(57)【要約】実施形態は、バルク基板からの材料の薄膜を形成するための粒子加速器のビームの使用に関する。ある実施形態では、上面を有するバルク基板（例えばドナー基板）は、加速された粒子ビームにさらされる。ある実施形態では、このバルク基板は、GaNを含んでもよい。他の実施形態では、このバルク基板は、Si、SiCの、または他の材料を含んでもよい。その後、材料の薄膜又はウェハは、ビームから注入された粒子によって形成された劈開領域に沿って、制御された劈開プロセスを実行することにより、バルク基板から分離される。ある実施形態では、この分離された材料は、光電子デバイスに、直接組み込まれており、例えば、GaNバルク材料から劈開されたGaN膜である。ある実施形態では、この分離された材料は、光電子デバイスのために有用である半導体材料（例えばGaN）のさらなる成長のためのテンプレートとして採用することができる。
2016511934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
GaNワークピースを提供する工程と、
前記GaNワークピースに劈開領域を形成するために、前記GaNワークピースの表面に、複数の粒子を導入する工程と、
基板に前記GaNワークピースの前記表面を接合する工程と、
前記GaNワークピースの残りから、分離時の厚さを有するGaNを劈開するためにエネルギーを適用する工程と、
前記分離時の厚さを有するGaNを支える前記基板を処理する工程と、を有する方法。
【請求項２】
前記基板は、前記GaNの熱膨張係数とほぼ等しい熱膨張係数を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記処理する工程は、研磨および／または、その他の表面加工を実行することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記その他の表面加工は、アニーリングを含む、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記その他の表面加工は、プラズマエッチングを含む、請求項3に記載の方法。
【請求項６】
前記その他の表面加工は、化学的エッチングを含む、請求項3に記載の方法。
【請求項７】
前記基板は、金属を備える、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記金属は、モリブデンを備える、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
前記金属は、タングステンを備える、請求項7に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板は、前記分離時の厚さを有するGaNと、引き続きエネルギーを適用される金属の間に位置される反射層をさらに備え、
および、発光ダイオードデバイスを生成するために、前記基板に処理を行う工程を備える、請求項7に記載の方法。
【請求項１１】
前記反射層は、導電性であり、および、
電気的に導電性である、銀、金、アルミニウム、誘電体層スタックを備える、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記GaNは、pタイプまたはnタイプにドープされる、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
前記GaNは、意図せずに、ドープされている、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
前記処理する工程は、研磨および／または、その他の表面加工を実行することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記その他の表面加工は、アニーリングを備える、請求項1に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板は、前記分離時の厚さを有するGaNの分離された厚さと引き続きエネルギーを適用される前記金属の間に位置される、電気的に絶縁している層を、さらに備え、および、電子デバイスを生成するために、前記基板に処理を行う工程を備える、請求項7に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板は、接合層をさらに備える、請求項7に記載の方法。
【請求項１８】
前記接合層は、熱圧着接合層を備え、前記接合は、熱圧着接合プロセスを備える、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記熱圧着接合層は、銅、アルミニウム、または、金を備える、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記接合は、プラズマ活性化接合（PAB）プロセスを備える、請求項7に記載の方法。
【請求項２１】
前記金属は、前記分離時の厚さを有するGaNを備えたデバイスに対して、熱的接触および電気的接触するように構成される、請求項7に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の粒子は、導入された水素を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記導入された水素は、約10から100keVの間のエネルギーにおいて、約5×1016から5×1017 atoms/cm2の線量で、注入する水素を備える、請求項22に記載の方法。
【請求項２４】
前記分離時の厚さを有するGaNは、約0.25μmの厚さを有する、請求項23に記載の方法。
【請求項２５】
基板を備える構造であって、
前記基板は、前記基板に接合している分離時の厚さを有するGaNの熱膨張係数とほぼ等しいである熱膨張係数を有する金属を備える基板、である構造。
【請求項２６】
前記金属は、前記分離時の厚さを有するGaNの熱膨張係数とほぼ等しい熱膨張係数を有する、請求項25に記載の構造。
【請求項２７】
前記金属は、モリブデンを備える、請求項25に記載の構造。
【請求項２８】
前記分離時の厚さを有するGaNは、約0.25μmの厚さを有する、請求項25に記載の構造。
【請求項２９】
前記基板は、前記分離時の厚さを有するGaNと前記金属の間に位置される反射層をさらに備える、請求項25に記載の構造。
【請求項３０】
前記基板は、前記分離時の厚さを有するGaNと前記金属の間に位置される、電気的に絶縁されている層をさらに備える、請求項25に記載の構造。
【請求項３１】
前記基板は、接合層をさらに備える、請求項25の構造。
【請求項３２】
前記基板は、バリア層をさらに備える、請求項25の構造。
【請求項３３】
GaNワークピースを提供する工程と、
前記GaNワークピースに劈開領域を形成するために、前記GaNワークピースの表面に、複数の粒子を導入する工程と、
絶縁基板に、前記GaNワークピースの表面を接合する工程と、
前記GaNワークピースの残りから、分離時の厚さを有するGaNを劈開するためにエネルギーを適用する工程と、
前記分離時の厚さを有するGaNを支える前記基板を処理する工程とを有する方法。
【請求項３４】
前記基板は、サファイアを備える、請求項33に記載の方法。
【請求項３５】
前記基板は、窒化アルミニウムを備える、請求項33に記載の方法。
【請求項３６】
前記接合する工程は、シリコン酸化膜および/または窒化アルミニウム膜を備える、請求項33に記載の方法。
【請求項３７】
前記シリコン酸化膜および/または窒化アルミニウム膜は、前記粒子を導入する工程に先立って適用される、請求項36に記載の方法。
【請求項３８】
前記適用された膜は、前記粒子を導入する工程に先立って、前記膜を高密度化するために、熱アニールを受ける、請求項37に記載の方法。
【請求項３９】
前記適用された膜は、接合力を向上するために、接合に先立って、エッチング工程を受ける、請求項37に記載の方法。
【請求項４０】
前記基板は、前記分離時の厚さを有するGaNと、引き続きエネルギーを適用される前記基板との間に位置される、反射層をさらに備え、および、発光ダイオードデバイスを生成するために、基板に処理を行う工程を備える、請求項33に記載の方法。
【請求項４１】
前記基板は、発光ダイオード用途で、光抽出を向上するために、光散乱接触面を含む、請求項40に記載の方法。
【請求項４２】
前記GaNは、pタイプまたはnタイプにドープされることを特徴とする請求項33に記載の方法。
【請求項４３】
前記GaNは、意図せずに、ドープされていることを特徴とする請求項33に記載の方法。
【請求項４４】
前記処理工程は、研磨および／または、その他の表面加工を実行することを備える、請求項33に記載の方法。
【請求項４５】
前記その他の表面加工は、アニーリングを含む、請求項44に記載の方法。
【請求項４６】
前記その他の表面加工は、プラズマエッチングを含む、請求項44に記載の方法。
【請求項４７】
前記その他の表面加工は、化学的エッチングを含む、請求項44に記載の方法。
【請求項４８】
注入されるターゲットを支えるために構成されるターゲットフォルダーと、
繰り返しのホールパターンを含む上部プレートと、
前記上部プレートは、筐体を形成するために、前記ターゲットホルダーとプラズマの間の側面空間によって位置されるように構成され、ここで、前記繰り返しのホールパターンのアスペクト比は、筐体内で、プラズマ密度を減少させる、を備える装置。
【請求項４９】
前記上部プレートの下にフィールドプレートをさらに備え、前記上部プレートおよび前記ターゲットホルダーに対して負にバイアスされる、請求項48に記載の装置。
【請求項５０】
前記ターゲットホルダーは、注入プロファイルを平均化するために、走査されるように構成されている、請求項48に記載の装置。
【請求項５１】
前記走査のパターンと関連して、前記繰り返しのホールパターンは、パターン化された注入プロファイルを発展させるために、構成される、請求項50に記載の装置。
【請求項５２】
前記上部プレートと前記ターゲットホルダーの少なくとも１つは、さらにブラインドホールを備える、請求項48に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、2013年1月16日出願された米国仮特許出願第61/753364の優先権を主張し、あらゆる目的のために、参照により、その全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明の実施形態は、一般的に、層転写技術を用いて基板を形成するための方法および構造を含む技術に関連する。ある実施形態は、加速器プロセスを採用し、発光ダイオード（LED）および半導体レーザのような光電子デバイスを含む様々な用途向けの半導体膜を製造している。しかし、本発明は、より広い範囲に適用できることが認識されており、それはまた、例えば、三次元パッケージングの集積型半導体デバイス、光子または光起電性デバイス、圧電性デバイス、フラットパネルディスプレイ、微小電気機械システム（「MEMS」）、ナノテクノロジー構造、センサ、アクチュエータ、集積回路、生物学および生物医学デバイスなどのための他のタイプの用途に適用することができる。
【０００３】
ある実施形態は、単結晶GaNまたは、SiCのインゴットなどバルク形態での材料から自立膜を劈開するための方法および装置を含んでもよい。このような自立膜は、LEDのような光電子デバイスを形成するためのテンプレートとして有用である。しかし、本発明の実施形態は、広い範囲に適用できることが認識されており、また、例えば、三次元パッケージングの集積型半導体デバイス、光デバイス、圧電性デバイス、フラットパネルディスプレイ、微小電気機械システム（「MEMS」）、ナノテクノロジー構造、センサ、アクチュエータ、集積回路、生物学的および生物医学デバイスなどのための他のタイプの用途に適用することができる。
【０００４】
半導体材料は、多くの用途があり、例えば、ロジックデバイス、太陽電池、および、徐々に増加している照明、の形成において用いられる。照明用に用いられる半導体デバイスのタイプの一つには、高輝度発光ダイオード（HB-LED）がある。従来の白熱灯または蛍光照明技術とは対照的に、消費電力の低減および信頼性の観点において、HB-LEDのものは、多くの利点がある。照明用に用いられる半導体デバイスの他のタイプは、レーザである。半導体原理に基づいて動作するレーザは、ディスプレイおよび他の用途での使用が増加しているようである。
【０００５】
このような光電子デバイスは、窒化ガリウム（GaN）等のIII/V族材料といった半導体特性を示す材料に依存する。GaNは、様々な程度の結晶秩序で利用可能である。しかしながら、これらの材料は、多くの場合、製造が困難である。
【０００６】
さらに、これらの半導体材料などの材料は、従来の製造中、「切り口の損失」と呼ばれる、材料損失を被る。ここで、ソーイングプロセスでは、成長したブールから当初材料の40％から最高で60％が排除されて、この材料がウェハ形状にダイシングされる。これは、光電子工学用途の高価な半導体材料を製造するという点では、非常に非効率的な方法である。
【０００７】
特に、電子デバイスの単結晶半導体材料を製造するため、従来技術では、概して、オリジナルの合成インゴットまたはブールから、半導体材料の薄い単結晶層を物理的に分離する。そのような従来の製造技術は、内周（ID）ソーイング技術である。
【０００８】
IDソーイング技術は、その内周に位置する刃を有する円形の鋸を採用している。インゴットは、鋸の中心を通って所望の厚さのウェハが鋸によって分け隔てられるまで押し出される。鋸を回転させて、次に、鋸を上昇または下降させて、刃がインゴットをスライスすることができる。IDソーイング方法は、多くの潜在的な欠点を提供している。
【０００９】
一つには、鋸がソーイング動作の応力に耐えるために十分に強く、最小の厚さのものでなければならないということである。しかし、この鋸の厚さ（切り口）に対応する材料の量は、この劈開によって失われる。インゴットを確実にソーイングするために使用することができる、最も薄い鋸刃を使用したとしても、切り口に対応して高価で、純粋な単結晶材料が損失し得る。例えば、典型的な鋸刃の切り口は、300μmの幅を有し、個々のスライスされたウェハは、わずか400から500μmの幅を有している。従来のウェハソーイング技術を用いると、相当高価で、純粋な、全インゴットの60％にもおよぶ当初材料が切り口損失する可能性がある。従来のIDソーイング技術における、別の欠点は、スライスの分離が一度に一回であることである。従って、処理量が制限され、コストが上昇する。
【００１０】
ソーイングの限られた処理量に対応して一部では、ワイヤソーイングの別の従来技術が開発されている。ワイヤソーイングでは、急速に動く平行ワイヤのネットワークが提供される。その後、インゴットの側面は、通常、油と研磨剤を含む環境で、動いているワイアに接し、ウェハを同時スライスして、複数のウェハをもたらす。IDソーイングを超える本技術の利点は、ブールの並列ソーイングが含まれていることである。有効であるが、従来のワイヤーソーイングにも欠点があり、特に、未だに存在する約50％というかなりの量の切り口損失は、ワイヤの太さおよび、油と研磨剤への基板の露出による汚染の可能性に起因するものである。
【００１１】
また、層転写は、固体照明デバイスにとって好ましい、多大な、熱的、電気的、および光学的特性を、成長基板内に組み込むことができる。複雑な後処理を必要とせず、そのような構造は、後続の製造ステップを排除し、それゆえ、性能を改善し、コストを下げる。
【００１２】
以上のことから、高品質、低コストの、適切な基板材料を形成するための技術が、強く望まれていることがわかる。半導体ベースの光電子デバイスを製造するためのコスト効果に優れ効率的な技術もまた、求められている。
【発明の概要】
【００１３】
実施形態は、バルク基板から材料の薄膜を形成するために、粒子加速器のビームを使用することに関するものである。特定の実施形態では、上面を有するバルク基板（例えばドナー基板）は、加速粒子ビームにさらされる。ある実施形態では、本バルク基板は、GaNを備えてもよく、他の実施形態では、本バルク基板は、Si、SiCまたは他の材料を備えてもよい。その後、材料の薄膜又はウェハは、ビームから注入された粒子によって形成された劈開領域に沿って、制御された劈開プロセスを実行することにより、バルク基板から分離される。ある実施形態では、この分離された材料（例えば、GaNバルク材料から劈開されたGaN膜）は、光電子デバイスに直接組み込まれる。ある実施形態では、この分離された材料は、光電子デバイスのために有用である半導体材料（例えばGaN）のさらなる成長のためのテンプレートとして採用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図1は、本発明の実施形態に係る、層転写プロセスを用いた方法を示す簡略化したプロセスフローである。
【００１５】
【図１Ａ】図1Aから1Dは、様々な実施形態に係る、制御された劈開のステップを示す。
【図１Ｂ】図1Aから1Dは、様々な実施形態に係る、制御された劈開のステップを示す。
【図１Ｃ】図1Aから1Dは、様々な実施形態に係る、制御された劈開のステップを示す。
【図１Ｄ】図1Aから1Dは、様々な実施形態に係る、制御された劈開のステップを示す。
【００１６】
【図２】図2は、別の実施形態を示す簡略化したプロセスフローである。
【００１７】
【図３Ａ】図3Aは、多層基板構造の実施形態を示す概略図である。
【００１８】
【図３Ｂ】図3Bは、HB-LEDの用途で使用するための多層基板構造の実施形態の詳細図である。
【００１９】
【図３Ｃ】図3Cは、GaN電子的用途で使用するための多層基板構造の実施形態の詳細図である。
【００２０】
【図３Ｄ】図3Dは、GaNとサファイアベースのエピタキシャル成長種材料との比較として、LED発光電力対電流をプロットしたものである。
【００２１】
【図３Ｅ】図3Eは、LED製造プロセスの各段階を示す概要を説明している。
【００２２】
【図４】図4は、ある実施形態に係る、光電子デバイスを形成するために採用される様々なステップを示す。
【００２３】
【図５】図5は、様々な層転写プロセスのあるステップを示す。
【図６】図6は、様々な層転写プロセスのあるステップを示す。
【図７】図7は、様々な層転写プロセスのあるステップを示す。
【図８】図8は、様々な層転写プロセスのあるステップを示す。
【図９】図9は、様々な層転写プロセスのあるステップを示す。
【図１０】図10は、様々な層転写プロセスのあるステップを示す。
【図１１】図11は、様々な層転写プロセスのあるステップを示す。
【００２４】
【図１２】図12から図22は、制御された劈開技術を示す簡略図である。
【図１３】図12から図22は、制御された劈開技術を示す簡略図である。
【図１４】図12から図22は、制御された劈開技術を示す簡略図である。
【図１５】図12から図22は、制御された劈開技術を示す簡略図である。
【図１６】図12から図22は、制御された劈開技術を示す簡略図である。
【図１７】図12から図22は、制御された劈開技術を示す簡略図である。
【図１８】図12から図22は、制御された劈開技術を示す簡略図である。
【図１９】図12から図22は、制御された劈開技術を示す簡略図である。
【図２０】図12から図22は、制御された劈開技術を示す簡略図である。
【図２１】図12から図22は、制御された劈開技術を示す簡略図である。
【図２２】図12から図22は、制御された劈開技術を示す簡略図である。
【００２５】
【図２３Ａ】図23Aは、ドナーウェハから材料の薄膜を分離するための流体または気体の高圧ジェットとして具現化された動的圧力を用いて制御された劈開技術を示す簡略図である。
【００２６】
【図２３Ｂ】図23Bは、本実施形態に係るドナーウェハから材料の薄膜を分離するための静的圧力を用いて制御された劈開技術を示す簡略図である。
【００２７】
【図２４】図24は、劈開面を形成するための追加の表面層を有する、半導体材料を含むドナー基板に、注入するエネルギー粒子の使用を示す簡略図である。
【００２８】
【図２５】図25から図29は、シリコン絶縁基板を形成する方法を示す断面図を簡略化している。
【図２６】図25から図29は、シリコン絶縁基板を形成する方法を示す断面図を簡略化している。
【図２７】図25から図29は、シリコン絶縁基板を形成する方法を示す断面図を簡略化している。
【図２８】図25から図29は、シリコン絶縁基板を形成する方法を示す断面図を簡略化している。
【図２９】図25から図29は、シリコン絶縁基板を形成する方法を示す断面図を簡略化している。
【００２９】
【図３０】図30と図31は、Double-Cantilevered Cleave（DCB）による機械的負荷が与えられ、劈開面エネルギーが計算され、その場所での劈開されてない構成と劈開されている構成をそれぞれ示す。
【図３１】図30と図31は、Double-Cantilevered Cleave（DCB）による機械的負荷が与えられ、劈開面エネルギーが計算され、その場所での劈開されてない構成と劈開されている構成をそれぞれ示す。
【００３０】
【図３２Ａ】図32Aは、PSS（パターン化サファイア基板）と同様の光抽出方法を可能にするために、サファイア基板上での集積パターンに対する、一連のプロセスの一実施形態を示す。
【００３１】
【図３２Ｂ】図32Bは、上部平坦化層が、導電性の凸部を含めることができる、一連のプロセスの一実施形態を示す。
【００３２】
【図３３】図33は、実施形態に係る、1つのプラズマ浸漬イオン注入（PIII）の構成の簡略図である。
【００３３】
【図３４】図34は、パルス電圧を有する図33の実施形態の簡略図を示す。
【００３４】
【図３５】図35は、PIIIドリフトモード構成の一実施形態の簡略図を示す。
【００３５】
【図３６】図36は、実施形態に係る最密充填ホールの構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の実施形態によれば、光電子用途に適した基板を形成する方法を含む技術が提供される。より具体的には、本発明に係る実施形態は、半導体材料からの材料の層を形成するための方法を提供する。特定の実施形態では、材料の層は、半導体基板内の劈開面を形成するために、複数の高エネルギー粒子を用いることによって提供される。本発明の実施形態による方法は、様々な用途に使用され、光電子デバイス、半導体デバイスパッケージング、光起電性電池、MEMSデバイス、およびその他を含むが、これらに限定されない。
【００３７】
本発明のある実施形態によれば、自立膜は、バルク材料から分離することができる。一実施形態では、単結晶GaNのような半導体材料の自立層は、10μmまたは、それより大きい厚さを有し、高エネルギー注入を利用してバルクインゴットから劈開することができる。この手法でインゴットを劈開すると、それ以外の、従来の刃による劈開プロセスで生じる、切り口として失われる半導体材料の量を、実質的に減少させることができる。劈開動作の効率を高めることに加えて、イオン線量および温度プロファイルなどのようなパラメータを管理することもまた重要であり、分離された材料への放射線損傷を、制限し、制御することができる。結果として生じた劈開された自立膜は、特に照明（例えばLEDまたはレーザデバイス）での使用に適合してもよい。
【００３８】
以下の開示の目的として、「自立膜」または「自立層」は、材料の膜として定義され、それは構造的完全性を維持することができる（すなわち、崩れたりバラバラではない）材料であり、操作基板または転写基板等の支持部材に接触することはない。一般的に、非常に薄い膜（例：約5から10μmよりも薄いGaN膜）を破損することなく扱うことはできない。従来、このような薄膜は、また、支持構造を用いて操作され、その支持構造は、当初の位置に薄膜を作成するために必要とされる。より厚い膜（すなわち、10から50μmの間の厚さを有するGaN膜）の取り扱いは、支持体を用いて容易になるが、そのような支持体は必須ではない。したがって、本発明の実施形態は、10μmより大きい厚さを有する自立膜の製造に関連している。また、以下の開示の目的として、用語「基板」および「タイル」は、区別しないで用いられる。
【００３９】
本発明に係る実施形態は、自立膜の形成に限定されるものではない。別の実施形態は、基板によって支持された膜の形成を含んでもよい。また、様々な用途に使用される膜が、プロセスの間、真に自立しているか、または、操作または転写基板で支持されているかどうかに関係なく、プロセス処理されたデバイスは、照明モジュールの不可欠な部分として最終的に用いるために金属基材などの機械的接触面に、通常実装されている。
【００４０】
また、以下の開示の目的のために、「バルク材料」とは、バルク形態で存在する材料のことをいう。そのようなバルク材料の例は、実質的に円形である単結晶GaNのインゴット又はブール（成長したものであって）、または、削られた側面を有する、成長した単結晶GaNインゴット、を含み、実質的に円形の断面形状以外を示す。更にバルク材料の他の例を以下に記載する。
【００４１】
特定の実施形態において、本方法は、逐次適用されてもよく、単一のインゴット（例：金属基材のような適切な基板上に実装されている、GaNブールまたはGaNの厚さ）から自立層の複数のスライスを劈開することができる。すなわち、この方法は、特定の実施形態に係る、スライスの連続的な劈開を繰り返すことができる。（焼いたパンからパンのスライスを劈開するのと同様である）。もちろん、他の変形、修正、あるいは代替も可能である。
【００４２】
図1は、実施形態に係る、プロセスフロー100の一例を示す。このプロセスフローの第一ステップ102では、インゴットなどバルク形態のGaNを含むドナー基板が提供される。この実施形態において、ドナー基板は、GaNを含むが、これは必須ではない。様々な実施形態によれば、ドナー基板は、シリコンウェハ、ゲルマニウムウェハ、シリコンゲルマニウム材料、炭化ケイ素支持材料、III/V族化合物、任意のこれらの組み合わせ、およびその他、などが挙げらる。
【００４３】
任意ステップ104では、GaNインゴットの表面は、例えば、インゴットが、前の層転写プロセスから再利用されている場合、研磨されてもよい。ステップ106では、GaNインゴットに、加速された粒子の注入を行い、劈開領域を形成する
ある実施形態では、この劈開領域は、バルク材料の表面の下、約10から20 umの間の深さに位置することができる。劈開領域の形成は、ターゲット材料、ターゲット材料の結晶方位、注入粒子（複数可）の性質、線量、エネルギー、注入温度、注入方向のような要素に依存する。このような注入は、以下でさらに詳細に議論され、そして、以下の特許出願に関連して詳細に記載される1つ以上の特性を共有してもよく、そのすべては、本明細書中にその全体が参考として援用される。米国特許出願第12/789361、米国特許出願番号12/730113、米国特許出願第11/935197、米国特許出願第11/936582、米国特許出願番号12/019886、米国特許出願番号12/244687、米国特許出願第11/685686、米国特許出願第11/784524、米国特許出願第11/852088。
【００４４】
任意の次のステップ108では、注入バルク材料の表面は、基板に接合され、それは、操作基板であってもよい。この接合は、事実上、一時的であってもよいし、恒久的であってもよい。この接合は、静電接合、プラズマ接合、表面の粗さより生じる原子間力に基づく接合、接着剤、またはその他を含む技術を用いるが、それに限らない。使用され、可能な接合技術の一例は、熱圧着接合である。可能な接合技術の別の例は、プラズマ活性化接合（PAB）である。
【００４５】
取り外し可能な接合は、1つまたはそれ以上の種々の技術を利用し、組み合わせて達成することができる。そのような技術は、（例えば、シリコン酸化物の）薄い介在層を用いることである。それは、後に、分離を行うために犠牲となる。取り外し可能な接合は、また、特定の粗さである型に基づいて成し遂げられてもよく、例えば、Cui et al.によって、「The Effect of Surface Roughness on Direct Wafer Bonding」, Journal of Applied Physics, Vol. 85, No. 10, pp. 7448-7454 (1999)で開示されている。それは、目的のためにその全体が本明細書に参考として援用される。
【００４６】
操作基板は、ガラス、石英、ポリマー、金属または金属合金、または他の複合材料、およびそのようなものであり得る。他の実施形態において、操作基板は均質の、等級別の、または多層の材料、またはこれらの任意の組み合わせとすることができる。つまり、操作基板は、ほぼ任意の、単結晶、多結晶、あるいはアモルファス型基板からなることができる。基板はSiCからなることができる。さらに、基板は、ガリウムヒ素、窒化ガリウム（GaN）、およびその他のIII/V族材料で作ることができる。さらに、操作基板は、金属または金属合金、シリコンカーバイド、ゲルマニウム、シリコン、ガラスまたは石英の組み合わせ、プラスチック、およびポリマーでありえる。
【００４７】
裏基板は、基板構造を操作するために剛性を追加するものとして設けられてもよい。好ましくは、裏基板は、ある厚さと材料を備え、それにより、少なくとも裏基板に構成される多層構造の、効果的な偏向特性を提供し、ドナー基板から操作基板の表面に転写されるように、GaN支持材料の厚さに適した基板を操作することができる。
単なる一例として、裏基板は、石英操作基板用のシリコンウェハとすることができる。他のタイプの材料およびある厚さ（プラスチック、金属、ガラス、石英、複合材料などの厚さ）は、組み合わされた裏基板および操作基板の構造に、剛性を提供するために、用いられる。もちろん、当業者は、他の変形、修正、および代替を認識するであろう。
【００４８】
次のステップ110で、バルク材料に注入された面の材料の厚さは、劈開領域を用いて、バルク材料から劈開される。MeV（メガボルト）域という比較的高いH+陽子注入エネルギーを用いる、ある実施形態において、約10から20umの間の厚さを有する半導体材料の分離層を生成する。接合される層転写を用いた他の実施形態では、0.05から1umである薄い、劈開された層を使用してもよい。これらの厚さのGaN劈開膜を製造するために、おおよそ5から180keVの範囲の、より低いH+陽子注入エネルギーを用いてもよい。例えば、40keVのH+陽子エネルギーは、約0.25umの厚さのGaN劈開膜を製造する。つまり、H2+は、この注入ステップのためにさらに利用されることが理解される。このようなケースでは、効果的なH+エネルギーが半減すると、線量率は2倍となるであろう。例えば、80keVのH2+注入は、40keVのH+注入と同じ分離層の厚さ（範囲）を有することができる。しかし、線量率は、同じ注入電流に対して、H+線量率の二倍となるであろう。
【００４９】
劈開は、種々の形態のエネルギーの適用を利用して行われてもよいし、上記の参照により組み込まれた特許出願のいずれかに開示された特徴のうちの1つ以上を示すことができる。ある実施形態では、この劈開は、注入バルク材料を含む高圧チャンバ内に、静的気体の形態で適用される圧縮力を利用して、行うことができる。様々な形態のエネルギーを適用することにより、ある実施形態に係る劈開を達成し、それは、また、本明細書に全ての目的のために参照により組み込まれる米国特許第6013563に記載されている。
【００５０】
以下の図面に関連し、以下、さらに詳細に説明しているように、劈開プロセスは、それ自体が一つ以上のステップを含んでもよい。図1Aから1Dは、ある実施形態に係る、制御された劈開プロセスを簡略化したものである。
【００５１】
図1Aは、劈開前の注入バルク材料102を示し、ある実施形態において、その注入バルク材料は、GaNであってもよい。劈開領域101は、表面103下の深さdである。
【００５２】
図1Bは、第一劈開ステップを示し、ここで、劈開開始領域105へのエネルギーを適用することにより、劈開の開始をもたらす。そのような劈開開始ステップの例としては、例えばレーザーからの、光子ビーム109の形態でのエネルギーの適用である。この供給されるエネルギーは、（図に）示されているように、劈開の開始を引き起こす。
【００５３】
図1Cは、第二劈開ステップを示しており、ここで、追加のエネルギー111を適用することにより、劈開領域における劈開の伝播をもたらす。劈開が継続的に伝播することにより、バルク材料における材料の厚さに縛られることはなくなる。
【００５４】
ある用途において、バルク材料が、光エネルギーの伝達に対して、かなりの透過率を示すことができることに留意されたい。したがって、入射光ビームから劈開開始領域にエネルギーを送るために、図1Dに示すように、入射光子を吸収する薄い上位層113が提供されてもよい。この層113による吸収により、熱が生成され、バルク材料を介して順に劈開開始領域へ送られる。この光吸収材料は、任意の材料とすることができ、ある実施形態では、SiCを含んでもよい。ある実施形態では、光吸収材料は、所望の劈開開始が生じた後に、取り除かれる。ある実施形態では、光吸収材料は、以下に記載される1つ以上の追加の処理ステップの間に保持されることができる。
【００５５】
上述のように、劈開を達成するために、入射光ビームの形態でのエネルギーの適用を説明したが、これは必ずしも必要ではない。別の実施形態では、劈開の目的に対して、他の形態のエネルギーを適用することができ、基板を、全体的にまたは部分的に加熱できるが、それに限定されない。それは、粒子の注入に関連する、熱ランプ、電子ビーム、あるいは、熱エネルギーにより、全体的または部分的に適用される。
【００５６】
図1に戻り、プロセスの次のステップ112において、基板上に劈開された材料の露出面は、任意の劈開プロセスに起因する凹凸を低減するために研磨される。研磨され、劈開された材料と、下地基板との組み合わせは、その後、光電子デバイスへのさらなる加工および組み込みのため、付加価値材料として転写される。
【００５７】
上記の説明は、研磨を利用した表面処理を参照しているが、これは全ての実施形態において必要とされるものではなく、代替として、他の表面加工の組み合わせでの研磨、又は研磨を含まない表面加工であっても、採用することができる。例えば、ある実施形態による表面処理は、アニールを含むことができる。特定の実施形態では、アニールは、例えば、AlNまたはSiO2を備えるオーバーレイキャップ層の存在で生じる。アニーリングは、炉内で実行することができる（例えば、典型的には、キャップ層が存在する場合）、またはMOCVDチャンバ内で実行することができる（例えば、キャップ層が存在しない場合）。
【００５８】
表面加工（例、研磨、アニーリング、および/またはキャップ層の形成を含む）は、エッチングプロセスを含んでいてもよい。エッチングプロセスの例には、プラズマエッチング、および／または化学エッチングを含むことができるが、それに限定されるものではない。化学的に支援されたイオンビームエッチング（CAIBE）は、化学エッチングのタイプの一例である。湿式化学エッチングは、化学エッチングの別の例である。
【００５９】
上記ステップの順序は、本発明のある実施形態による方法を提供する。他の代替も提供することができ、1つまたは複数のステップが追加されてもよく、1つまたは複数のステップが取り除かれてもよく、或いは、1つまたは複数のステップが異なる順序で提供されていてもよい。代替的な実施形態の例では、基板接合が、劈開の後になされ、自立膜に生じる劈開を伴って、順に基板に接合される。
【００６０】
図1の実施形態は、モノリシックな（一枚岩の）基板上でのバルク材料（ここではGaN）の劈開を示し、これは必須ではなく、他の実施形態では、多層基板上の劈開を含むことができる。例えば、図2は、他の実施形態に係るプロセスフロー200の例を示している。このプロセスフローの第一ステップ202では、GaNインゴットなどバルク形態の単結晶が提供される。このインゴットは、単結晶GaN（例：（1111））の典型的な結晶方位の一つを示してもよい。
【００６１】
次のステップ208は、表面研磨（204）および注入（206）のステップに続き、そのステップで、修正された追加材料は、一時的または恒久的に、多層基板209に接合されてもよい。ある実施形態において、この基板は、より多くの追加材料を生成する条件に整合している熱膨張係数（CTE）を有する材料を備えてもよい。特に、窒化ガリウム（αGaN）の線形熱膨張係数は、約5.5x10-6 K-1である。
【００６２】
GaNと互換性のあるCTEを有する材料の例としては、金属または金属合金を含むが、それに限定されるものではない。可能となる適切な金属は、モリブデンまたはタングステンを含んでもよく、金属合金の候補としては、銅モリブデン合金またはモリブデンタングステン合金のように、モリブデンを備えていてもよい。
【００６３】
図２のプロセスフローにおける、後続のステップは、図１にある同様のステップに対応しているが、（図１では、）多層を構成する基板が用いられることについて除かれている。
【００６４】
製品は、CTE整合金属基板上（例えば、モリブデン合金）に構築することができ、様々な層が組み込まれてもよい。エンドユーザまたはメーカにとって、所望の利益が達成される。HB-LED用途のための基本的な層構造は、図3Aに示される。
【００６５】
図3Bは、HB-LED用途に使用することができる多層基板の、ある１つの実施形態の拡大断面図を示す。使用することができる様々な層の例としては、バリア層、熱圧着接合層、ミラー層、およびGaNバッファデバイス成長層を含む。バリア層は、GaNデバイス層形成ステップ（複数も可）のような熱処理中の、汚染、相互混合および他の有害な影響から統合された膜を保護する層である。このような層は、AlN、HfN、TiB2、Pt、Ta、その他の周知のバリア層材料のものを含めることができる。カプセル化層として提供されている、他のそのような層は、望ましくは、多孔性および粗さなどの表面特性を向上させてもよい。例えば、（特定の用途に応じて研磨され、またはされない）ニッケル層は、モリブデン合金基板上に、カプセル化層として役割を果たしてもよく、良好な接合収率および一様な表面特性を提供できる。他のコーティング層は、ニッケル−金合金、ルテニウム、クロム、または、銀、を含むことができるが、これらに限定されない。
【００６６】
GaN層からデバイスを成長させるための、後続のステップ（例：GaNの有機金属化学的気相堆積成長法（MOCVD））は、2から3時間でほぼ1000度を生じることができる。したがって、適切に緩衝液および／またはバリア層を用いることは、所望の特徴である熱存続可能性を保証することができる。
【００６７】
全体として、その層は、設計されたGaN成長基板を形成し、HB-LEDデバイスメーカにとって、以下の可能な機能および潜在的な利点のうちの1つ以上を達成することができる。
【００６８】
一つの可能な利点は、格子不整合の減少である。具体的には、この利点は、ホモエピタキシャル成長のために、薄く、高品質なGaN層を用いることによって達成することができる。
【００６９】
別の可能な利点は、スレッド転位密度（TDD）／欠陥の発生率が低い。実施形態によれば、これらの欠陥は、薄く、高品質なGaN層を用いて、自立GaNレベルか、それ以下に減少させることができる。
【００７０】
さらに別の可能な利点は、CTE不整合の減少である。エピタキシャル成長温度でGaN層と整合するように設計されたCTE整合金属基板（例えば、モリブデン合金）を用いることにより、CTE不整合層誘起応力、亀裂または欠陥を排除することができる。
【００７１】
さらに別の可能な利点は、高い導電性と熱伝導性の実現である。金属基板と熱伝導性および導電性のある内部層を用いることにより、成長基板を、最終的に垂直LED構造におけるHB-LEDパッケージ／照明器具用の実装基板として使用することができる。高い熱伝導性および導電性は、より高い外部量子効率（EQE）、より高いウォールプラグ効率（WPE）を可能にし、レーザリフトオフなどのバックエンド製造ステップを排除することができる。サファイアと比較すると、提案された実施形態は、デバイスをリフトオフおよび接合することなく、垂直なLED接触構造を可能にし、おおよそ10倍の高い熱伝導率を可能にする。ある実施形態において、マルチスタック基板の、所望の熱伝導率は、5-30 W/cm2-Kを超えてもよく、マルチスタック基板の電気抵抗値（導電率に関係する）は、1x10-4 Ohm-cm2より小さくてもよい。
【００７２】
実施形態は、向上した光効率において、可能な利点を提供することができる。特に、GaN成長膜下に内部反射層を統合することにより、最終的なHB-LEDパッケージ内の基板として使用できるようになり、ミラー層の成長とリフトオフ／接合のステップなどの、バックエンド製造ステップを更に削減できる。これは、図3Dに関連して一般的に示されている。反射層は、銀、金、アルミニウムなどの金属を含むことができる。薄い銀層の使用は、例えば、400から500nmのスペクトル範囲内で、75％を超える反射率を支え、高い外部量子効率を達成するための望ましい特徴であり得る。
【００７３】
反射層は、誘電体層のスタックを備えることができる。このような誘電体層スタックは、反射特性を有する導電力と釣り合うように、導電性を有してもよい。所望の特性を示す誘電体層スタックを形成するために、制御されるパラメータの例は、スタック内の層数、スタック内の層の厚さ、スタックに含まれる特定の材料、および／または、ドーパント（複数可）の存在、を含むことができるが、それに限定されない。
【００７４】
さらに別の可能な利点としては、より小さなデバイスサイズの使用が可能であるということである。以下に議論されるように、実施形態は、低いドループを（図3Dを参照）を提供することができ、効率的なデバイスは、より高い電流密度で操作される。10倍までの又はそれ以上のデバイスが基板上で作成でき、エピタキシャルおよびパッケージコストは、実質的に低下できる。
【００７５】
実施形態は、また、GaN系電子機器に採用されてもよい。このような実施形態において、層は熱伝導性を変更でき、GaNデバイス層の下の介在層と電気的に絶縁される。ある実施形態では、LEDの実施形態（例えば図3A）の統合ミラー層は、薄い（例：20から50um）絶縁層に置き換えられ、それにより、良好なGaN系電子デバイスの動作が可能となるだけでなく、良好な熱によるヒート熱転写も可能となる。図3Cは、このタイプの構成である基板構造の一例を示す。このような介在層は、良好な熱伝導率および高い電気抵抗率を有する材料であってもよい。所望の性能および目標コストに応じて、AlN（窒化アルミニウム）およびサファイアなどの材料が適切でありえる。
【００７６】
層転写技術の一つの鍵となる用途は、HB-LED用の自立GaNウェハと機能的に等価な基板を製造すること、および、半導体レーザデバイスの製造でありえる。
可能となる商業的利点は自立GaNを用いることで成し遂げられたが、それは、(1)より良好なHB-LED性能（lumens/wattで、100％以上まで）、（2）エピタキシャルデバイス層製造の低コスト（等級別バッファを取り除くことにより、30から50％より少ないエピタキシャル成長チャンバ時間に起因する）、を含むが、それに限定されない。
また、より効率的なデバイスは、競争力のある差別化だけでなく、パッケージングの大幅な節約を提供している。
【００７７】
デバイス製造において従来の自立GaN基板を用いることは、現在コストおよびサイズの制限（現在、例：2"と4"直径）によって限定されている。
これらの両方の制限は、水素化物気相エピタキシー（HVPE）またはアンモノサーマル（超臨界アンモニア／鉱化中のGaまたはGaN）成長の手法によりGaN結晶を製造するという、本発明の方法に、根本的に、および、強く関わっていると考えられる。
【００７８】
HVPEとアンモノサーマル成長方法は遅く、高価である。より高品質のGaNは、HVPEアンモノサーマル成長（遅くなることがある）を使用して、通常、一時間に100から200ミクロン未満を必要とするが、幾分良好な結晶品質を有している。
【００７９】
従来法でGaNバルク結晶が成長する場合には、転位などの欠陥は、一般的に、縁部終端から結晶外に自生する。このため、結晶径は転位減少の割合と強い関連性があり、それゆえHVPEおよびアンモノサーマル成長法は、一般に、高品質のGaNを製造するため、小さな結晶径に制限されている。市販のバルクまたは自立GaN (FS-GaN) 2”基板上での、最大の欠陥レベルは、約104-106欠陥(defects)/cm2である。
【００８０】
これらの基板の製造において、ゆっくりした成長速度とワイアソー（鋸）を用いる場合、FS-GaN系の価格は、現在、1500から3000ドル（2”ウェハ）と4000から8000ドル（4”ウェハ）となっている。これらの基板が高コストであるため、その使用は、R＆D（高電子移動度トランジスタ（HEMT）および光電子）ならびに青／UVレーザダイオードの製造に限定されている。
【００８１】
HB-LEDデバイスの性能は、「ドループ効果」を取り除くことにより、これらの高品質な基板を用いて、100％にまで改善することが示されているが、その高いコストと、小さいウェハ直径という制限のために、その使用は不可能である。
図3Dは、サファイア基板上GaNとFS-GaN上に作られた同等のデバイスにおける駆動電流の関数として、試験的発光電力の差を示している。
成長媒質として高品質のGaNを用いることにより、デバイスの「ドループ」（電流増加に伴って低下する輝度効率）を低減又は排除され、より高いlumen/Wの効率を達成し、面積電力消費を制御するために、デバイスの面積を増大させる寄生デバイス特性を低減又は排除する。発光電力の先細りまたはドループにより、サファイア基板ベースのデバイスに対して、約100-120 lumens/wattへ効率は制限されるが、FS-GaN基板HB-LEDデバイスは、200 lumens/watt より大きい値がもたらされることが示されている。
【００８２】
この低いドループは、電流密度を増加させる能力に変換され、それによって、実施形態の高品質のGaN材料を用い、基板上に形成されたHB-LEDデバイスのサイズを次第に10倍も縮小することに繋がるだろう。
【００８３】
上に示したように、実施形態は、数多くの分野でのHB-LED産業に利益をもたらし、それは、コスト、パッケージング、および信頼性を含むが、それに限定されない。これらについて、図3Eに示す。
【００８４】
図4は、本発明の、ある実施形態に係る光電子デバイスを形成するために採用される様々なステップを示すチャート400である。
１．表面領域および厚さを有する半導体基板を提供する工程（402）
２．必要に応じて、表面領域上に追加の材料の層を形成する工程（404）
３．半導体基板の表面領域（その上に形成された任意の追加の材料を含む）に、粒子加速器を使用して生成された第一の複数の高速粒子に暴露して、ある厚さで表面領域から分離された劈開領域を形成する工程。（406）
４．任意の追加の材料を含む、表面領域と劈開領域との間の半導体基板をある厚さで分離する工程（408）
５．必要に応じて、分離時の材料の厚さを修正する工程（410)
６．必要に応じて、基板（CTE整合基板であってもよい）に、分離時の分離厚を有する材料または追加材料のいずれかを、取り外し可能に、または、恒久的に、接着する工程（412）
７．分離時の分離厚を有する材料または残りの追加材料の表面を研磨する工程（414）
８．必要に応じて、既存の追加材料を厚くする工程（416）、または追加材料を形成する工程
９．必要に応じて、分離時の分離厚を有する材料または追加材料から基板を解放する工程（418）
10．所望の他のステップを実行する工程。
【００８５】
上記の一連のステップは、本発明の、ある実施形態に係る方法を提供する。本明細書の特許請求の範囲から逸脱することなく、他の選択肢も提供することができ、ステップが追加されていてもよく、1つまたは複数のステップが取り除かれてもよく、あるいは1つまたは複数の異なる順序で提供されてもよい。
【００８６】
例えば、ワークピース中の、ある深さにおいて劈開領域を形成するために、追加の層を通って、粒子が注入されることについて上記で説明しているが、これは必須ではない。代替的な実施形態によれば、加速された粒子は、追加材料と、下層であるワークピースとの間の接触面、またはその付近に劈開領域を形成するために計算された方法（例えば、エネルギー）で、追加の層に向けられる。
この接触面、またはその付近での領域に、注入された粒子があるということにより、接触面に近接して配置された劈開領域で劈開を開始および/または伝播するのに必要なエネルギーであり、適用されるエネルギーの量を最終的に低減できる。
【００８７】
そして、上記の説明は、多層構造を形成するために、単結晶GaNを含むワークピース上に追加の材料を形成することに焦点を合わせたが、これもまた必須ではない。代替的な実施形態によれば、追加の材料は、ワークピースに存在することもできる。そのような追加の材料の一例は、単結晶SiC、（111）シリコン、単結晶および金属膜、であり、その材料は、GaNヘテロエピタキシャル成長のためのシード層として役割を果たすことができる。
【００８８】
さらに、ワークピースおよび追加の層の両方の材料を選択することにより、追加の層により得られた応力／歪みの特徴が決定されるという役割を果たしていることに留意されたい。例えば、ワークピース／追加の層の選択により、それらの間の熱膨張係数での相対的不整合を決定してもよく、温度範囲にわたって、追加の層に生じる応力／歪みの極性および大きさの両方に順に貢献できる。上記の観点で、ワークピース、および／または追加層の材料は、慎重に選択され、それは、様々な処理ステップで、追加の層内にある応力／歪みの所望の層を達成できる。
【００８９】
図5-11は、本発明の実施形態に係る層転写プロセスを用いて基板または自立層を形成する方法を示す簡略図である。これらの図は、単に例であり、それは、本明細書に記載の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者は、多くの変形、修正、および代替を認識するであろう。
【００９０】
以下に示すように、この方法は、表面領域501、背面503、厚さ504を有する、バルク形態500で、半導体基板または半導体材料を提供することによって開始される。このような厚さは、インゴットの全体、またはより大きいインゴットまたはそのようなものから、スライスしたものであってもよい。具体的には、厚さ504は、その元の形態（例えば、インゴット、ブール、タイル、またはプレートの全体のような）でのバルク材料の全体のものを表してもよい。または、元の形態から離れて、（例えば、元のインゴット、ブール、タイル、またはプレートをソーイングまたはスライスすることによって）以前のバルク材料の厚さを表してもよい。特定の実施形態では、半導体基板またはバルク材料は、単結晶シリコンウェハまたはインゴット、ポリシリコン鋳造（キャスト）ウェハ、タイル、または基板、シリコンゲルマニウムウェハ、ゲルマニウムウェハ、III/V族、II/V族材料の基板、窒化ガリウム、などがある。基板またはバルク材料は、光子材料とすることができる。
このドナー材料は、バルク形態で提供されることができ、または基板アセンブリであってもよく、支持体材料および層が、半導体基板に取り付けられることができ、それによって、テンプレート成長基板の製造中に、所望の機械的な、処理および取り扱いの特性を提供できる。上面層は、汚染と関連する注入プロセスから、バルク材料を保護するための一時的または恒久的なバリア層のように存在することができ、または、接着層（例えば、金属または酸化物層に対する）として、後続のプロセスでの機能の役割を果たす層として存在することもできる。特定の実施形態では、二酸化ケイ素またはAlN層は、スパッタリングまたはPECVDを介して適用され、必要に応じて、注入ステップに先立って、高密度化される。膜または膜スタックが適用される場合、それは、選択されたエネルギーでの注入により、所望の劈開の深さに、バルク中を浸透できるように、全体の厚さを制限してもよい。もちろん、他の変形、修正、あるいは代替することも可能である。
【００９１】
図6を参照すると、この方法は、第一の複数の高エネルギー粒子601が、半導体基板またはバルク材料の表面領域に与えられる工程を含む。
特定の実施形態によれば、高エネルギー粒子601は、粒子加速器を用いて生成することができる。ここで、加速器は、線形加速器、プラズマ浸漬イオン注入ツール、イオンシャワーのいずれかであってもよい。適当な条件の下では、質量選択または非質量選択の注入技術を用いることができる。
【００９２】
図7の概略図に示すように、特定の実施形態では、粒子は、劈開領域701内に、複数のゲッタリング部位、または蓄積領域の形成を引き起こし、それは、（いくつかの実施形態においては自立層として）分離されるバルク材料705の厚さを定めるために、表面領域の下に提供される。第一の複数の高エネルギー粒子は、半導体基板の深さの中に、空間的に配置された、ピーク濃度および分布を有する注入プロファイルを提供してもよい。分布は、約2μmおよびそれ未満の幅を有し、注入濃度プロファイルのこの深さのばらつきは、長手方向散在と呼ばれる。GaNへの2MeV水素注入の場合、注入の深さは25μm程度であり、散在は約0.7μmである。
【００９３】
ある実施形態では、劈開領域は、第一温度に維持され、直接的または間接的に提供されることができる。すなわち、温度は、特定の実施形態に係る、対流、伝導、放射、またはこれらの技術の組み合わせによって提供することができる。
さらに、高エネルギー粒子ビームは、また、外部温度源と組み合わせて、熱エネルギーの一部を提供することができ、それにより、所望の注入温度を達成できる。ある実施形態において、高エネルギー粒子ビームは、それだけで、注入用に所望された全熱エネルギーを提供できる。すなわち、高エネルギー粒子ビームは、熱エネルギーに変換されるエネルギーを直接引き起こすことができ、それにより、基板またはバルク材料の温度を上昇させる。もちろん、他の変形、修正、あるいは代替することも可能である。
【００９４】
用途に応じて、特定の実施形態では、一般的に、材料の所望の深さに注入するエネルギーの必要量を減少でき、好ましい実施形態に係る、材料領域への損傷の可能性を低減できるようにより小さい質量粒子が選択される。つまり、より小さい質量粒子は、より簡単に、基板材料を通って移動でき、粒子が横断する材料領域を実質的に損傷することなく、深さを選択できる。例えば、より小さい質量粒子（またはエネルギー粒子）は、ほとんどどのようにでも帯電でき（例えば、正または負）、およびまたは中性原子または分子、あるいは電子などであってもよい。特定の実施形態において、粒子は、中性または荷電粒子であることができ、それは、この実施形態では、イオン（水素とその同位体のイオンの種類）、希ガスイオン（ヘリウムおよび同位体と、ネオン、またはその他の種類）を含むことができる。粒子はまた、気体、例えば、水素気体、水蒸気、メタン、および水素化合物、および他の軽い原子質量粒子のような化合物から生成されることができる。あるいは、粒子は、上記の粒子、およびまたはイオンおよびまたは分子の種類およびまたは原子の種類の任意の組み合わせとすることができる。粒子は、一般に、表面の下の選択された深さまで表面を通り抜けるのに十分な運動エネルギーを持っている。
【００９５】
例えば、例としてGaN表面に注入される種類として水素を用い、注入プロセスは、特定の条件セットを用いて行われる。水素の注入線量は、約5X1016から5X1017atoms/cm2の範囲であり、水素の注入線量は、約2X1017 atoms/cm2より小さいことが好ましく、約5X1016 atoms/cm2未満であってもよい。光電子用途に有用な厚い膜の形成における注入エネルギーは、約0.5MeV以上から、約2MeVの範囲である。ある接合基板の実施形態では、注入エネルギーは、例えば5-180 keVのように、500keVより低い値であってもよい。注入温度は、摂氏約-50度から摂氏約+500度の範囲であり、摂氏約100-500度の間であってもよい。注入GaN材料から水素イオンが拡散するのを防止するために摂氏約700度未満であることが好ましい。もちろん、使われるイオンのタイプおよび処理条件は用途に依存する。
【００９６】
より高い注入エネルギーに対して、再利用可能な基板内の劈開面を最大の範囲にするために、実質的に純粋な陽子を注入（例えば、正または負に帯電した）することを含むことが特に有用である。例として、GaNを用いる場合、注入エネルギー範囲は、HB-LEDまたはGaN電力電子部品用途のテンプレート形成の場合、非常に大きく、数keVから広がっており、数MeV（切り口の無い自立ウェハ出発材料として使用されるための厚さが数十ミクロンと測定される基板に生じるエネルギーである）にまで達する。ここで、後続のエピタキシャル成長は、GaNデバイス構造を製造するために必要とされている）。注入エネルギー関数において、注入の深さの一般的な範囲は、例えばSRIM 2013(Stopping Range In Matter）またはモンテカルロシミュレーションプログラム（http://www.srim.org/）を使用して計算することができる。特定の実施形態では、GaN膜の厚さは、約5keVから約180 keVの陽子注入エネルギー範囲を用いて、約0.05マイクロメートルから約1マイクロメートルの範囲である。他の実施形態ではGaN膜は、約10マイクロメートルから約70マイクロメートルの厚さを有する自立GaN層であってもよい。もちろん、他の変形、修正、あるいは代替することも可能である。
【００９７】
本文章にある、用語「分離」または「転写されたGaNの厚さ」は、以下を意味する。注入されたイオン範囲によって形成されたGaN膜の厚さは、自立基板としての最終的な使用のため、自立状態へ解放されることができ、恒久的な基板または一時的な基板へ解放され、または、基板上に恒久的に実装される、ことを意味する。ある実施形態では、GaN材料は、十分に厚く、支持体として機能する基板の取り扱い又は転写は自由である。もちろん、膜の取り扱いおよび処理する特定のプロセスは、特定プロセスおよび用途に依存する。
【００９８】
ここで図8を参照すると、本発明の実施の形態は、必要に応じて、半導体基板またはバルク材料に熱処理プロセス803を実行することができ、さらに劈開領域内に複数のゲッタリング部位をさらに形成できる。つまり、熱処理プロセスは、その場所に、第一の複数粒子を固定801するために、劈開領域をアニールし、および／または冷却する。熱処理により、固定された欠陥網が与えられ、後続の粒子の注入または蓄積／拡散プロセスにより、粒子のゲッタリングおよび蓄積するための効率的な部位として作用することになる。
【００９９】
特定の理論またはメカニズムに縛られることなく、特定の実施形態では、温度上昇により、恒久的に欠陥網が引き起こされ、粒子の第一大多数から水素の大部分を捕捉することができる、と考えられる。実質的に恒久的である欠陥層は、後続の注入および／または拡散プロセスにより、粒子の効率的な収集および捕捉のための部位が提供され、それは、本明細書を通じて、より詳細に、以下に説明される。
【０１００】
一実施形態によれば、任意の熱処理は伝導、対流、放射、またはこれらの技術の任意の組み合わせを使用して生じることができる。粒子ビームは、所望の注入温度を達成するために、熱エネルギーの一部と外部温度源と組み合わせて提供することができる。ある実施形態において、粒子ビームは、注入に対して、所望の熱エネルギーの全体を、単体で提供することができる。もちろん、他の変形、修正、あるいは代替することも可能である。
【０１０１】
特定の実施形態は、半導体基板またはバルク材料の表面領域に、第二の複数の高エネルギー粒子が与えられる工程を含んでもよく、図9の概略図に示されるように、
それは、線形加速器、または、PIIIシステムのような、他の加速されたイオン注入装置、を用いて生成される。次に示されるように、その方法は、第二の複数の高エネルギー粒子905が半導体基板またはバルク材料に提供される工程を含む。第二粒子は、劈開領域907内に導入され、それにより、劈開領域の応力レベルは、第一応力レベルから、第二の複数の高速粒子から生じる第二応力レベルに増加する。特定の実施形態では、第二応力レベルは、後続の劈開プロセスに適している。特定の実施形態では、半導体基板またはバルク材料は、第一の温度より高い第二温度901に維持される。
【０１０２】
一例としては、第二注入ステップにおいて、バルク単結晶GaN材料に注入される種類として水素を使用し、注入プロセスは、特定の条件セットを用いて実行される。注入線量は、約5X1016から約5X1017atoms/cm2の範囲であり、線量は、約1X1017atoms/cm2より少ないことが好ましい。注入エネルギーは、より厚い膜を形成するため、約5keVおよびより大きい範囲から約0.5 MeVおよびより大きい範囲までである。注入線量率は、約500マイクロアンペアから約100ミリアンペアまでで提供することができ、全線量率は、拡大されたビーム領域にわたって注入率を積分することによって計算できる。注入温度は、摂氏約−50温度から摂氏約700度の範囲であり、摂氏約500度以下であることが好ましい。ある実施形態では、温度および線量は、水素分子の効率的な捕捉を可能にするように、選択される。単原子水素の一部が拡散してもよい。もちろん、使われるイオンのタイプおよび処理条件は用途に依存する。
【０１０３】
より高い注入エネルギーに対して、再利用可能な基板内の劈開面の範囲を最大になるように、実質的に純粋な陽子（例えば、正または負に帯電した）を注入することが有用である。例としてGaNを用い、注入のエネルギー範囲は、HB-LEDまたはGaN電力電子部品用途のテンプレート形成の場合、大きく、数KeVから広がっており、数MeV（切り口の無い自立ウェハ出発材料として使用されるための厚さが、数十ミクロンと測定される基板に生じるエネルギーである）にまで達する。（ここで、後続のエピタキシャル成長はGaNデバイス構造を製造するために必要とされている）
注入エネルギーの関数として、注入の深さの一般的な範囲は、例えばSRIM 2013 (Stopping Range In Matter)またはモンテカルロシミュレーションプログラム（http://www.srim.org/）を使用して計算することができる。ある実施形態では、GaN膜の厚さは、約5keVから約180 keVの陽子注入エネルギー範囲を使用して、約0.05マイクロメートルから約1マイクロメートルの範囲である。ある実施形態ではGaN膜は、約10マイクロメートルから約70マイクロメートルの厚さを有する自立GaN層であってもよい。もちろん、他の変形、修正、あるいは代替することも可能である。
【０１０４】
効果的に、注入された粒子は、選択された深さにおいて、基板またはバルク材料の上面に平行な面に沿って、応力を増し、破壊エネルギーを低減させる。
エネルギーは、注入の種類および条件に、部分的に依存する。これらの粒子は、選択された深さで、基板またはバルク材料の破壊エネルギーレベルを低下させる。これにより、選択された深さで、注入面に沿って、劈開を制御することができる。注入は、内部箇所全てにおける、基板またはバルク材料のエネルギー状態が不十分であり、基板またはバルク材料に非可逆破壊（すなわち、分離や劈開）が開始されない条件下で、生じることができる。しかしながら、注入は、一般的に、基板またはバルク材料中のある程度の欠陥（例えば微小欠陥）を引き起こすことに留意されたい。それは、概して、少なくとも一部分であり、後続のヒート熱処理、例えば熱アニーリングまたは急速熱アニーリングによって修復することができる。
【０１０５】
選択質量での高エネルギーの注入手法は、適切なビーム強度を有するものであり、それは、より厚く劈開されるバルク材料を製造するために用いられる。費用対効果のために、注入ビーム電流は、H+またはH-イオンビームであり、数十ミリアンペアのオーダーの電流であるべきである。システムが十分に高いエネルギーを注入できる場合、H2+イオンは、より高い線量率を達成するために、有効に用いることができる。本発明の実施形態のために有用なイオン注入装置は、Ion Beam Applications SA(Belgium) 入手できるDYNAMITRON陽子加速器のような、DC静電粒子加速器を用いることにより、最近利用できるようになった。使用できるDC静電加速器の他の形態は、バンデグラフまたはタンデムバンデグラフ加速器のタイプを含む。
【０１０６】
本発明の実施形態に従って使用するのに適した粒子加速器のさらに別の形態は、サイクロトロンまたはRF線形加速器（RFライナック）などの無線周波数（RF）粒子加速器を含んでもよい。可能な粒子加速器のタイプの例としては、無線四重極線形加速器（RFQ-リニアック）または、ドリフトチューブ線形加速器（DTL）、または、RF（無線）-集束インターデジット(RFI）技術が含まれる。
これらは、California, Linac Systems, LLC of Albuquerque, NM 87109にある、Accsys Technology Inc.のような会社およびその他の会社から入手可能である。
【０１０７】
ある実施形態では、これらの手法は、抽出された陽子ビームに対してRF加速器を使用し、約20-100keVから0.5-7MeVまたはそれ以上の範囲から、陽子ビームの全エネルギーを増加できる。出力ビームは、通常、直径数ミリメートルのオーダーであり、この用途で使用するには、１辺がメートルまたはそれ以上で数百ミリメートルのオーダーへ拡大したビームの使用が必要となり、ターゲット表面に対する過熱または損傷があまりにも大きく、且つその可能性が高くならないように、ターゲット表面に衝突する電力束を保つことができる。これらの技術で利用可能な陽子電流は、100mAまで又は100mA超である。特定の例としては、ビーム電力の100キロワットを仮定すると、3.25MeV RFQ/RFI-Linacは、約31mAの陽子ビーム電流を生じるだろう。約1x1017H/cm2の線量と、約500mm x 500mmの拡大ビームを用いると、目標注入線量で1時間当たり処理されるGaNの面積は、約0.7平方メートルであり、一方で、電力束は約13ワット/ cm 2で維持している。パラメータの組み合わせにより、この手法は、費用対効果を考慮したHB-LED基板材料の生産のため、特に実用的である。もちろん、他の変形、代替、および修正があり得る。
【０１０８】
必要に応じて、特定の実施形態は、注入プロセス後の熱処理プロセスを含んでもよい。特定の実施形態によれば、本方法は、GaN材料に対して、摂氏約150から約800度に及ぶ熱プロセスを使用する。実施形態において、熱処理は、伝導、対流、放射、またはこれらの技術の任意の組み合わせを使用して生じることができる。高エネルギー粒子ビームは、また、所望の注入温度を達成するために、熱エネルギーの一部として提供されてもよく、外部温度源と組み合わせて提供してもよい。ある実施形態において、高エネルギー粒子ビームは、注入に対して、所望の熱エネルギーの全体を提供することができる。好ましい実施形態では、処理プロセスは、後続の劈開プロセスのための劈開領域を鍛える。もちろん、他の変形、修正、あるいは代替することも可能である。
【０１０９】
特定の実施形態は、劈開開始ステップを含んでもよく、あるエネルギー1005は、図10に示すように、劈開を開始する劈開部分に適用される。以下に詳細に説明するように、この劈開開始は、異なる特性を有する、異なるタイプのエネルギーの適用を含むことができる。
【０１１０】
特定の実施形態は、図11で示すように、劈開プロセスを使用して、分離可能な材料（または自立であってもなくてもよい）の厚さを自由にするステップを含む。
ここに示すように、分離可能な材料1101は、残りの基板部分またはバルク材料1105から取り除かれる。特定の実施形態で、自由にするステップは、制御された劈開プロセスを用いることにより、実行されることができる。制御された劈開プロセスは、ドナー基板の劈開領域の一部分の中に、選択されたエネルギーを提供する。
単なる一例として、制御された劈開プロセスは、Controlled Cleaving Processのタイトルで米国特許第6013563に記載されており、一般的に、San Jose, CaliforniaにあるSilicon Genesis Corporationに譲渡され、ここに全ての目的のために参照により組み込まれる。ここに示されるように、本発明の実施形態による方法は、基板またはバルク材料から材料（自立することができる）の厚さを自由にし、それによって、材料の厚さを取り除くことができる。もちろん、他の変形、代替、および修正があり得る。
【０１１１】
この方法は、劈開動作の開始を容易にするために、1つまたは複数のパターン化した領域を用いてもよい。特定の実施形態において、本方法は、表面領域および厚さを有する半導体基板を提供する。この方法は、半導体基板の表面領域が、粒子加速器を用いて生成される第一の複数の高エネルギー粒子に暴露されることを含み、それにより、劈開領域内に、複数のゲッタリング部位のパターン化された領域を形成できる。好ましい実施形態では、劈開領域は、分離される材料の厚さを定めるために、表面領域の下に設けられている。半導体基板は、第一の温度に維持される。この方法は、半導体基板に、例えば熱処理を施す処理プロセスを含む。この方法は、半導体基板の表面領域が、第二の複数の高エネルギー粒子に暴露される工程を含み、それは、劈開領域の応力レベルを、第一応力レベルから第二応力レベルへ増加させるために提供される。この方法は、パターン化された領域の選択領域で劈開動作を開始することを含み、それにより、劈開プロセスを用いて、分離可能な材料の厚さの一部を分離でき、且つ、劈開プロセスを用いて分離可能な材料の厚さを自由にすることを含む。
【０１１２】
一実施形態では、パターン化された注入のシーケンスにより、表面が変動している線量に暴露され、開始領域は通常、より高い線量および／または熱収支のシーケンスを用いて開発されている。劈開動作を完了するための劈開動作の伝播は、追加の投与される領域を用いて、生じ、その領域は劈開進行を導くものである。あるいは、劈開伝播は、応力を制御することにより、導かれる深さに従って達成されることができる。劈開の伝播は、天然の結晶劈開面に従うことによって達成することができる。これらの技術の1つまたは複数が相互に関連して適用されてもよい。領域の一部または大部分は、使用される特定の劈開技術によって、より少ない線量で注入されても、全く注入されなくてもよい。このような低い投与された領域は、基板から各膜を分離するために必要な全線量を低減することによって注入システムの全体的な生産性を改善させることができる。
【０１１３】
特定の実施形態において、方法は、他のプロセスを実行することができる。例えば、本方法は、後に処理される支持体の上に、所定の厚さの分離した材料を取り付けることができる。さらに、あるいは、必要に応じて、本発明の実施形態による方法は、半導体基板またはバルク材料に、1つまたは複数のプロセスを実行し、それは、第一の複数の高エネルギー粒子が表面領域に与えられる前であっても、または、注入ステップ（複数可）と劈開ステップの間であってもよい。特定の実施形態に応じて、プロセスは、照明のデバイス、または層（複数）を形成するためであり、それは、セルプロセス、集積回路、光学デバイス、これらの任意の組み合わせ等の中で使用される。
もちろん、他の変形、修正、あるいは代替することも可能である。
【０１１４】
上述したように、制御された劈開動作を用いて、基板から材料の薄膜を取り除くため、改善された技術が提供される。この技術により、単一または複数の劈開領域を用いて、制御されたエネルギー（例えば、空間分布）と選択された条件を介して、基板上に劈開プロセスが開始され、それにより、劈開進行（単数または複数）の開始がなされ、基板を通って伝播することが可能となる。それにより、基板からの材料の薄膜を取り除くことができる。
【０１１５】
特定の実施形態では、プロセスは、制御された劈開プロセスを用いており、ドナー基板から材料の膜を形成するために提供される。プロセスは、ドナー基板の表面を通って表面の下の選択された深さに、エネルギー粒子（例えば、十分な運動エネルギーを有する、荷電または中性分子、原子、または電子）を導入するステップを含み、そこでは、粒子が比較的高濃度であり、選択された深さより上に、ドナー基板材料（例えば、分離可能な材料の薄膜）の厚さを定めることができる。ドナー基板材料を劈開するため、この方法は、ドナー基板の選択された領域にエネルギーを提供し、それによって、ドナー基板中で制御された劈開動作を開始でき、すると、劈開進行（複数可）の伝播を用いて劈開動作が行われ、ドナー基板の残りの部分からドナー材料を自由にできる。
【０１１６】
劈開は、一つの領域内の材料を破壊するために、材料に充分なエネルギーを暴露することによって、制御されていない粉砕または亀裂が生じることなく、劈開進行を生じて、開始される。劈開進行形成エネルギー（E）は、材料の粉砕または亀裂を回避するために、各領域において、バルク材料の破壊エネルギー（エトナ）よりも大抵、低くする必要がある。ダイヤモンド切削での指向性エネルギーインパルスベクトル、またはガラス切削での描画線は、例えば、劈開進行の制御された生成および伝播を可能にするように、劈開エネルギーを低減させるための手段である。劈開進行は、それ自体で、高い応力のある領域であり、一度作成されると、その伝播は、より低いエネルギーを必要とし、破壊の開始領域から、さらに、材料を劈開することができる。劈開進行を伝播するのに必要なエネルギーは、劈開進行伝播エネルギー（4）と呼ばれる。関係は次のように表すことができる。
Ec = Ep + [劈開進行応力エネルギー]（Ec = Ep + [cleave front stress energy]）
【０１１７】
制御された劈開プロセスは、上記のその他のすべての、好適な方向（複数可）に沿って、Epを低減することにより、および、他の望ましくない方向のEpを小さくするために、利用可能なエネルギーを制限することにより、実現される。ある劈開プロセスにおいて、複数の劈開進行がもたらされるが、劈開プロセスが、ただ一つだけ拡大劈開進行から発生する場合、より良い劈開表面仕上げが生じる。
【０１１８】
多数の利点が、本発明を用いることにより、既存の技術を越えて達成される。特に、本発明は、制御されたエネルギーと選択された条件を用い、好ましくは、複数材料に挟まれた膜を含むドナー基板から材料の薄膜を劈開する。
この劈開プロセスは、基板から材料の薄膜を選択的に取り除き、一方で、膜または基板の残りの部分への損傷の可能性を防止する。したがって、残りの基板部分は、他の用途のために繰り返し再利用することができる。
【０１１９】
さらに、本発明は、薄膜に対する制御された劈開プロセスの間、比較的低い温度を使用し、それによって、他の実施形態にかかる、分離膜、ドナー基板、または多層材料膜の温度偏位を低減できる。
この低温法により、より多くの材料およびプロセス（例えば、実質的に異なる熱膨張係数を有する材料の劈開または接合）などに自由な許容範囲が与えられる。他の実施形態において、本発明は、劈開開始エネルギーを低い値となるように、基板でのエネルギーまたは応力を制限し、一般的に、ランダムに、劈開開始の部位または前面を生成する可能性を取り除く。これは、多くの場合、既存の技術で生じた劈開損傷（例えば、ピット、結晶欠陥、破損、亀裂、段、空隙、過度の粗さ）を低減する。また、本発明は、損傷を低減し、その損傷は、高エネルギー粒子によって引き起こされる応力または圧力効果および核形成部位が、既存の技術と比較して、必要以上であることによって生じる。。
【０１２０】
1.制御された劈開技術
【０１２１】
図12は、本発明に係る基板10の概略断面図を示す。図は単なる例示であり、本明細書の特許請求の範囲を限定するものではない。単なる一例として、基板10は、取り除かれる材料領域12を含むドナーGaNウェハであり、それは、基板材料から生成され、薄く、比較的均一な膜である。ドナーGaNウェハ10は、上面14、下面16、および厚さ18を有する。基板10は、また、第一の側（サイド1）、第二の側（サイド2）（以下、図面類で参照される）を有している。材料領域12は、また、GaN材料の厚さ18の中にあり、厚さ20を含んでいる。新しい技術は、以下の一連のステップを用いて、材料領域12を取り除く。
【０１２２】
GaN材料の上面14を通って、選択された深さ24への選択されたエネルギー粒子注入22は、材料領域12の厚さ20を定め、それは材料の「薄膜」と呼ばれる。種々の技術は、GaN材料にエネルギー粒子を注入するために用いることができる。これらの技術は、例えば、Applied Materials、Eaton Corporation、Varianなどのような会社で製造された、ビームラインイオン注入装置、を用いてイオン注入を含んでいる。
あるいは、注入は、プラズマ浸漬イオン注入（「PIII」）技術を用いて生じる。プラズマ浸漬イオン注入技術の例は、Paul K. Chu, Chung Chan, and Nathan W. Cheung 著のSEMICONDUCTOR INTERNATIONAL, pp. 165-172, June 1996における、「Recent Applications of Plasma Immersion Ion Implantation」および、P. K. Chu, S. Qin, C. Chan, N. W. Cheung and L. A. Larson著のMATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING REPORTS: A REVIEW JOURNAL, pp. 207-280, Vol. R17, Nos. 6-7, (Nov. 30, 1996)における、「Plasma Immersion Ion Implantation--A Fledgling Technique for Semiconductor Processing」で説明されている。両方とも本明細書のすべての目的のために参照により組み込まれる。もちろん、用いられる技術は、用途に依存する。
【０１２３】
一つのPIIIシステムの基本的な構成は、図33に示されている。この図は、ターゲットホルダー3300を示し、それは、ターゲット3302が注入されることをサポートしている。ターゲットホルダーは、静電式または機械式クランプを有する、高電圧分離された冷却チャック3304を備えてもよく、ターゲット材料がターゲットホルダーと熱的に接することを可能にしている。これは、伝導冷却（例えば、ターゲットの裏側に効率的に接触できる、エラストマー又は他の柔軟層を介して）、または、対流冷却（例えば、ターゲットとターゲットホルダーの裏側の間に気体圧力を生じることによる）によって達成できる。場合によっては、伝導および対流冷却の組み合わせが採用されてもよい。このプラズマ浸漬時間の間、ターゲットは、プラズマ3306中に直接浸漬される。
【０１２４】
図34は、大きな負電圧（−V）3308に、簡易的にパルス化された、ターゲットホルダーとターゲットを示している。この時間の間に、荷電粒子のシースフリーは、ターゲットホルダーアセンブリの周りに生じる。電圧は、シースの厚さを横切って下降する。
【０１２５】
注入は、プラズマ／シース接触面を横切って拡散する正電荷により生じ、加速し、Vに等しいエネルギーを持ってターゲットホルダーアセンブリの表面に衝突する。例えば、−40kVのパルスは、水素プラズマ中のH+陽子を40keVのエネルギーに加速することができる。この注入プロセスは、プラズマ密度およびイオンの種類等のパラメータによって決められた割合で、続けられる。アーク放電を回避するために、高電圧は、選択された反復の割合で、短時間に繰り返し適用する。典型的なPIIIの動作パラメータは、20から1000Hzの反復周波数（Fr）、および、数マイクロ秒から100マイクロ秒超のパルス幅（Tp）、とすることができる。ピークイオン電流（Iion）と有効なターゲットホルダー領域（A）が既知であれば、線量率は次のように計算することができる。
線量率（ions/cm2）=ピークイオン電流（Iion）×反復周波数（Fr）×パルス幅（Tp）/（q×ターゲットホルダー領域（A）） ここで、q は 電荷
（Dose Rate (ions/cm2) = Iion x Fr x Tp / qA, where q is the electronic charge）
【０１２６】
荷電粒子がターゲットホルダーアセンブリに当たると、二次電子が表面から放出され、逆方向に加速される。電子収量（注入された正荷電粒子当たりの放出された電子の数）は、ガンマ（γ）と呼ばれている。
【０１２７】
典型的なガンマ係数は、2から5である。そのため、ネットパルス電流は、二次電子電流によって支配されている。これらの電子は、プラズマチャンバの壁に当たり、減速するので、X線は30から40kVを超える注入エネルギー（V）で生成される。例としては、総電流と注入電力は次のようになる。
注入電流=ピークイオン電流（Iion）×(1+ガンマ（γ）)×反復周波数（Fr）×パルス幅（Tp）
（Implant Current = Iion x (1+ γ) x Fr x Tp）
注入電力=ピークイオン電流（Iion）×(1+ ガンマ（γ）)×反復周波数（Fr）×パルス幅（Tp）×注入エネルギー（V）
（Implant Power = Iion x (1+ γ) x Fr x Tp x V）
【０１２８】
この基本的なPIII技術は、GaN劈開面の形成において、高い線量（例えば、最大5 X 1017 atoms/cm2）の用途のために、いくつかの問題が生じている。PIIIのこれらの問題のいくつかは、これらの高い線量の注入に関連しており、特に、GaNの高い線量の注入に対するものであり、それは、現在のところ、次のように記載されている。
ターゲットGaN表面は、高密度水素プラズマ中に浸漬されており、この環境でエッチングされる。モリブデンのようなバリア層は、GaN表面上に積み重ねられることができるが、これにより、最終的な劈開の深さが浅くなり、プロセスのコストと複雑さが増すことになる。
アーク放電は、プロセス中に、PIIIチャンバ内で時々発生する。アーク放電がGaN表面に、ピットおよびその他のマークの残している場合、これは歩留りと品質を下げる。
GaN注入プロセスは、コストを考慮して、高い線量率とGaN基板の低い温度の両方を含むことができる。これは、GaNが実質的にプラズマによって加熱されるので、困難なことである。
したがって、上記の問題を軽減または排除するPIII注入装置を修正することが望ましい。
【０１２９】
PIIIシステムの代替的な実施形態は、図35に示されている。本構成、および、同様の構成（ここで、ドラフトモードPIII「Drift-Mode PIII」として参照されている）で、ホール3502を有する上部プレート3500は、ターゲット3504とプラズマチャンバ3506との間に配置され、サイドスペーサ3508を有し、ウェハ筐体または空洞3510を形成する。
ホールは、繰り返しパターンで配列することができ、均一な走査を可能にし、ある粒子注入の透過率Tr（ホールの面積/全面積）を達成できる。図36は、45から60%のTr値を与えることができる最密充填ホールパターンを示している。ドラフトモードPIII （Drift-Mode PIII）の構成に係る、ある実施形態では、プラズマは、アスペクト比が、１：１より大きい、シャワーヘッドのホールの中に拡散する。プラズマがホールに拡散すると（そこに定められた溝を通って）、プラズマは、実質的にホールの底部に到達する前に急冷される。この結果として、ターゲット基板は、バックグラウンドプラズマイオンエッチングから、大部分守られる。
【０１３０】
ターゲットに達することから残留プラズマイオンを低減／排除するために、オプションのフィールドプレート3512（例えば、他のプレートから分離された導電性材料の薄膜）は、上部シャワーヘッドプレートの下で負にバイアスされてもよく、それにより、ターゲット表面から離れる方向に残留イオンを引き付ける。
このフィールドプレートは、空洞を出てからターゲット表面に衝突するイオンによって生成される二次電子を反発するというさらなる利点も提供できる。フィールドプレートに適用されるバイアスは、イオンプラズマ温度（通常3-15 eV）に打ち勝つように、選択される。そのため、ターゲットホルダーと上部プレートを基準にして、負の5から25Vのバイアスは、効果的に任意の残留エッチングを止めることができる。注入粒子への影響は、約5-25eVにまで注入エネルギーを低減することにより、最小にできる。
【０１３１】
HVパルスの間、高エネルギーイオンは、ウェハ筐体内でのこれらの溝を通過し、後方にプラズマ電子を残すが、溝の中にある弱い帯電シースフィールドによって本質的な影響を受けない。イオンが溝の底部に残るが、これらのイオンビームレットは、プラズマ電子によって電気的に中和されないので、この時点では拡散する。このビームの発散は、隣接する溝の間にイオン流束で隙間を埋めることによって、注入の均一性に役立つ。ホールの間隔のオーダーにおける二次元での基板の動きを含むことにより、イオン透過率が100％未満であることに起因する均一性は、イオン分布によらず、大幅に低減または排除される。
走査が、溝の開口オーダー（例ピッチ）で行われる場合には、二次元の基板の動き（長方形の場合、デカルト（直交座標）、または円形の場合は、極性）により、イオン流束の不均一性を均一化でき、且つ、二次元に対する周波数は、ランダムな動きを確実にするために、非有理数の比となる。均一な注入線量分布のために、走査は、ウェハ表面上にある各点上に、同等のビーム滞留時間を達成するように設計することができる。走査速度は、ある実施形態によれば、約15-120分の間継続でき、注入の端部で、一応は、走査周期を達成することができる。
【０１３２】
パターン化された注入が所望される場合、ホールの透過率またはホールのパターンを変更することは、所望の状態への線量プロファイルまたは値に変更するように、走査パターンとの相互作用がなされる。例えば、縁部領域において、より高いTrを有する領域は、制御された劈開プロセスを容易にするために、より高い線量注入領域を作り出すことができる。
【０１３３】
このような構成により、同等の線量率で、総注入電力を制御および低減されるという利益が提供できる。これは、より高いTrであるホールのパターンを用いることによって達成され、システムの有効ガンマ線を低減できる。この構成によれば、イオンの一部が上部プレートのホールを通過し、一部のイオンが、上部プレートに衝突する。
【０１３４】
上部プレートにあるホールに入ったイオンの場合、これらのイオンは、ターゲット注入に貢献するが、システム内に二次電子を生成しない（γ=0）。イオン線量率および注入電力は、それゆえ、このように表すことができる。
線量率（ions/cm2）= ピークイオン電流（Iion）×反復周波数（Fr）×パルス幅（Tp）×透過率（Tr） / q×ターゲットホルダー領域（A）、ここで、qは、電子の電荷である。
（Dose Rate (ions/cm2) = Iion x Fr x Tp x Tr / qA, where q is the electronic charge）
注入電力（ホールを通り抜けたイオン）=ピークイオン電流（Iion）×反復周波数（Fr）×パルス幅（Tp）×透過率（Tr）×注入エネルギー（V）
（Implant Power (ions through holes) = Iion x Fr x Tp x Tr x V）
【０１３５】
上部プレートに衝突するイオンの場合：
注入電力（ホールを通り抜けたイオン）= ピークイオン電流（Iion）×（１＋γ)×反復周波数（Fr）×パルス幅（Tp）×（１−透過率（Tr））×注入エネルギー（V）
（Implant Power (ions through holes) = Iion x (1+ γ) x Fr x Tp x (1-Tr) x V）
したがって、総注入電力は、次のとおりである。
総注入電力=ピークイオン電流（Iion）×反復周波数（Fr）×パルス幅（Tp）×注入エネルギー（V）×[透過率（Tr）+ (1+ γ)×(1-透過率（Tr）)]
（Total Implant Power = Iion x Fr x Tp x V x [Tr + (1+ γ) x (1-Tr)]）
【０１３６】
電力比は、Tr =100％の時、基本消費電力で割られたこの構成を使用した電力として定義されている場合。
電力比= (1+ γ×（１−透過率（Tr）)/(1+γ)
（Power Ratio = (1+ γ x (1-Tr))/(1+γ)）
線量率の比は、単にTrであるから、線量率および電力比が等しくなる閾値Trの値は、次のように生成されることができる。
透過率（Tr）の（閾値）=(1+γ)/(1+2γ)
（Tr (threshold) = (1+γ)/(1+2γ)）
【０１３７】
例えば、γ=4に対して、透過率Trの閾値の値は55％である。この点で、線量率と総電力の両方が元の値の55％に減少している。このTrの値で始まり、1/Trづつ注入パルス周波数を増加することにより、線量率を増加させるであろう。それは、元の構成（上部プレートなし）の値に戻すようにではあるが、総注入電力消費に同等またはそれ未満の値である。
【０１３８】
この電力管理方法は、露出面内に「ブラインドホール」を形成することにより、ターゲットホルダーの他の領域に拡張されることができる。同等の電力削減効果は、ホールから出る二次電子を止めるのに充分深いホールであれば、生じることができる。
【０１３９】
ドリフトモードPIII構成の1つまたは複数のあり得る利点は、以下に記載されている。
注入の間、プラズマのための再現可能で、条件付けされた表面（シャワーヘッド）にプラズマを照射することによってアーク発生は低減され（すなわち、プラズマは、それぞれの新しく注入された新しいターゲットウェハ面に接触しない）、および、チャンバ壁に対する高エネルギー二次電子の流束は低減される。ターゲットウェハ表面上のアーク放電事象を排除する。
2）良好な上部プレートの透過率により、かなりのイオン流束が可能となる。
3）ターゲット基板には、プラズマエッチングから保護するために必要となっているバリア層はない。
4）低減された電力と電流の要件は、二次電子の生成を大幅に減少させることによって可能となり、二次電子の生成により、著しい注入電力を消費することになり、イオン注入電流のより小さい部分をサポートするため、全電流に対して過大なレベルを課している。
5）幾何学的な方法で、試料を走査することにより、線量制御と均一性が改善され、それにより、注入ビームレットプロファイルの独立した注入分布を巻き込める。
6）二次的な電子放出、および、高電圧にバイアスされた台座での十分なアスペクト比を有している補助ブラインドホールによるアテンダント、はさらに低減される。
7）接地面の高エネルギー電子流束の削減により、危険なX線が減少される。
【０１４０】
用途に応じて、より小さい質量粒子が、概して選ばれ、それにより、材料領域12に損傷を与える可能性を低減できる。つまり、より小さい質量粒子は、基板材料を通って、選択された深さに、その材料領域（粒子はそこを介して横断する）に実質的に損傷を与えることなく、簡単に移動できる。例えば、より小さい質量粒子（またはエネルギー粒子）は、ほとんど任意の荷電した（例えば、正または負）、および／または、中性原子または分子、あるいは電子などであってもよい。特定の実施形態において、粒子は、中性および/または荷電粒子であってもよく、水素およびその同位体のイオンのようなイオン、ヘリウムおよびその同位体、ならびにネオンなどの希ガスイオンなどのイオンを含む。粒子は、気体、例えば、水素気体、水蒸気、メタン、および水素化合物、および他の軽い原子質量粒子のような化合物から生成されることもできる。あるいは、粒子は、上記粒子、および／またはイオンおよび／または分子の種類および/または原子の種類の任意の組み合わせとすることができる。粒子は、一般に、表面の下の選択された深さまで、表面を貫通するのに十分な運動エネルギーを持っている。
【０１４１】
例えば、例としてGaN表面に注入される種類として水素を使用し、注入工程は、特定の条件セットを用いて行うことができる。水素の注入線量範囲は、約5 X 1016から約5 X 1017 atoms/cm2であり、注入された水素の線量は、約2 X 1017 atoms/cm2未満であってもよく、約5 X 1016 atoms/cm2未満であってもよい。注入エネルギーは、光電子用途に有用な厚い膜の形成のために、約0.5 MeVおよびそれ以上から、約2 MeVの範囲であってもよい。ある接合基板の実施形態では、注入エネルギーは、500keVより小さく、例えば5-180 keVであってもよい。注入温度の範囲は、摂氏約−50から約＋500度であり、摂氏約100-500度の間であってもよく、および、摂氏約700度未満であってもよい。それにより、注入されたGaN材料から水素イオンが拡散する可能性を防ぐことができる。もちろん、使われるイオンのタイプおよびプロセス条件は用途に依存する。
【０１４２】
実際には、注入粒子は、選択された深さにおいて、基板の上面に平行な面に沿って、応力を加え、または、破壊エネルギーを減少させる。エネルギーは、注入の種類および条件に、部分的に依存する。これらの粒子は、選択された深さにおいて、基板の破壊エネルギーレベルを低下させる。これにより、選択された深さで注入面に沿って制御された劈開を可能にする。内部の全ての位置における基板のエネルギー状態が、基板材料中の非可逆破壊（すなわち、分離または劈開）を開始するには、不十分であるような条件で、注入は、起こり得る。なお、しかしながら、注入線量は、一般的には、基板に一定量の欠陥（例えば微小欠陥）を引き起こし、それは、典型的には、後続のヒート熱処理によって、少なくとも部分的に修復される。例えば、熱アニーリングまたは急速熱アニーリングである。
【０１４３】
図13は、本発明に係る、注入基板10の断面に沿ったエネルギーの図1300を簡略化したものである。図は、単なる例示であり、本明細書の特許請求の範囲を限定するものではない。簡略化した図は、縦軸1301を含み、それは、基板内の劈開を引き起こすエネルギーレベル（E）（または追加のエネルギー）を表す。横軸1303は、深さ、またはウェハの底部からウェハの上面の距離を表す。ウェハに粒子を注入した後、基板は、E 1305として表される平均劈開エネルギーを有し、それは、ウェハの深さに沿って、様々な断面領域に沿うウェハを劈開するために必要なエネルギーの量である。劈開エネルギー（Ec）は、非注入領域におけるバルク材料の破壊エネルギー（Emat）に等しい。選択された深さ20で、エネルギー（Ecz）1307は低く、それは、注入された粒子が、結晶構造において、本質的に破壊または接合を弱めることができる（または、基板のエネルギー（Ecz）1307を下げるために寄与する粒子の存在によって生じる応力を増加させる）ためである。それによって、選択された深さで基板を劈開するのに必要なエネルギー量を下げることができる。本発明は、選択された深さで、制御された方法で薄膜を劈開するため、より低いエネルギー（または応力の増加）を利用する。
【０１４４】
しかしながら、基板は、注入プロセスの後、可能な劈開進行または選択された深さのzoを横切る、欠陥または“弱い”領域を一般的に備えている。これらの場合、劈開は、バルク材料の不均一性、組み込み応力、欠陥などのランダムな変化を受けるので、一般的に、制御することができない。図 14は、エネルギー図1400を単純化したものであり、これらの欠陥を有する注入基板10の劈開進行を横切ったものである。図1400は、単なる例示であり、本明細書の特許請求の範囲を限定するものではない。図は、追加のエネルギー（E）を表す縦軸1401を有し、且つ、基板のサイド1からサイド2までの距離を表す横軸1403を有し、つまり、横軸は、基板の前面に沿っている劈開領域を表す。図に示すように、劈開進行は、領域1と領域2のように表される2つの領域1405と1407を有し、それぞれ、平均劈開エネルギー(Ecz) 1307未満の（おそらく欠陥またはそのようなものの高い濃度に起因して）劈開エネルギーを有している。したがって、それぞれの領域は、周囲の領域よりも低い劈開エネルギーを有するため、劈開プロセスは、上記の領域の片方または両方で開始される可能性が高い。
【０１４５】
上記の図14によって示される基板用劈開プロセスの一例は、図15を参照して、以下のように説明される。図15は、注入された基板を通って伝播される複数の劈開進行1501、1503の簡略化した上面図1500である。劈開進行は、劈開面にある「弱い」領域に由来し、具体的には領域1と領域2を含む。劈開進行は、矢印で示すようにランダムに生じ、伝播する。複数の劈開進行の間でランダムな伝播を用いることによって制限され、その制限により、わずかに異なる平面に沿って、つなぎ合わせられる異なる劈開進行を持つことができ、または、亀裂の形成ができる。以下に詳細に説明されている。
【０１４６】
図16は、例えば領域1の 1405 および領域 2の 1407である、複数の劈開進行を有するウェハから劈開した膜の断面図1600を単純化したものである。この図は単なる例示であり、本明細書の特許請求の範囲を限定するものではない。
図に示すように、領域3の1409（わずかに異なる面に沿って定められている）で、領域2からの劈開とつなぎ合わされた、領域1から劈開は、膜に沿って、二次的な劈開または、亀裂1411を開始してもよい。差分1413の大きさに応じては、膜は、集積回路または他の用途のための基板の製造に使用するのに十分な品質ではないかもしれない。亀裂1411を有する基板は、プロセスを行うため、一般的には使用することができない。したがって、ランダムな方法で、複数の前面を用いてウェハを劈開することは一般的には望ましくない。
ランダムな方法で複数の劈開進行を形成することができる技術の例は、Michel Bruel ("Bruel")の名前で、米国特許第5374564に記載され、フランスでは、Commissariat A l'Energie Atomiqueに割り当てられている。Bruelによれば、概して、熱的な活性化拡散を用いて、全体的な熱処理（すなわち、注入の全体の面に熱的処理）により注入されたウェハを劈開するための技術が記載されている。基板に対する全体的な熱処理は、独立して伝播する複数の劈開進行の開始を、概して引き起こす。
一般的に、Bruelは、全体的な熱的エネルギー源によって劈開動作を開始および維持する方法により、「制御不能」劈開動作を行う技術を開示しており、それは、望ましくない結果を生じることがある。これらの望ましくない結果は、劈開前部のつなぎ合わせが不良であるなどの潜在的な問題を含み、劈開を維持するためのエネルギーレベルが、必要な量、およびその他多くを超えるので、劈開された材料の表面では、過度に粗い表面が仕上がる。
本発明は、注入された基板上に、エネルギーの制御された分布、または、選択的な位置決め、によって、ランダムな劈開する前面前面の形成を克服する。
【０１４７】
図17は、本発明に係る、劈開エネルギーの選択的な配置を使用した注入基板10の概略断面図である。この図は単なる例示であり、本明細書の特許請求の範囲を限定するものではない。注入されたウェハは、選択的エネルギー配置のステップを経て、または、位置決めまたはターゲット化のステップを経て、それは、選択された深さで材料領域12の制御された劈開動作を提供する。インパルスまたはインパルス（複数）はエネルギー源を用いて提供される。エネルギー源の例としては、とりわけ、化学的エネルギー源、機械的エネルギー源、電気的エネルギー源、および熱シンクまたは熱的エネルギー源を含む。化学的エネルギー源は、粒子、流体、気体、または液体を含むことができる。これらのエネルギー源は、材料領域における応力を増大させる化学反応を含むことができる。化学的エネルギー源は、大量の流入、時間的変化、空間的変化、または連続的なものとして導入される。
他の実施形態では、機械的エネルギー源は、回転、平行移動、圧縮、拡張、または超音波エネルギーから生成される。機械的エネルギー源は、大量の流入、時間的変化、空間的変化、または連続なものとして生成されることができる。さらなる実施形態では、電気的エネルギー源は、印加された電圧または印加された電磁場から選ばれ、それは、大量の流入、時間的変化、空間的変化、または連続なものとして導入される。さらに別の実施形態では、熱的エネルギー源またはシンクは、放射、対流、または伝導から選択される。この熱的エネルギー源は、とりわけ、光子ビーム、流体ジェット、液体ジェット、気体ジェット、電気／磁界、電子ビーム、熱電気加熱、炉などから選択することができる。
熱シンクは、流体ジェット、液体ジェット、気体ジェット、極低温流体、過冷却液体、熱電冷却手段、電気／磁場などから選択することができる。先の実施形態と同様に、熱的エネルギー源は、大量の流入、時間的変化、空間的変化、または連続なものとして適用される。また、上記実施形態のいずれかを組み合わせることができ、あるいは用途に応じて、分離できる。もちろん、使用されるエネルギー源のタイプは、用途に依存する。
【０１４８】
特定の実施形態では、制御され、伝播している劈開が、提供されている。制御され、伝播している劈開は、複数の連続したインパルスを使用し、図18に示されるように、劈開プロセス1800を開始し、およびおそらく伝播する。この図は単なる例示であり、本明細書の特許請求の範囲を限定するものではない。ここに示されるように、インパルスは、基板の縁部に向けられ、劈開進行を基板の中央に向かって伝播し、基板から材料層を取り除くことができる。この実施形態で、エネルギー源は、基板に向けて、複数のパルス（例えばパルス1、2、および3）を逐次適用する。パルス1の 1801は、劈開作用を開始するために基板の縁部1803に向けられる。パルス2の1805は、また、劈開進行を展開するために、パルス1の一方の側の縁部1807に向けられる。パルス3の1809は、基板から材料層を取り除くために、拡張した劈開進行に沿ってパルス1の反対側の縁部1811に向けられる。これらのインパルスまたはパルスの組み合わせは、基板からの材料の層の制御された劈開動作1813を提供する。
【０１４９】
図 19は、制御され、伝播する劈開に対する、先の実施形態におけるパルスから選択されたエネルギー1900の簡略図である。この図は単なる例示であり、本明細書の特許請求の範囲を限定するものではない。ここに示されるように、パルス1は、平均劈開エネルギー（E）を上回るエネルギーレベルを有し、劈開動作を開始するために必要なエネルギーである。パルス2および3は、劈開進行に沿って、より低いエネルギーレベルを用いて作られ、劈開動作を維持または持続することができる。特定の実施形態では、パルスは、レーザパルスであり、衝突ビームは、パルスを介して、基板の選択された領域を熱し、熱的パルス勾配により、劈開形成または伝播エネルギーを共に超える補助的応力が生じ、これは、単一の劈開進行を作成する。好ましい実施形態で、衝突ビームは、加熱し、同時に熱パルスの勾配を生じる。それは、劈開エネルギーの形成または伝播エネルギーを超えるものである。より好ましくは、衝突ビームは、冷えて、同時に熱パルス勾配を生じ、それは、劈開エネルギーの形成または伝播エネルギーを超える。
【０１５０】
必要に応じて、基板の組み込みエネルギー状態または応力は、劈開動作を開始するのに必要なエネルギーレベルに向かって全体的に上昇できるが、しかし、複数の連続したインパルスを本発明に係る基板に向ける前に、劈開動作を開始するには、十分ではない。基板のグローバルエネルギー状態は、化学的、機械的、熱的（シンクまたはソース）または、電気的等の、様々なエネルギー源を、単体または組み合わせて用いることによって、上昇または下降できる。化学的エネルギー源は、流体、気体、または液体として多様を含むことができる。これらのエネルギー源は、また、化学的変化を含んでもよく、材料領域での応力を増加できる。化学的エネルギー源は、大量の流入、時間的変化、空間的変化、または連続的なものとして導入される。他の実施形態では、機械的エネルギー源は、回転、平行移動、圧縮、拡大、または超音波エネルギーから生成される。機械的エネルギー源は、大量の流入、時間的変化、空間的変化、または連続的なものとして導入されることができる。さらなる実施形態において、電気的エネルギー源は、印加された電圧または印加電磁場から選択される。それは、大量の流入、時間的変化、空間的変化、または連続的なものとして導入される。さらに別の実施形態では、熱的エネルギー源またはシンクは、放射、対流、または伝導から選択される。この熱的エネルギー源は、とりわけ、光子ビーム、流体ジェット、液体ジェット、気体ジェット、電気／磁場、電子ビーム、熱電気加熱、および、炉、からから選択することができる。熱シンクは、流体ジェット、液体ジェット、気体ジェット、極低温流体、過冷却液体、熱電冷却手段、電気／磁場などから選択することができる。先の実施形態と同様に、熱的エネルギー源は、大量の流入、時間的変化、空間的変化、または連続的なものとして適用される。また、上記実施形態のいずれかは、用途に応じて、組み合わされ、分けられる。もちろん、使用されるエネルギー源のタイプは、用途に応じる。グローバルエネルギー源は、制御された劈開動作を開始するためのエネルギーを提供する前に、材料領域での劈開動作を開始せずに、材料領域において、エネルギーまたは応力のレベルを増す。
【０１５１】
特定の実施形態で、エネルギー源は、その劈開進行伝播エネルギーを越えて、基板の劈開面のエネルギーレベルを上昇させるが、劈開進行、それ自身の開始を引き起こすには不十分である。特に、ヒート熱または熱欠乏（例えば、冷却源）の形態で、熱的エネルギー源またはシンクは、基板全体に適用させることができ、それによって、劈開進行を開始せずに、基板のエネルギー状態または、応力レベルを増加できる。あるいは、エネルギー源は、電気的エネルギー源、化学的エネルギー源、または機械的エネルギー源であることができる。向けられたエネルギー源は、基板材料の選択された領域へエネルギーを提供し、それによって、材料の薄膜が取り除かれるまで、基板の注入領域を通って自己伝播する劈開進行を開始することができる。
種々の技術は、劈開動作を開始するために使用することができる。これらの技術は、下の図のように記載されている。
【０１５２】
図20は、本発明の態様に係る、単一の制御されたエネルギー源を用い、制御された劈開動作のエネルギー状態2000を示す簡略図である。この図は単なる例示であり、本明細書の特許請求の範囲を限定するものではない。この実施形態では、基板のエネルギーレベルまたは状態は、グローバルなエネルギー源を用いることにより、劈開進行の伝播エネルギー状態を越え、上昇するが、劈開進行を開始するのに必要なエネルギー状態より低い。劈開進行を開始するために、レーザなどのエネルギー源は、劈開動作を開始する基板の縁部にパルス状のビームを向ける。あるいは、エネルギー源は、冷却流体（例えば、液体、気体）であってもよく、劈開進行を開始する基板の縁部にパルス状の冷却媒体を向ける。グローバルなエネルギー源は、劈開動作を維持し、一般的には、開始エネルギーよりも低いエネルギーレベルを必要としている。
【０１５３】
本発明の別の態様は、図21および図22で示されている。図21は、注入基板2100の簡略図であり、回転力2101、2103を受けている。この図は単なる例示であり、本明細書の特許請求の範囲を限定するものではない。図に示すように、基板は、選択された深さで、上面2105、底面2107、および注入領域2109を含む。エネルギー源は、劈開進行の伝播エネルギー状態を越え、光ビーム又は熱的エネルギー源を使用して基板全体のエネルギーレベルを増加させるが、劈開進行を開始するのに必要なエネルギー状態よりは低い。基板は、上面で時計回り2101に、回転力を受け、および、底面で反時計回り2103に回転力を受ける、それは、劈開進行を開始するために、注入領域2109に応力を作成する。あるいは、上面は反時計回りの回転力を受け、底面が時計回りの回転力を受ける。もちろん、力の方向は、一般的に、本実施例では重要ではない。
【０１５４】
図22は、本発明に係る、回転力を用いて、制御された劈開動作のためのエネルギー状態の簡略図である。この図は単なる例示であり、本明細書の特許請求の範囲を限定するものではない。前述のように、基板のエネルギーレベルまたは状態は、グローバルエネルギー源（例えば、熱、ビーム光）を用いることにより、劈開進行の伝播エネルギー状態を越えて、上昇しているが、劈開進行を開始するのに必要なエネルギー状態よりも低い。劈開進行を開始するために、注入領域に適用される回転力のような、機械的エネルギー手段は、劈開進行を開始する。特に、基板の注入領域に適用される回転力は、基板の中央でゼロである応力を、周辺部で最大の応力となり、基本的に、半径に比例する。この例では、開始パルスの中央部は、基板を劈開するために、半径方向への劈開進行の拡張を生じる。
【０１５５】
取り除かれる材料領域は、プロセス処理されたGaN材料の薄膜を提供する。 GaN材料は、エピタキシャル成長基板での使用に対して、制限された表面粗さと所望の平面の特性を有している。ある実施形態では、分離された膜の表面粗さは、約60ナノメートル未満、または約40nm未満、または約20nm未満、であるという特徴を有している。従って、本発明の実施形態は、既存の技術より滑らかで、より均一にすることができる薄いGaN膜を提供することができる。
【０１５６】
特定の実施形態では、エネルギー源は、流体ジェットとすることができ、それは、本発明の実施形態に係る、加圧（例えば、圧縮）されたものである。図23Aは、液体ノズル2308からの流体ジェットの概略断面図を示し、本発明の実施形態に係る、制御された劈開プロセスを実行するために使用されている。流体ジェット2307（または液体ジェットまたは気体ジェット）は、制御された劈開プロセスを開始するために、基板10の縁部領域に入射する。圧縮または加圧された流体エネルギー源からの流体ジェットは、選択された深さ2303の領域に向けられ、例えば、機械的、化学的、熱的な力を用いて、基板10から材料領域12の厚さを劈開できる。図に示すように、流体ジェットは、領域2309と領域2311を含む、2つの領域に基板10を分け、それは、選択された深さ2303で互いに分離できる。流体ジェットは、また、制御された劈開プロセスを開始および維持できるように、調整され、それにより、基板10から材料12を分離できる。用途に応じて、流体ジェットは、方向、位置、および大きさを調整することができ、それにより、所望の制御された劈開プロセスを達成することができる。流体ジェットは、液体ジェットまたは気体ジェット又は液体と気体の組み合わせであってもよい。流体ジェットは、周囲（すなわち、室温）の温度で、基板から薄膜を分けることができるが、基板および／又はジェットは、また、加熱または冷却されてもよく、それにより分離プロセスは容易になる。
【０１５７】
実施形態では、エネルギー源は、静的であり、例えば、圧縮流体として圧縮的エネルギー源であってもよい。図23Bは、本発明の実施形態に係る圧縮流体エネルギー源2307の概略断面図を示している。圧縮流体エネルギー源2307（例えば、加圧された液体、加圧気体）は、基板10の周辺または、縁部を取り囲んでいるチャンバ2321を密閉するのに適用される。示されるように、チャンバはデバイス2323によって囲まれ、例えば、Oリング2325または、そのようなもの、および、基板の外側縁部を取り囲んでいるものによって、密閉されている。チャンバは、注入材料の選択された深さで、制御された劈開プロセスを開始するために、基板10の縁部領域に適用されるPCで維持された圧力を有している。基板の外側表面または表面は、周囲圧力、例えば、1気圧以下である圧力PAに維持されている。圧力差は、チャンバ内の高い圧力と周囲圧力との間に存在する。圧力差は、選択された深さ2303で注入された領域に力を加える。選択された深さに注入された領域は、任意の接合領域を含む周辺領域より構造的に弱い。制御された劈開プロセスが開始されるまでの力は、圧力差を介して適用される。制御された劈開プロセスは、基板材料2311から材料2309の厚さを分け、それによって、選択された深さで基板材料から所定の厚さの材料を裂くことができる。さらに、圧力PCは、材料領域12に力を加え、「こじ開け動作」によって、基板材料2311からの分離する。劈開プロセスの間、チャンバ内の圧力もまた開始され、基板10から材料12を分離するため、制御された劈開プロセスが開始、維持できる。用途に応じて、圧力は、所望の制御された劈開プロセスを達成するため、大きさを調整することができる。流体圧力は、液体または気体または液体と気体の組み合わせから生成されることができる。必要に応じて、機械的な力（ピンまたは刃のような）は、劈開プロセスを開始するために、注入領域の縁部に適用されてもよく、典型的には、チャンバと周囲との間に必要な最大圧力差を低減できる。
【０１５８】
実施形態は、既存の技術で使用されるものよりも低い温度で実施されてもよい。特に、実施形態は、既存の技術のような劈開動作を開始および持続するために、基板全体の温度を上昇させる必要がない。GaN基板および水素注入のための、いくつかの実施形態では、基板温度は、劈開プロセスの間に約500 度を超えない。また、基板温度は、劈開プロセスの間に、約400度を超えない。また、基板温度は、熱シンク（例えば、冷却流体、低温流体）を介して、注入温度以下に実質的に保たれる。従って、本発明の実施形態は、ランダムな劈開進行からのエネルギーの過剰な解放から不要な損傷の可能性を低減することができる。これは、分離された膜および／または基板（複数可）の表面品質を一般的に改善させる。従って、本発明の実施形態は、より高い全体的な収率および品質で基板上に対して膜の生成を提供できる。
【０１５９】
上記の実施形態は、基板から材料の薄膜を劈開する観点において説明されている。基板は、しかしながら、制御された劈開プロセス前に、補強材等のようなワークピース上に配置することができる。ワークピースは、基板の上面または注入面につなぎ合わせされ、制御された劈開プロセス中に、材料の薄膜に構造的支持を提供できる。ワークピースは、さまざまな接合またはつなぎ合わせ技術（例えば、静電気、接着剤、原子間、熱圧着の方法）を用いて、基板につなぎ合わせることができる。これらの接合技術のいくつかは、本明細書に記載されている。ワークピースは、誘電体材料（例えば、石英、ガラス、サファイア、窒化ケイ素、二酸化ケイ素）、導電性材料（シリコン、シリコンカーバイド、ポリシリコン、III/V族金属）、および、プラスチック（例えば、ポリイミド系材料）材料で作成することができる。もちろん、使用されるワークピースのタイプは、用途に依存する。
【０１６０】
また、分離される膜を有する基板は、制御された劈開プロセスの前に、補強材等の転写基板上に一時的に配置することができる。転写基板は、膜を有する基板の上面または注入面につなぎ合わせられ、制御された劈開プロセス中に、材料の薄膜に構造的支持を提供できる。転写基板は、さまざまな接合またはつなぎ合わせ技術（例えば、静電気、接着剤、原子間の方法）を用いて、膜を有する基板に、一時的につなぎ合わせられることができる。これらの接合技術のいくつかは、本明細書に記載されている。転写基板は、例えば、石英、ガラス、サファイア、窒化ケイ素、二酸化ケイ素）、導電性材料（シリコン、シリコンカーバイド、ポリシリコン、III/V族金属）、および、プラスチック（例えば、ポリイミド系材料）材料で作成することができる。もちろん、使用される転写基板のタイプは、用途に依存する。また、転写用基板は、制御された劈開工程後に、劈開された基板から材料の薄膜を取り除くことができる。
【０１６１】
2. GaN HB-LEDの成長基板プロセス
【０１６２】
本発明に係るGaN HB-LED成長基板の製造のためのプロセスを、以下のように簡単に概説する。
【０１６３】
（1）ドナーGaNウェハを提供する工程。（金属または金属合金基材上に接合している、GaN層を含む多層スタックウェハとしてもよい。必要に応じて材料の追加の層で被覆される。）
【０１６４】
（2）GaN膜の厚さを定めるために、選択された深さにドナーGaNウェハに粒子を導入する工程。
【０１６５】
（3）ターゲット基板材料を提供する工程。（材料の薄膜（複数可）で被覆してもよい。）
【０１６６】
（4）ターゲット基板材料へ、注入された面をつなぎ合わせることによって、ターゲット基板材料へドナーGaNウェハを接合する工程。
【０１６７】
（5）劈開動作を開始せずに選択された深さに注入された領域の全体的な応力（またはエネルギー）を増加する工程。（オプション）
【０１６８】
（6）選択された深さで制御された劈開動作を開始するために、接合基板の選択された領域に応力（またはエネルギー）を提供する工程。
【０１６９】
（7）ドナーGaNウェハからGaN膜の厚さを自由にするために、制御された劈開動作を持続するように接合基板に付加的なエネルギーを提供する工程。（オプション）
【０１７０】
（8）ターゲット基板へのドナーGaNウェハの完全な接合をする工程。
【０１７１】
（9）GaN膜の厚さの表面を研磨する工程。
【０１７２】
上記、ステップ順序は、多層基板構造の選択された領域（複数可）に対して適応されるエネルギーを用いて、制御された劈開動作を開始するステップを提供し、それにより、本発明に係る劈開進行を形成できる。この開始ステップは、基板に適用されるエネルギーの量を制限することによって、制御された方法で、劈開プロセスを始める。さらに、劈開動作の伝播は、劈開動作を持続するために、基板の選択された領域に付加的なエネルギーを与えることによって発生することができ、または開始段階からのエネルギーを使用すると、劈開動作のさらなる伝播に対して提供できる。このステップ順序は、単なる例であり、本明細書で定義される特許請求の範囲を限定するものではない。上記のステップ順序に関して、さらに詳細に、以下に説明する。
【０１７３】
図24から29は、本発明の実施形態に係るGaN HB-LED成長ウェハの製造プロセスを受けた基板の概略断面図である。プロセスは、図24に示すように、GaNウェハ2400と同等の半導体基板を提供することによって開始される。基板またはドナーは、取り除かれる材料の領域2401を含み、それは、基板材料から生成される比較的均一な薄い膜である。 GaNウェハは、上面2403、底面2405、および厚さ2407を含んでいる。材料領域は、また、GaNウェハの厚さ2407内の厚さ（z0）を含む。必要に応じて、層または層スタック2402（例えば、金属膜）は、基板の上面を覆う。本方法は、GaN HB-LEDの成長ウェハを製造するための次のステップの順序を用いて、材料領域2401を取り除くための新規な技術を提供する。
【０１７４】
サファイアワークピースを備える、代替のGaN HB-LEDの成長基板、または、高品質のGaN成長表面を有するターゲット基板が所望される場合、絶縁層（複数可）を用いる、修正された接合プロセスは選択されてもよい。特定の実施形態では、GaN表面およびサファイアターゲット基板のどちらも、シリコン酸化膜および／または窒化アルミニウム膜などの、接合促進層でコーティングされることができる。 GaN系ドナーの場合、この酸化膜は、限られた厚さであってもよく、注入される所望の深さを可能にする。例えば、50nmの膜は、250nmから200nmへ、GaN劈開層を、より薄く（低く）することになる。サファイア基板上の酸化膜の厚さは、良好な接合収率とデバイス性能を可能にすることができる値の、幅広い範囲から選択される。サファイアワークピースに対する典型的な酸化膜の厚さは、75から200nmである。一つまたは複数の膜は、RFまたは反応性スパッタリング法を使用し、またはプラズマCVD（PECVD）法を介して適用することができる。ある実施形態では、絶縁膜は、回り続けることができる。
【０１７５】
堆積後、低温膜は、良好な接合性を促進するために取り扱われてもよい。典型的な処理条件は、高密度化アニールとクリーン／エッチング化学浴を含むことができ、それは、凹凸および表面汚染物を取り除くものである。
【０１７６】
高密度化アニールは、典型的には1から10分間の急速熱処理を用いて、または30から60分間の炉内で、700から1000度の不活性雰囲気中で行われる。
Choi et alによる、“Densification of Radio Frequency Sputtered Silicon Oxide Films by Rapid Thermal Annealing”, Journal of Applied Physics, Vol. 83, No. 4 (February 1998) の記載は、すべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
GaN上の酸化膜は、また、GaN系分解を制限するキャップ層として機能することができる。
【０１７７】
高密度化アニールが、典型的には高温で行われるため、注入ステップは、アニール後に行ってもよく、それによって、水素劈開面が、拡散しないように、および描画が無効にならないように保護できる。
【０１７８】
サファイア基板は、異なる種類のものであってもよく、代替のサファイアベースの成長テンプレートが所望の仕様を満たすことができる。この基板内に統合される、構造とオプションの一部は以下のとおりである。
１．低価格用である、片面研磨サファイア。
２．レーザーリフトオフバックエンド製造を可能にする、両面研磨サファイア。ここで、LED層は、サファイア成長基板から取り除かれる。
３．PSS（パターン化サファイア基板）と同様の光抽出方法を可能にする、サファイア基板上にある集積パターン。膜堆積および平坦化ステップは、接合を可能にするために必要とされてもよい。図32Aは、一連のプロセスの実施形態を示している。充填材の屈折率は、散乱効果が効率的に生じるように選択される必要がある。窒化アルミニウムおよび二酸化ケイ素が用いられても良い。
４．平面またはPSSサファイア表面上に反射層を統合する。それは、ミラー層として機能する。導電性は、平坦化および接合のために、表面が金属を露出している場合に、達成されてもよい。図32Bは、一連のプロセスの実施形態を示し、それは、平坦化層上部が導電性の凸部を含むことができる。
【０１７９】
選択されたエネルギー粒子2409は、ドナーGaNウェハの上面を通って、選択された深さに、注入され、その深さは、材料の薄膜と呼ばれる材料領域の厚さを定めるものである。図に示すように、粒子は、選択された深さ（z0）で所望の濃度2411を有している。種々の技術は、ドナーGaNウェハにエネルギー粒子を注入するために用いられる。これらの技術は、イオン注入の使用、例えば、Applied Materials, Eaton Corporation, Varianなどのような会社から製造されたビームラインイオン注入装置の使用を含む。あるいは、注入は、プラズマ浸漬イオン注入（「PIII」）技術を使用して生じる。もちろん、用いられる技術は、用途に依存する。
【０１８０】
用途に応じて、より小さい質量粒子は、一般的に、材料領域への損傷の可能性を低減するように、選択される。つまり、より小さい質量粒子は、粒子が横断する、材料領域に実質的な損傷を与えることなく、選択された深さに、基板材料を通って容易に移動する。例えば、より小さい質量粒子（またはエネルギー粒子）は、ほとんど任意の荷電した（例えば、正または負）、および／または、中性原子または分子、あるいは電子などであってもよい。特定の実施形態において、粒子は、水素およびその同位体のイオン、ヘリウムとその同位体、ならびにネオンなどの希ガスイオンを含む、中性および／または荷電粒子であってもよい。粒子は、また、例えば気体、水素気体、水蒸気、メタン、および他の水素化合物、および他の軽い原子質量粒子のような、化合物から生成されることもできる。あるいは、粒子は、上記粒子および／またはイオンおよび／または分子の種類および／または原子の種類の任意の組み合わせとすることができる。
【０１８１】
このプロセスは、図25に示すように、ワークピース2501またはターゲットウェハに、注入されたドナーGaNウェハ2400をつなぎ合わせるステップを使用している。 ワークピースは、また、様々な他のタイプの基板であってもよく、誘電体材料（例えば、石英、ガラス、サファイア、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム）、導電性材料（シリコン、ポリシリコン、III/V族材料、金属）、およびプラスチック（例えば、ポリイミド系材料）から作られていてもよい。しかしながら、本実施例では、ワークピースは、CTE整合金属ウェハである。
【０１８２】
特定の実施形態では、GaN系ドナーとターゲットウェハは、低温熱ステップを使用して、互いにつなぎ合わせられ、融合されている。低温熱プロセスは、一般的に、注入粒子が、材料領域に過度の応力を及ぼさないことを保証しており、それにより、制御されない劈開動作を作り出せる。一態様では、低温接合プロセスは、自己接合プロセスによって生じる。具体的には、一つのウェハは、そこからの酸化を取り除く（またはウェハは酸化されない）ために、剥ぎ取られる。洗浄溶液は、ウェハの表面上にO--H接合を形成するために、ウェハ表面上に処理を施す。ウェハを洗浄するために使用される溶液の例は、H2O2--H2SO4の混合物である。乾燥機は、ウェハ表面から残留液体または粒子を取り除くためにウェハ表面を乾燥させる。自己接合は、酸化されたウェハの表面に対して、洗浄されたウェハの面を配置することによって生じる。
【０１８３】
あるいは、自己接合プロセスは、プラズマ洗浄により接合されたウェハ表面の一方を活性化することによって生じる。具体的には、プラズマ洗浄は、アルゴン、アンモニア、ネオン、水蒸気、窒素、および酸素などの気体から生成される、プラズマを用いてウェハ表面を活性化する。活性化されたウェハ表面2503は、他のウェハの面に対して配置され、その上は、酸化コーティングされた表面2505を有している。ウェハは、サンドイッチ構造であり、ウェハ面を露出している。選択された値の圧力は、１つのウェハと他のウェハとの自己接合をするために、ウェハの各露出面の上に与えられる。
【０１８４】
また、ウェハ表面上に配置された接着剤は、１つのウェハと他のウェハを接合するのに使用される。接着剤は、エポキシ、ポリイミドタイプの材料などを含む。スピンオングラス層が、1つのウェハ表面をもう一方のウェハ表面上に接合するために使用することができる。これらのスピンオングラス（「SOG」）材料は、シロキサンまたはケイ酸塩を含み、多くの場合、アルコール系溶剤などと混合される。SOGは、低温（例えば、150から250度）のため、望ましい材料であり、それは、多くの場合、ウェハの表面にコーティングされた後にSOGを硬化させるために必要とされる。
【０１８５】
あるいは、様々なその他の低温技術は、ドナーウェハをターゲットウェハにつなぎ合わせるために使用することができる。例えば、静電接合技術は、2つのウェハを接合するために使用することができる。具体的には、１又は両方のウェハ表面は、他のウェハ表面に引き付けるために充電される。さらに、ドナーウェハは、熱圧着接合等の一般に知られている様々な技術を使用してターゲットウェハに融合させることができる。もちろん、使用される技術は、用途に依存する。
【０１８６】
図26に示すように、ウェハをサンドイッチ構造2600に接合した後、本方法は、基板材料を取り除くという制御された劈開動作を含み、それにより、ターゲット金属ウェハ2501上に接触面層（複数可）2605を重ね、さらに上に基板材料の薄膜2401を提供できる。制御された劈開動作は、ドナーおよび／またはターゲットウェハ上での、選択されたエネルギー配置、またはエネルギー源の位置決めまたはターゲット2601、2603によって、生じる。例えば、エネルギーインパルス（複数可）は、劈開動作を開始するために用いられる。インパルス（複数可）は、エネルギー源を用いて提供され、それは、とりわけ、機械的エネルギー源、化学的エネルギー源、熱シンクまたは熱的エネルギー源、および電気的エネルギー源を含む。
【０１８７】
制御された劈開動作は前述の技術、およびその他のいずれかの方法によって開始され、図26により示されている。例えば、制御された劈開動作を開始するためのプロセスは、基板内の選択された深さ（z0）で、制御された劈開動作を開始するために、
基板の選択される領域に、エネルギー2601、2603を提供するステップを用いており、すると、劈開動作は、劈開進行の伝播を用いてなされ、基板から取り除かれる基板材料を自由にできる。
特定の実施形態において、この方法は、前述のように、劈開動作を開始するために、単一のインパルスを使用する。あるいは、この方法は、開始インパルスを使用し、それは、基板の選択された領域に、他のインパルスまたは連続したインパルスが続くものである。あるいは、この方法は、基板に沿って走査するエネルギーによって持続される、劈開動作を開始するインパルスを提供する。あるいは、エネルギーは、制御された劈開動作を開始および／または持続するために、基板の選択された領域を横切って走査することができる。
【０１８８】
必要に応じて、基板材料のエネルギーまたは応力は、劈開動作を開始するのに必要なエネルギーレベルに向かって増加するが、本発明に係る基板に対して、インパルスまたは複数の連続したインパルスを向ける前の劈開動作を開始するのに十分ではない。基板の全体のエネルギー状態は、さまざまなエネルギー源を使用して上昇または低下させることができ、それは、化学的エネルギー源、機械的エネルギー源、熱的（シンクまたはエネルギー源）、または電気的エネルギー源、の、単体または組み合わせによる。化学的エネルギー源は、粒子、流体、気体、または液体を含むことができる。これらのエネルギー源は、材料領域における応力を増大させるため化学反応も含むことができる。化学的エネルギー源は、大量の流入、時間的変化、空間的変化、または連続なものとして導入される。他の実施形態では、機械的エネルギー源は、回転、平行移動、圧縮、拡大、または超音波エネルギーから生成される。機械的エネルギー源は、大量の流入、時間的変化、空間的変化、または連続なものとして導入することができる。
さらなる実施形態では、電気的エネルギー源は、印加された電圧または印加された電磁場から選択され、大量の流入、時間的変化、空間的変化、または連続なものとして、導入される。さらに別の実施形態では、熱的エネルギー源またはシンクは、放射、対流、伝導またはから選択される。この熱的エネルギー源は、とりわけ、光子ビーム、流体ジェット、液体ジェット、気体ジェット、電気／磁界、電子ビーム、熱電加熱、加熱炉、から選択することができる。熱シンクは、流体ジェット、液体ジェット、気体ジェット、極低温流体、過冷却液体、熱電冷却手段、電気/磁場などから選択することができる。先の実施形態と同様に、熱的エネルギー源は、大量の流入、時間的変化、空間的変化、または連続なものとして、適用される。また、上記実施形態のいずれかは、用途に応じて、組み合わせ、あるいは分離することができる。もちろん、使用されるエネルギー源のタイプは、用途に依存する。言及したように、グローバルエネルギー源は、制御された劈開動作を開始するためのエネルギーを提供する前に、材料領域での劈開動作を開始せずに、材料領域のエネルギーまたは応力のレベルを増す。
【０１８９】
ある実施形態では、本方法は、基板に粒子を導入する温度より低い温度を維持する。ある実施形態では、基板温度は、劈開動作の伝播を開始するためのエネルギーを導入するステップの間、−200と450度の間に維持される。基板温度は、また、400度未満の温度に維持することができる。特定の実施形態において、本方法は、グローバル熱的エネルギー源と機械的エネルギー源を使用し、劈開動作を開始し、維持する。
【０１９０】
最終的な接合ステップは、図27に示されるように、ある実施形態に係る、ターゲットウェハ2501と材料領域2501の薄膜との間で生じる。ある実施形態では、１つの金属ウェハ2400は、銅2505の接合層を含む、金属と導電性材料に重ねた層を有し、それは、図25に示すように、材料の薄膜を劈開する前に、面の上に積み重ねられる。銅層2505は、また、様々な他の技術（例えば、スパッタリング）を用いて形成することができる。ウェハ表面との間の銅層2505は、熱圧着接合を用いて互いに融合されている。銅 - 銅接合のための典型的な熱圧着プロセスは、(1) 100-400度の間の温度、(2) 0.5-1MPaの間の圧力、および（3）数分から数時間の処理時間である。それらは、正確な条件に依存する。
【０１９１】
ある状況下で、銅の厚さの比率を、ドナーとターゲット基板との間の50／50（つまり１）から、変更することは有利であり、ここで、ドナーの銅の厚さは最小化され、それによって、劈開開始を容易にするために、劈開面にできるだけ近くに、接合層を移動させることができる。例えば1um/1um銅の熱圧着接合層は、0.25um/2um（ドナーCuの厚さ/ターゲット基板のCu厚さ）になるように再設計され、ドナー材料の表面からの約0.25umに接合面を移動することができる。Ansysのシミュレーションを使用して、開始モーメントーエネルギーカップリングは、劈開の伝播（劈開接触面と一致する接合面）の間に、基準設定の25％から31％に改善している。
【０１９２】
ある実施形態に係る開始エネルギーを低減する、もう1つの方法は、接合に先立って開始領域と合致するドナー基板における制限された縁部領域を、取り除く、または、”掘り下げる”ことを含む。これは、劈開面における縁部の開始エネルギーを、2から3倍に、増大させることができる。この結果および改善が、Ansysの有限解析シミュレーションを用いて確認された。
【０１９３】
特に、図30および図31は、切断されていない、および、切断されている構成を示しており、ここで、Double-Cantilevered Cleave (DCB)の機械的負荷が与えられ、劈開面エネルギーが計算される。シミュレーションは、次の基板／層（下から上に）を備える。
１．下層：ドナーMo基板（48um）、E =330GPa
２．GaN系サブ劈開面層（2）：劈開底部2um+0.25umの「画像」層E=205GPa
３．GaN劈開層：0.25um膜が、劈開面E =205 GPa 上にあるGaN層の上に重なる。
４．反射／接触面層：0.25um、E=70GPa
５．銅接合層（2）：下部の0.25um+上部2um E=110GPaの接合面は、これらの二つの層の間にある。
６．上層：ターゲットMo基板（47.5um）、E =330GPa
点Aは、Cu-Cu系接合面である。点Bは、関連する劈開面領域である。
【０１９４】
DCB構成は、各基板に対して、離れる方向に、0.1nm/ Mのモーメントを適用することによって負荷が与えられる。参照しているDCBの機械的に解放されるエネルギーは、周知のDCB方程式GI = 12M2/Eh3（hは基板の厚さであり、EはMoヤング率によって支配される）を使用して計算される。負荷を与えてMoヤング率を使用すると、その式によれば、2.92 J/m2のGIの予測値をもたらす。参照エネルギー（GaN表面左側で未接合、および、連続したCu-Cu接合、を有するB点で亀裂を有する）は、シミュレーションされ、算出されたGI値に近い、2.91 J / m 2のエネルギーを与えられる。GIIは、全ての場合において、小さい（1％未満）ことが示されたので、その構成は、KI優勢とみなされることができる。
【０１９５】
図30の構成を使用して、A点の左側のCu-Cu接触面は、現在未接合であり、一方、点Bの左側のGaN接触面は、現在接合している。これは、負荷を与えることが開始されてない状態に相当する。Ansysシミュレーション結果は、点Bのちょうど右側にあるGIエネルギーは、0.86 J/m2のみで、基準の約31％に達しているだけであることを示している。これは、より多くの負荷が、2.91 J / m 2という高い劈開伝播エネルギーが生じる前に、GaN層中に亀裂を開始するために必要とされる、ことを示している。
開始エネルギーを低減するために、GaN層の縁部層3、4および下部Cu層5を取り除くと、モーメントーエネルギーカップリングを大幅に改善することができる。
【０１９６】
図31は、この修正された構成を示し、これらの層は、開始領域において、切断され、エッチングされ、または、他の方法で取り除かれる。この構成のAnsysシミュレーションは、2.91 J/m2 のGIを有する、非常に高いモーメントーエネルギー接合を示し、基本的に基準GIエネルギーの100％まで戻る。これは、劈開面の縁部領域を露出することが、実質的に開始モーメントーエネルギーカップリング接合を改善させることができることを示している。
【０１９７】
図25に示されるように、ウェハを接合した後、GaN HB-LEDの成長基板は、GaN材料2401の上層膜を有する、ターゲット基板2501と、ターゲット基板2501とターゲット金属ウェハ2400との間に、挟まれた、金属反射層2505を備えている。GaN材料の分離された膜の表面は、多くの場合、粗く2704、仕上げが必要である。仕上げは、研削および／または研磨技術の組み合わせを使用して生じる。
【０１９８】
ある実施形態で、分離された表面は、例えば、分離された表面に適用する研磨材を回転させるような技術を使用して、粗研磨、研磨ステップを受け、それにより、そこにある任意の欠陥または表面の粗さを削除できる。Logitech Limited of Glasgow, Scotland (UK) という会社によって作られた、“PM5 lapping & polishing system”のような機械は、この技術を提供することができる。
【０１９９】
あるいは、図28に示されるように、化学的機械的研磨または平坦化（「CMP」）技術は、膜の分離された表面を仕上げる。CMPでは、スラリー混合物は、回転プラテン2803に取り付けられる研磨面2801に直接、滴下される。このスラリー混合物は、スラリー源に取り付けされた傾斜台により研磨面に転写することができる。スラリーは、多くの場合、アルミナ研磨粒子と酸化剤、を含む溶液である。例えば、次亜塩素酸ナトリウム（NaOCl）、または、アルカリ性コロイダルシリカ、であり、それは、Logitech Limited社によって、SF1 または Chemloxという名前で販売されている。
研磨剤は、多くの場合、酸化アルミニウム、三酸化アルミニウム、非晶質シリカ、炭化ケイ素、ダイヤモンド粉末、およびそれらの任意の混合物である。この研磨剤は、脱イオン水および酸化剤等の溶液中で混合される。溶液は、酸性であってもよい。
【０２００】
この酸性溶液は、一般的に、研磨プロセス中、ウェハからの窒化ガリウム材料と相互作用する。研磨プロセスは、好ましくは、非常に硬質なポリウレタン研磨パッドを使用する。この研磨パッドの例は、Rodel製で、IC-1000の商品名で販売されているものである。研磨パッドは、選択された速度で回転する。キャリアヘッドは、膜を有するターゲットウェハを取り出し、選択された力が膜に適用されるように、ターゲットウェハの裏面に、選択された値の圧力を適用する。研磨プロセスは、膜の材料の選択された値の量を取り除き、それは、図29に示されるように、後続の処理のために、比較的滑らかな膜の表面2901を提供する。
N面または、Ga面に従って、GaNは、研磨され、適切な研磨粒子のサイズと研磨パッドを有するスラリーは、その結果使用されることができる。例としては、コロイド状シリカは、N面のために使用され、次亜塩素酸ナトリウムは、Ga面のために使用される。
【０２０１】
研磨に加えておよび/またはそれ以外で、一旦、高品質の単結晶GaNバルク基板からワークピースに転写されると、その他の表面準備の選択肢（それは、GaN層の表面状態を準備するために採用されることができる）が多くなる。
この表面準備の目的は、転写されたGaN層の結晶品質を回復することであり、それは、注入または劈開ステップに起因して、損なわれ、または損傷を受けた可能性によるものである。
a. 二酸化ケイ素またはAlN等の保護キャップの有無によらない、炉内の熱アニール工程。このキャップは、アニール温度と雰囲気気体条件によって必要である。
b. 1気圧の窒素雰囲気中でのGaNの場合、GaNの分解温度は800から900度程度に低くすることができる。キャップ層が用いられる場合、GaN結晶の分解なしに、アニール温度は、実質的に高くすることができる工程。
c. GaN表面の限られた厚さを取り除くためのプラズマ乾式エッチング工程。損傷を受けた表面領域を取り除き、高品質のエピタキシャル成長を可能にするため。
d. GaN表面の限られた厚さを取り除くための湿式化学エッチング工程。損傷を受けた表面領域を取り除き、高品質のエピタキシャル成長を可能にするため。
e. GaNエピタキシャル成長に先立つ、MOCVD反応器でのアニールおよびエッチング工程。これは、MOCVD反応器でのその場所で行うことができることを除いて、上記aと同様の手法である。これは、後続のエピタキシャル成長ステップが、十分な品質のGaN結晶が得られた場合に、前もって行う表面準備をすることなく、劈開GaN表面として使用することももちろん可能である。本明細書および図面に参照されるように、用語「研磨」は、いくつかの種類の表面加工について述べたものであってもよく、特定の実施形態に応じて、研磨することを含まれている場合、または、含まれていない場合がある。
【０２０２】
上記の説明は、ドナーGaNウェハに関するものであるが、他の基板を用いてもよい。例えば、基板は、ほぼすべての任意の、単結晶、多結晶、あるいはアモルファス型基板とすることができる。さらに、基板は、ガリウムヒ素のようなIII/V族材料、または、シリコン、炭化ケイ素、サファイア、および他のようなIV族材料で作ることができる。多層基板は、本発明に従って、使用することができる。多層基板は、GaN層基板、半導体基板上と、多数の他のタイプの基板とで、挟まれた様々な層、を含む。また、上記実施形態は、制御された劈開動作を開始するためのエネルギーのパルスを提供するという点で、一般的である。パルスは、制御された劈開動作を開始するために、基板の選択された領域を横切って走査されるエネルギーによって置き換えることができる。エネルギーは、また、制御された劈開動作を持続または維持するために、基板の選択された領域を横切って走査される。当業者であれば、本発明に従って用いられる、様々な、代替、修正、および変形を、容易に認識できる。
【０２０３】
別の実施形態は、ヘテロエピタキシャル成長のシード層として役割を果たすことができる単結晶膜の膜を取り付けてもよい。アタッチメントは、ターゲット基板上に、薄い結晶性金属膜のフレームを置き、周囲にある膜を劈開することによって、生じる。
膜は、その後、熱処理等により恒久的なものとすることができる。GaNヘテロエピタキシャル成長用の金属の単結晶膜の例としては、AlNおよびHfNのようなバッファ層を用いて、Cu（111）および（110）、Moモリブデン（111）および（110）である。 Agなどの他の金属も、GaN成長のためのシード層として研究されている。これらの金属は延性特性を有するので、ある場合には、負の格子不整合（金属格子間隔＜GaN格子面間隔）については、ターゲット基板に実装される前に、膜を延伸することにより、対処できる。
【０２０４】
本発明の別の実施形態は、
表面領域を含む半導体ワークピースを提供する工程と、
半導体ワークピースに劈開領域を形成するために、表面領域を通って複数の粒子を導入
する工程と、
半導体ワークピースの残りから、半導体材料の分離された厚さを劈開するためにエネルギーを適用する工程と、
および、半導体材料の分離された厚さを、追加の材料の層の熱膨張係数にほぼ等しい熱膨張係数を有する基板に、接合する工程とを有している方法を提供する。
【０２０５】
一実施形態では、接合は、材料の追加層と基板との間の取り外し可能な接合を含む。
【０２０６】
一実施形態では、取り外し可能な接合は、半導体材料の分離された厚さの表面粗さ、および/または、基板の表面粗さ、に基づいている。
【０２０７】
実施形態においては、取り外し可能な接合は、半導体材料の分離された厚さと、基板との間に存在する、犠牲となる材料に基づいている。
【０２０８】
一実施形態では、半導体材料の分離された厚さは、約10から100 umの間である。
【０２０９】
一実施形態では、半導体材料は接合され、半導体材料の分離された厚さは、約0.05から1umの間である。
【０２１０】
一実施形態においては、半導体材料は接合され、介在層は反射層を含む。
【０２１１】
実施形態においては、半導体材料が介在層と接合され、それによって、半導体材料の分離された厚さは、金属基板と熱的および電気的に導通状態が可能となる。
【０２１２】
実施形態においては、半導体材料は、介在する電気絶縁層と接合され、それによって、半導体材料の分離された厚さが、金属基板と熱的伝導性はあるが、金属基板に電気的に絶縁されている状態が可能となる。
【０２１３】
一実施形態では、基板は、金属基板を備える。
【０２１４】
一実施形態では、バルクインゴットを提供する半導体ワークピースを提供し、および、さらに、制御された劈開によるGaNを支える半導体ワークピースの層を分離する方法、を提供する。。
【０２１５】
一実施形態では、制御された劈開は、GaN窒化ガリウムを介して、半導体ワークピースに粒子を注入することによって形成された劈開領域に沿って劈開することを備えている。
【０２１６】
一実施形態では、半導体ワークピースを提供することは、ソーイングによって、バルクインゴットから分離されたウェハを提供することを備えている。
【０２１７】
一実施形態では、この方法は、GaN窒化ガリウムの応力を緩和することを含む。
【０２１８】
一実施形態では、応力を緩和することは、半導体ワークピースの少なくとも一部を取り除くことを含む。
【０２１９】
本方法の別の実施形態では、基板は、モリブデンまたはモリブデン合金からなる。
【０２２０】
結論として、特定の実施形態の範囲内にある、少なくとも以下のバリエーションは、記載されている。ある実施形態は、種々のドナー下層の基板と反射層／バリア層／封止層を使用してもよく、劈開を強化するための裏打ち技術を含む。ある実施形態によれば、ドナーは、GaN、Si、SiC又は他の半導体材料を含むことができる。劈開後、材料はさらなる成長のために研磨／準備されてもよい。
【０２２１】
上記は、特定の実施形態の十分な説明であるが、様々な変更、代替構造および等価物を使用することができる。上記は、選択されたステップ順序を使用して説明してきたが、他のものと同様に、記載されたステップの任意の要素の任意の組み合わせを使用することができる。加えて、あるステップは、実施形態に応じて、組み合わせられ、および/又は排除してもよい。さらに、水素粒子は、ヘリウムおよび水素イオンまたは重水素と水素イオンによって、置換することができ、代替の実施形態に従って、修正された線量および／または劈開特性を有する、劈開面の形成を可能にする。
さらに、粒子は、注入プロセスではなく、拡散プロセスによって導入することができる。もちろん、他の変形、修正、あるいは代替することも可能である。従って、上記の説明および例示は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
2016511934.tif 000003
2016511934.tif 000004
2016511934.tif 000005
2016511934.tif 000006
2016511934.tif 000007
2016511934.tif 000008
2016511934.tif 000009
2016511934.tif 000010
2016511934.tif 000011
2016511934.tif 000012
2016511934.tif 000013
2016511934.tif 000014
2016511934.tif 000015
2016511934.tif 000016
2016511934.tif 000017
2016511934.tif 000018
2016511934.tif 000019
2016511934.tif 000020
2016511934.tif 000021
2016511934.tif 000022
2016511934.tif 000023
2016511934.tif 000024
2016511934.tif 000025
2016511934.tif 000026
2016511934.tif 000027
2016511934.tif 000028
2016511934.tif 000029
2016511934.tif 000030
2016511934.tif 000031
2016511934.tif 000032
2016511934.tif 000033
2016511934.tif 000034
【図１】
2016511934.tif 000035
【図１Ａ】
2016511934.tif 000036
【図１Ｂ】
2016511934.tif 000037
【図１Ｃ】
2016511934.tif 000038
【図１Ｄ】
2016511934.tif 000039
【図２】
2016511934.tif 000040
【図３Ａ】
2016511934.tif 000041
【図３Ｂ】
2016511934.tif 000042
【図３Ｃ】
2016511934.tif 000043
【図３Ｄ】
2016511934.tif 000044
【図３Ｅ】
2016511934.tif 000045
【図４】
2016511934.tif 000046
【図５】
2016511934.tif 000047
【図６】
2016511934.tif 000048
【図７】
2016511934.tif 000049
【図８】
2016511934.tif 000050
【図９】
2016511934.tif 000051
【図１０】
2016511934.tif 000052
【図１１】
2016511934.tif 000053
【図１２】
2016511934.tif 000054
【図１３】
2016511934.tif 000055
【図１４】
2016511934.tif 000056
【図１５】
2016511934.tif 000057
【図１６】
2016511934.tif 000058
【図１７】
2016511934.tif 000059
【図１８】
2016511934.tif 000060
【図１９】
2016511934.tif 000061
【図２０】
2016511934.tif 000062
【図２１】
2016511934.tif 000063
【図２２】
2016511934.tif 000064
【図２３Ａ】
2016511934.tif 000065
【図２３Ｂ】
2016511934.tif 000066
【図２４】
2016511934.tif 000067
【図２５】
2016511934.tif 000068
【図２６】
2016511934.tif 000069
【図２７】
2016511934.tif 000070
【図２８】
2016511934.tif 000071
【図２９】
2016511934.tif 000072
【図３０】
2016511934.tif 000073
【図３１】
2016511934.tif 000074
【図３２Ａ】
2016511934.tif 000075
【図３２Ｂ】
2016511934.tif 000076
【図３３】
2016511934.tif 000077
【図３４】
2016511934.tif 000078
【図３５】
2016511934.tif 000079
【図３６】
2016511934.tif 000080
【国際調査報告】
2016511934.tif 000081
2016511934.tif 000082