混合物）又はドライオゾン（ＵＶ／Ｏ３雰囲気）ベースの洗浄がＳＣ１バスに先行するとすることができる。
【００３５】
また、好適には、約３分間、低温（典型的に３０℃）かつ（質量パーセンテージで表された）低濃度、典型的に０．３〜２％のＨＣｌ及び０．３〜２％のＨ２Ｏ２（残りは水）が使用されたＳＣ２バスがＳＣ１バスに続くとすることができる。このようなＳＣ２を使用すると、接合される基板の親水性を劣化させることなく金属汚染物質の大部分を除去することができ、開始されたとき、接合波の伝搬に好適である。
【００３６】
更に、このように洗浄された、接合される基板の一方及び／又は他方は、好ましくはＯ２プラズマ及び／又はＨ２プラズマが用いられたプラズマ活性化処置が施されたものとすることができる。プラズマ活性化ステップはまた、平坦化効果を伴うドライ洗浄ステップとみなされることもあるため、追加洗浄ステップに相当する点に注目すべきである。この使用は、接合される基板の一方及び／又は他方の表面条件の向上をもたらす。プラズマ活性化を洗浄ステップとみなすことによって、結果的に、「洗浄」は一連のステップであるとみなされるとすることができる。本発明によると、接合される表面の粗さ制約を満たさなければならないものは、全体として洗浄ステップである。このプラズマ活性化処置は好ましくは、有機汚染物質を除去するためにＳＣ１バスの前に実行されてもよいが、洗浄と接合自体との間に実行されることが好適であることに注目すべきである。
【００３７】
接合される基板の一方及び／又は他方を加熱する場合、エッジボイドを排除可能な温度範囲は３５℃〜９０℃であり、典型的には４５℃〜７０℃に拡張する。この温度範囲は、接合エネルギーの低減を犠牲にして温度が大幅に上昇されるべきではないということによって決定された点に注目すべきである。具体的には、基板が極めて高い温度で接合される場合、この接合は効果的ではない。場合によっては、接合は不可能な場合さえもある。これは、実際には接合剤や糊の適用なしで接合が実行されるからである。接合剤として作用し、又はバン・デル・ワールス力によって２つの表面を接着させるのは、接触させられた表面の各々に吸収された水（少量の単分子層の水）である。
【００３８】
従って、基板がかなりの高温に加熱されると、吸収された水の大部分（あるいはこのすべて）が蒸発させられてしまい、接合を不可能にしてしまう。すなわち、接合波は、接合される基板の一方及び／又は他方の表面全体に正しく伝搬することができない。加熱について、他の欠陥（例えば、薄層の転写後のブリスタ）の発生を伴うこともある接合エネルギーを低減しないように、エッジボイドの排除を可能にする最低温度を使用することが適切である。好適には、接合される２枚の基板の一方及び／又は他方の表面全体を加熱することは便宜的ではない。これらの一方のみを加熱することは可能である。
【００３９】
更に、エッジボイドが生じ得る領域のみを加熱することも可能である。例えば、（円形の）２枚の基板の接合が縁部から開始されると、このポイントの正反対の縁部のみを加熱することが可能である。従って、エッジボイドの発生に関する重大な領域が、残りの接合に影響を与えることなく加熱されるため、接合される基板の表面の残りの部分全体にわたって接合波の伝搬が促進される。
【００４０】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、２枚の基板の接合が中央から開始された場合（図４（ａ）を参照）の接合波の伝搬、及び縁部から開始された場合（図４（ｂ）を参照）の接合波の伝搬を図示している。一方又は両方の基板の局所的加熱又は一方又は両方の全体的加熱は、例えば（例えば、この熱を伝送するサポートとの接触による）熱伝導によって、又は放射（例えば、加熱される１つ又は複数の基板の全部又は一部を照射するハロゲンランプ）によって実行されるとすることができる。特に、エッジボイドが生じ得る領域は、この領域で表面が接合されるまで、所望の温度にとどまるべきである。
【００４１】
加熱時間は、加熱領域の温度を上昇させて、かつ加熱領域の温度をコントロールするために使用されるデバイスに大きく左右される。例えば、５００ワットの電力を送出するハロゲンランプを使用する場合、典型的な加熱時間は１５秒〜９０秒である（この時間範囲は、基板とランプとの間の距離に大きく左右される）。例えば１５秒間の加熱の後、接合が基板の縁部から開始された場合、反対側の縁部の最高温度は約５０℃であることが好適である。例えば、同じ条件で５０秒間の加熱の後、基板の一方及び／又は他方で測定される最高温度は７０℃に近い値に達する。
【００４２】
図５は、基板の下部で開始された接合ゆえに、エッジボイドが基板の上部に予測される場合の、１５秒の局所的加熱後の、直径３００ｍｍのシリコン基板の温度マップを示している。本発明の方法によって、ＳＯＩの形成に関してより良好な品質の接合を行うことができる。Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）技術の場合、従って、この方法によると、エッジボイド及びブリスタを同時に回避することができ（しばしば重大な巨視的欠陥）、得られた構造の歩留まり及び品質の増大をもたらす。
【００４３】
ブリスタ及びエッジボイドの実質的排除は、特に、ブリスタの発生を助長する条件、すなわち高用量の水素が注入される場合（Ｈのみ）や、例えばヘリウム及び水素を同時注入する場合に関する。具体的には、Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）方法によると、原子種又はイオン種をドナー基板の厚さに注入することによる接合前に脆弱領域（ｗｅａｋｎｅｓｓ  ｚｏｎｅ）が形成されることになり、また、第２の基板に薄層を転写するために、ドナー基板の分離は、接合後に、脆弱領域で実行されることになる。
【００４４】
従来、ヘリウム及び水素は、これら２つの種の注入ピークをオフセットしつつ、同時注入される。これは、水素を注入すると、このピークが、実質的に分離平面の深度にあるために、ブリスタに関する良好な結果が得られるのに対して、ヘリウムが注入されると、このピークは、ドナー基板の厚さよりもわずかに深いことが示されているからである。本明細書全体を通して、ピークは、注入された種の濃度が最大になる深度として定義される。
【００４５】
オフセットという用語は、ドナー基板内における深度の差を意味するものである。図６を参照すると、ｚ軸は、ドナー基板の表面で深度方向に直交しており、原点は注入側の基板の表面にある。ピーク間のオフセットは二重矢印Ｄで表されている。実際、ヘリウム及び水素の原子が、同一深度で整列されたピークで同時注入される場合に、接合界面における相当のブリスタ形成が観察される。反対に、ヘリウム注入ピークが、ドナー基板の深度において水素注入ピークに対してオフセットされた場合、ブリスタの形成が回避されることが観察される。この問題は、米国特許出願第２００６／００６０９４３号に説明されている。
【００４６】
本明細書における最終的粗さという用語は、脆弱領域における分離後のＳＯＩウェーハの「密集領域（ｄｅｎｓｅ  ｚｏｎｅ）」の有無を意味するものである。密集領域は、開放されていないが拡張されている浅型欠陥（ｓｈａｌｌｏｗ  ｄｅｆｅｃｔ）を備えている。これは、密集領域ＺＤが矢印で示されている図８（ａ）〜図８（ｃ）に見られるように、ウェーハの表面全体には現れないが、分離開始領域に限定されている。
【００４７】
密集領域は、特に、３０×３０μｍ２又は４０×４０μｍ２のサイズのフィールド上を走査するＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって明らかになる「低周波数」粗さを誘導する。また、この欠陥密度はＳｕｒｆｓｃａｎタイプの機器によって実行される「ヘイズ」測定によって測定されるとすることができる。密集領域を評価するためのＳｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ２装置の検査閾値の典型的に値は、９０ｎｍである。密集領域の粗さは、一方で、ウェーハの検査閾値を制限するが、他方で、表面品質の劣化を意味する。従って、このタイプの欠陥の形成を制限することが望ましい。
【００４８】
この点に関して、本出願人は、ドナー基板にたいしてヘリウム及び水素の同時注入を行い、ドナー基板の厚さにおいてヘリウムのピークが水素のピークに対してオフセットされている構造に、本発明に従った方法を適用した後、密集領域での測定を実行した。ＳＣ１バスによる低温での洗浄がブリスタの形成に対して好ましい効果を有するが、密集領域のサイズには好ましくない効果を有することが観察された。
【００４９】
反対に、本出願人は、ドナー基板の厚さにおいて水素の注入ピーク及びヘリウムの注入ピークを実質的に同じレベルに整列させ、かつ本発明に従って低温で洗浄することによって、ブリスタの形成が低減されることと、これによって密集領域もまた低減されることとを観察した。この部分について、エッジボイドの形成は、接合時の加熱によって制限される。実質的に同じ深度という用語は、２つのピークの同一深度、又は水素ピークとヘリウムピークとの間の２００Å未満の深度オフセットを意味するものである。従って、水素及びヘリウムのピークの整列と低温洗浄との組み合わせによって、ブリスタの形成の防止のみならず、最終的なＳＯＩにおける密集領域の欠陥密度の低減も可能になる。
【００５０】
特に、好適には、水素注入エネルギーが所望の注入深度の関数として選択され、所望の注入深度が結果として転写される薄層の厚さとなる。エネルギーは、当業者の許容範囲内で判断され、また注入される基板に左右される。そして、ヘリウム注入エネルギーは、水素のピークと整列されたヘリウムのピークを取得するように、あるいは水素のピークに対して２００Å未満のオフセットを有するように定まる。水素のピーク及びヘリウムのピークが異なる形状を有すること、すなわち水素のピーク（Ｈ）が比較的狭いのに対してヘリウム（Ｈｅ）のほうが広い点が、図６を参照してさらに指摘される。
【００５１】
例えば、図６を参照すると、水素及びヘリウムは、１４５０Åの酸化層で被覆されたシリコンドナー基板に同時注入され、水素エネルギーは、注入ピークが２４５０Åの深度になるように、３２ｋｅＶに選択される。従来技術のようにピークをオフセットするために、５２ｋｅＶ程度のヘリウム注入エネルギーが選択され、これは、ピーク間に５００Å程度のオフセットをもたらす。密集領域の欠陥密度は典型的に、直径３００ｍｍのスライス全体で２００超上の欠陥であるが、これらの欠陥は、９０ｎｍ閾値で測定される（図７のケースＢ）。ピークを整列させるために、ヘリウムの注入エネルギーは、４７〜５０ｋｅＶ、好ましくは４９ｋｅＶの値に低減される。密集領域の欠陥密度は、直径３００ｍｍのスライス全体で８０程度であり、依然として９０ｎｍ閾値で測定される（図７のケースＡ）。従来技術の方法、すなわち、６５℃、かつケースＢと同じピーク間オフセットでの洗浄と比較して、密集領域の欠陥密度は８０程度である（図７のケースＣ）。
【００５２】
これらの欠陥は図８（ａ）〜図８（ｃ）で観察可能である。図８（ａ）は、ピークが整列された水素及びヘリウムの同時注入（ヘリウムの注入エネルギーは４９ｋｅＶである）と、ＳＣ１バスにおける５５℃での接合前洗浄とを行ったＳＯＩウェーハでの密集領域ＺＤの有無を示している。図８（ｂ）は、ピークがオフセットされた水素及びヘリウムの同時注入（ヘリウム注入エネルギーは５２ｋｅＶである）と、ＳＣ１バスにおける５５℃での接合前洗浄とを行ったウェーハでの密集領域ＺＤを図示している。この密集領域は、先行のケースよりもかなり拡張されている。図８（ｃ）は、ピークがオフセットされた水素及びヘリウムの同時注入（ヘリウム注入エネルギーは５２ｋｅＶである）と、ＳＣ１バスにおける６５℃での接合前洗浄とを行った密集領域を図示している。
【００５３】
これらの図面は、水素の注入ピーク及びヘリウムの注入ピークの整列によって、密集領域の欠陥密度が実質的に低減可能であることを示しており、そのとき、接合前洗浄においてＳＣ１の温度を低下させる場合に劣化の補償が観察される。
【００５４】
次に、本発明に係る接合方法に戻ると、本方法の前段階（ｕｐｓｔｒｅａｍ）での基板の選別を回避可能であることが分かる。従来、選別は、具体的に、上記のように、エッジボイドが生じやすいこの位置で、接合される基板の縁部特徴に基づいて実行されてきた。この選別は、基板の大量の廃棄につながった。
【００５５】
更に、ＲＣＡ洗浄バスでの低温の使用は経済的な利点を有しており、これらの条件下では、バスを構成する化学生成物の蒸発がほとんどないために、バスの寿命は長くなってきている。このことは、溶液の濃度を経時的に安定させるので、添加される化学生成物の量を制限するという利点を表している。特に、これらの洗浄条件は、Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）方法（酸化後、熱処置後などの洗浄）に含まれる他の洗浄と極めて類似又は同一である。従って、産業的には、本方法の全ステップに対しては１つのバス、潜在的には１つの装置を使用すれば十分である。従って、洗浄を最適化することと、接合の時間及び温度のパラメータを修正することによって接合ステップに必要な適合をなすこととを想定可能である。
【００５６】
更に、本発明の方法は、接合前において低粗さの基板をもたらし、より強力な接合と、その後の安定化をより容易にする接合界面とを生み出す基板をもたらす。また、本発明に係る方法によって、接合される基板の一方及び／又は他方を洗浄する場合にＳＣ１バスの温度を変化させることによって得られるエッジボイド／ブリスタの妥協を取り除くことができる。従って、ブリスタの発生を最小化するための洗浄条件、及びエッジボイドを排除するための接合条件の独立調整が実行可能であるので、本方法のパラメータ調整の可能性は簡略化されることが分かる。
【００５７】
本発明の方法を使用して得られた結果は以下のとおりである。Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）によってＳＯＩを製造するためのＳｉと注入ＳｉＯ２との接合の場合、Ｓｉハンドル基板は洗浄に対して感度がより低い（エッチング及び／又は粗化がそれほど容易ではない）。１０×１０μｍ２の表面全体でＡＦＭによって測定されたこのようなハンドル基板の典型的な粗さは１オングストロームｒｍｓ以下である。ドナー基板は、例えば表面で酸化されたシリコンから構成され、且つヘリウム及び水素の同時注入によって注入されている。そのドナー基板に関する限り洗浄によってかなり容易に粗化及びエッチングされるが、それは、注入によって脆弱化されているからである。洗浄前に１．２〜１．４オングストロームｒｍｓ付近であるこの粗さは、温度７５℃のＳＣ１バスでのＲＣＡ洗浄後には約２オングストロームｒｍｓに達し、３０オングストロームのエッチングをもたらす。同じドナー基板に４０℃で同じ洗浄が行われると、反対に、この粗さは１．２〜１．４オングストロームｒｍｓの範囲で不変のままであり、対応するエッチングは５オングストローム付近である。従って、ブリスタの発生は、７５℃での同じ洗浄と比較して、４０℃の洗浄後は約４倍未満である。
【００５８】
ブリスタやエッジボイドのない構造を製造する例は以下のとおりである。
【００５９】
第１の実施例では、短期間の局所的加熱によるＳｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）方法によってＳＯＩが得られる。
・熱酸化と、それぞれ１×１０１６ａｔ／ｃｍ２程度及び１×１０１６ａｔ／ｃｍ２程度の濃度のヘリウム及び水素の同時注入
【００６０】
・洗浄
オゾンバスによって２枚の基板を洗浄して濯ぎ、
３分間４０℃のＳＣ１バスで洗浄して濯ぎ（３％のＮＨ４ＯＨ及び４％のＨ２Ｏ２の質量パーセンテージ用量であり、残りは水である）、
３分間３０℃のＳＣ２バスで洗浄して濯ぎ（０．７％のＨＣｌ及び０．５％のＨ２Ｏ２の質量パーセンテージ用量））、
乾燥させる。
【００６１】
・短期間の局所的加熱による接合
接合前に２枚の基板をブラッシングして濯ぎ、
遠心力によって乾燥させ、
接合ステーション上に、接合される基板を相互に対面するように配置させ、
基板を接触させてから、電力５００ワットのハロゲンランプで３６秒間局所的加熱を開始し、
局所的加熱の開始した２０秒後、局所的加熱中に接合を開始する。
・Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）方法でＳＯＩを分離
【００６２】
第２の例では、中期間の局所的加熱によるＳｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）方法によってＳＯＩが得られる。
・熱酸化と、７×１０１６ａｔ／ｃｍ２程度の高用量の水素注入
・洗浄
３分間５０℃のＳＣ１バスで洗浄して濯ぎ、
３分間３０℃のＳＣ２バスで洗浄して濯ぎ、
乾燥させる。
・純Ｏ２プラズマによるドナー基板の活性化
【００６３】
・中期間の局所的加熱による接合
ブラッシングして、接合前に、接合される基板を濯ぎ、
遠心力によって乾燥させ、
接合ステーション上に、接合される基板を相互に対面するように配置させ、
基板を接触させてから、電力５００ワットのハロゲンランプで５０秒間の局所的加熱を開始し、
局所的加熱の開始から３５秒後、局所的加熱中に接合を開始する。
・Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（商標）方法によってＳＯＩを分離させて、仕上げ
【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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【国際調査報告】
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2010518639.tif 000012
2010518639.tif 000013
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