(57)【要約】      （修正有）【課題】エピタキシャル成長の表面にできた欠陥を貼りあわせ基板に持ち込まない製造方法を提供する。【解決手段】表面近傍の域に欠陥を有する第一基板４から、第二材料でできたホスト基板２０上に、第一材料の層を移し変えるプロセスであって：ａ）第一の薄化基板２４を形成するために、第一基板を薄化する段階；ｂ）注入面６を形成するために前記第一基板にイオンまたは原子注入し、移し変えるべき層を画定する段階；ｃ）注入面に沿って基板を破断することにより、ホスト基板２０上に前記層を移し変える段階；を含むプロセスによって欠陥をなくした貼りあわせ基板を作ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホスト基板上に層を形成するためのプロセスであって、
ａ）堆積層を形成するために、結晶欠陥または組成均質性欠陥といった欠陥を有する表層部分と、該表層部分よりも欠陥の少ない埋没部分とを有する単結晶層（４）を堆積基板（３４）上に堆積する段階、
ｂ）前記層を薄化して表層部分を除去し、埋没部分を残して薄化層（２４）を形成する段階、
ｃ）注入域（６）を形成するために、堆積基板にイオンまたは原子注入する段階；
ｄ）前記薄化層（２４）および堆積基板（３４）を、ホスト基板（２０）に移し変える段階、及び 
ｅ）注入域に沿って堆積基板（３４）を破断する段階
を含むプロセス。
【請求項２】
段階ｃ）の前またはｄ）の前に、少なくとも一つの中間層（１０）を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記中間層が、酸化シリコンおよび／または窒化シリコンおよび／または酸化アルミニウム層であることを特徴とする、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
注入が、１．１０１６ｃｍ−２ないし４．１０１７ｃｍ−２の範囲の用量で行われることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項５】
ホスト基板（２０）が、ガラス、ガーネット、サファイア、ダイアモンド、またはセラミックでできていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項６】
ホスト基板（２０）がまた、接着を補助するための層を備えることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項７】
堆積層（４）が、段階ｂ）の前に１μｍ以上の厚さを有し、および薄化層（２４）が、段階ｂ）の後に１μｍ以下の厚さを有することを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項８】
段階ａ）が、堆積基板（３４）上での層（４）のエピタキシャル成長を含むことを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項９】
段階ａ）が、堆積層（４）を形成するために、対象物（７）のレーザアブレーションまたは陰極スパッタリングまたはイオンビームによる液相エピタキシまたは堆積を含むことを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１０】
堆積層の材料が、ガーネットであることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１１】
堆積層の材料が、ビスマスドープされた強磁性ガーネットであることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１２】
堆積基板が、ガーネット、例えばＧＧＧ、ＮｄＧＧまたはＳＧＧＧであることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
移し変え段階ｄ）が、直接接着または分子接着段階であることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１４】
ホスト基板（２０）が、一または複数の光学素子を備えることを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１５】
ホスト基板（２０）が、一または複数の導波管を備えることを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１６】
段階ｂ）が、単結晶層から少なくとも５００ｎｍの材料を除去することを可能にすることを特徴とする、請求項１ないし１５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１７】
ホスト基板（２０）が、イオン濃度の変動を受けたガラスまたはＩＩＩ−Ｖ半導体材料の層を備えることを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれかに記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板から膜を移し変えるためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ある材料は、基板上での液相エピタキシといった、結晶成長技術によって形成される。
【０００３】
これは、ガーネット基板（ＧＧＧ，ＮｄＧＧ，ＳＧＧ等）上に高品質の結晶磁性ガーネット膜を形成する場合、特にそうである。ＧＧＧとは、組成Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２を有する材料を意味し；ＮｄＧＧは、組成Ｎｄ３Ｇａ５Ｏ１２を有する材料を意味し；そしてＳＧＧＧは、置換型ガドリニウム・ガリウム・ガーネット、例えば組成Ｇｄ３−ｘ  Ｃａｘ  Ｇａ５−ｙ−ｚ  Ｍｇｙ  Ｚｒｚ  Ｏ１２を有するものである。
【０００４】
液相エピタキシ技術によって、一または複数マイクロメートル、さらには数十マイクロメートル程度の厚い膜または基板、例えば強いファラデー回転効果を特徴とするビスマス含有磁性ガーネット膜を形成することが可能となる。
【０００５】
しかしながら、このエピタキシ技術では、成長率が比較的高い。
【０００６】
したがって、数十マイクロメートル程度の厚さの基板の形成は、非常に短いエピタキシ時間を必要とするため、非常に扱いにくい。これにより、エピタキシャル浴出力時間をこの期間に集約することが必要となる。加えて、該出力時間中に形成された、エピタキシャルに成長した基板部分の組成は、既に作成されていた残りの基板と均質ではない。
【０００７】
したがって、こういった基板の組成の非均質性と、さらにはエピタキシャルに成長した膜の表層部分における欠陥という高いリスクがある。他の堆積技術、例えばアブレーションの間に組成が変化する対象物をレーザアブレーションし、結果として堆積物に変化をもたらす堆積でも、同様の問題が生じる。
【発明の概要】
【０００８】
上述の問題とは別に、本発明者は、周知の液相エピタキシ技術において、図１Ａに示したような、特にエピタキシャル成長層４の表層部分４０に現れている「縦断」型のある種の結晶欠陥２のある構造が得られることを明らかにした。非縦断欠陥２’もまた示されており、それらは特にエピタキシャル成長層の表層部分に存在する。
【０００９】
これらの欠陥は、膜の自由表面４’に向かって大きく、そして密集していく。これらの欠陥により、層の表層部分４０の使用ができなくなり、そして特にこの表層部分から膜を任意の基板に移し変えることができなくなる。
【００１０】
加えて、図１Ｂにおいて矢印３で示したように、これらの欠陥は、例えばイオン注入によって、注入エネルギーに応じた、表面４’に比較的近い基板中の深さ５に注入されるような、例えばガス種のエクソディフュージョンチャネルとして機能しうる。したがって、基板の表層部分４０に対応する膜は、イオンまたは原子注入、次いでホスト基板上に接着および移し変えることにより脆弱面６を形成するために、注入技術を用いて、特に均質にホスト基板上に移し変えることもできない。
【００１１】
エピタキシまたは任意の他の周知の技術によって作成された、別の種類の材料からなる層についても同種の問題が生じ、前記材料は、表層部分４０’に結晶欠陥または組成均質性欠陥または他の欠陥といった欠陥２を有し、これは特に受入基板への移し変えには使用できない。
【００１２】
本発明によると、欠陥を有するかまたは有しうる層の表層部分が除去され、前記層の最初は埋もれていた非除去部分と堆積基板の一部が、受入基板上に移し変えられる。層の最初は埋もれていた部分の組成は均質で、欠陥が殆どまたは全くないか、または除去された表層部分よりも少ない。
【００１３】
したがって、本発明は、
ａ）層、好ましくは単結晶を、堆積基板上に堆積する段階、
ｂ）薄化層を形成するために上記層を薄化する段階、
ｃ）注入域を形成するために堆積基板にイオンまたは原子注入する段階、
ｄ）前記薄化層および堆積基板を、例えばガラス、ガーネット、サファイア、ダイアモンドまたはセラミックでできたホスト基板に移し変える段階、移し変えは直接または分子接着により実行されうる、
ｅ）注入域に沿って、実質的には前記域の中立面に沿って堆積基板を破断する段階
を含む、ホスト基板上に層を形成するためのプロセスに関する。
【００１４】
堆積層の材料は、例えばガーネット、特にビスマスドープされた磁性ガーネットまたは強磁性ガーネットである。堆積基板は、ガーネット、例えばＧＧＧ、ＮｄＧＧまたはＳＧＧＧでできていてよい。
【００１５】
堆積層は、例えば単結晶堆積基板上でエピタキシャルに成長した単結晶層である。
【００１６】
堆積技術は、液相エピタキシであってよいが、対象のレーザアブレーションによる、または陰極スパッタリングによる、またはイオンビームによる堆積等、堆積層を堆積するための他の技術であってもよい。
【００１７】
段階ｂ）により、表面近くの表層欠陥および／または組成の非均質性を含む、堆積層の表層部分を除去することが可能となる。これらの欠陥としては、溶剤成分の組成中の濃縮、溶質成分の相対的変動、結晶欠陥（例えば縦断または非縦断転位、積層欠陥、介在物、沈殿物等）のサイズおよび／または密度の増大が挙げられる。
【００１８】
段階ｂ）は、少なくとも５００ｎｍの層厚を除去するために実行される。周知の通常の研磨および／または活性化段階は、最高で３０ｎｍないし５０ｎｍの材料を必要とし、いかなる場合であっても１５０ｎｍを超えない。
【００１９】
堆積物の最初の部分はそれ自体が部分的に欠陥があるか非均質であるため、堆積層ではなく下層の堆積基板中に脆弱域が生成される。ホスト基板上に移し変えられた膜は、その結果、堆積物が上部に形成される基板部分を含む。
【００２０】
堆積層の最初の厚さは１μｍ以上であってよい。段階ｂ）の間に、当該層は、好ましくは１μｍまたはさらには５００ｎｍ以下の厚さだけが残るようにエッチングまたは薄化される。
【００２１】
任意で、薄化またはエッチングした後に得られた層上に、一または複数の中間層が堆積され、これは、保護および／または直接接着を補助するための一または複数の層、例えば酸化シリコンおよび／または窒化シリコンおよび／または酸化アルミニウム層など、同一材料からなっていても、なっていなくてもよい。
【００２２】
イオンおよび／または原子注入域は、一または複数の中間層の形成前または後に、堆積基板中に形成できる。例えば、水素および／またはヘリウムといった一または複数のガス種が注入される。当該段階により、堆積基板中に、ある程度の深さに脆弱域または面を形成することが可能となる。
【００２３】
ホスト基板に付加される薄化層の表面は、段階ｄ）の前に組み合わせ準備ができる。
【００２４】
よって、少なくともホスト基板、堆積層の薄化部分であって任意でホスト基板と薄化部分との間に中間層を有する部分、および堆積基板部分を備えた構造体が得られる。当該堆積基板部分は除外されてもよい。
【００２５】
最初の堆積層の表面または表層部分が、薄化前に、ある程度密集したまたは第一の密度の一定の平均サイズの欠陥を有する場合、付加される薄化層は、これらの欠陥を持たないか、または第一の密度よりも低い密度の欠陥、および／またはより小さいサイズの欠陥を有する。
【００２６】
ホスト基板は、一または複数の機能性、例えば一または複数の光学素子、および／またはイオン濃度の変動を受けたガラスまたはＩＩＩ−Ｖ半導体材料の少なくとも一つの層、および／または一または複数の導波管を備えてよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１Ａおよび１Ｂは、先行技術のプロセスを示す。
【図２】図２Ａないし２Ｆは、本発明によるプロセスの段階を示す。
【図３】レーザアブレーションによる堆積技術を示す。
【実施例】
【００２８】
本発明の第一の実施態様を、図２Ａないし２Ｆと関連して提供する。
【００２９】
まず、層４のエピタキシャル成長プロセスを、成長基板３４上で実行する（図２Ａ）。例えば、非磁性置換型ガドリニウム・ガリウム・ガーネット基板３４（ＳＧＧＧ）上でエピタキシャルに成長した、ビスマス（例えば組成Ｂｉ０．８  Ｔｍ０．２５Ｇｄ１．４５Ｐｒｙ０．３５）（Ｇａ０．７  Ｆｅ４．３）Ｏ１２）ドープされた磁性ガーネットの層４が形成される。該基板は、形成する膜とメッシュパラメータが類似するように置換される。
【００３０】
ガーネットの化学組成、ＳＧＧＧおよびＧＧＧは、導入にて既に示したものである。
【００３１】
得られた層４は、例えば１μｍまたはそれ以上、例えば２μｍまたは５μｍ程度の厚さＥを有しうる。タイプ２，２’（図１Ａ）の欠陥は当該図で示されていないが、特に表層部分４０に存在するか存在しうる。したがって、例えば化学的機械的研磨および／または化学攻撃により層４は薄化される。このようにして基板の表層部分４０が除去される。
【００３２】
結果、得られた薄化層２４の厚さｅ（図２Ｂ）は、最初の厚さよりも薄い。それは、例えば１μｍ以下であって、数百ｎｍ程度、例えばさらには３００ｎｍなど５００ｎｍ以下である。
【００３３】
次いで、一または複数の中間層１０（例えば酸化シリコンおよび／または窒化シリコン）の堆積が行われる（図２Ｃ）。様々な中間層（単数または複数）が異なる機能を有しうる。この層、またはこれらの層のいくつかは、例えばその後注入される種のエクソディフュージョンを抑えるための保護として機能するものであり、ここで当該層または他の層（例えばＳｉＯ２の層１０）は後続の直接接着を容易にするものである。
【００３４】
次に（図２Ｄ）、成長基板３４に脆弱域または面６を形成するために原子および／またはイオン注入が実行される。この脆弱域は後に、基板３４から、層２４、および任意で、上述した機能を一または複数有する一または複数の中間層１０を含む薄層１４を分離することを可能にするものである。
【００３５】
あるいは、成長基板３４での注入段階と中間層１０の堆積段階の順序を逆にして、層１０を形成する前に基板３４で注入を行うこともできる。
【００３６】
基板３４での注入の深さは、特に注入エネルギーに依存する。この深さは例えば、ＳＲＩＭシミュレーションソフトウェアプログラム；例えば"The Stopping and Range of Ions in Solids", J. F. Ziegler, J. P. BiersackおよびU. Littmark, Pergamon Press, ニューヨーク, 1985、およびwww.SRIM.orgにてJ. F. Zieglerにより提供を参照のこと、により予め決定できる。
【００３７】
注入量は例えば、１．１０１６ｃｍ−２ないし４．１０１７ｃｍ−２の範囲である。
【００３８】
例えば、ヘリウム注入単独の場合、注入量は、好適には５．１０１６ｃｍ−２ないし２．１０１７ｃｍ−２である。有利には７．１０１６ｃｍ−２と等しいか、またはその程度である。
【００３９】
水素注入単独の場合、注入量は、好適には５．１０１６ｃｍ−２ないし３．１０１７ｃｍ−２であり、有利には７．１０１６ｃｍ−２ないし１．５×１０１７ｃｍ−２である。
【００４０】
次いで、ホスト基板２０の表面２０’が化学洗浄により準備される（図２Ｅ）。層２４の表面、任意で最も外側の層１０の自由面１０’についても同様である。表面２０’もまた、接着を補助するための層（図２Ｅでは図示せず）を備える。
【００４１】
ホスト基板２０は好ましくは、移し変えられる層２４（または基板３４）と等しいか、または比較的近い熱膨張係数を有する。ホスト基板２０は例えば、２  １０−６／Ｋを超える、例えば５  １０−６／Ｋの熱膨張係数を有するガラス、または（移し変えられる層２４がガーネットの場合）また別のガーネット、またはサファイア、またはダイアモンド、またはセラミック、例えばアルミナ等であってよい。ホスト基板は、接着層、例えば堆積ＳｉＯ２層で覆われていてよい。これらの物質は、ガーネット成長基板３４から層２４を移し変える場合に特に適切である。
【００４２】
ホスト基板は、例えば集積光学アプリケーションのための、化合物を支持することができる層（例えばＩＩＩ−Ｖ半導体材料、またはイオン濃度の変動を受けたガラスでできたもの）を含みうる。また、例として、ホスト基板は導波管を含みうる。
【００４３】
層２４は次いで、その自由面、または層１０の自由面が直接または分子接着によりホスト基板に移し変えられる（図２Ｅ）。
【００４４】
続いて脆弱面６に沿った破断が、特に熱処理の温度に応じて通常数分から数時間に亘る、３００℃ないし６００℃の範囲内、および有利には４００℃ないし５００℃の範囲内の熱処理によって行われる。例えば、ヘリウム注入の場合、４９０℃で５時間である。
【００４５】
この破断は例えば、Ｓｍａｒｔ  ＣｕｔＴＭ処理で実行される種類である。この処理は、B. AsparおよびA. J. Auberton-Herveによる記事"Silicon Wafer Bonding Technology for VLSI and MEMS applications", S. S. IyerおよびA. J. Auberton-Herve編, 2002, INSPEC, ロンドン, Chapter 3, pages 35-52に記載されている。
【００４６】
この破断は、それ自体が部分的に欠陥があるか非均質でありうる（但し除去された表層部分４０ほどではない）層２４の移し変えを可能とするものであり、図１Ａおよび１Ｂと関連して上述したようなリスク、特に注入された種のエクソディフュージョンのリスクを回避する。
【００４７】
図２Ｆに図示した、得られた構造体は、移し変え基板２０に加えて、例えば保護および／または直接接着を補助するための一または複数の中間層１０（ある場合）、および膜または層２４を備える。欠陥２のような欠陥が殆どまたは全くない最初の層４の域を元とする移し変えられた層２４は、除去された表層部分４０よりも少ない欠陥および／または小さい欠陥を有する。
【００４８】
次に、成長基板３４から形成される層１４が除去される。接触面は熱処理により強化できる。
【００４９】
以下に提供する２つの実施例は、ガーネット層２４のガラス基板２０上への移し変えを説明するものである。
【００５０】
第一の実施例では、ガーネット層４のエピタキシがまず実行される（図２Ａ）。このようにエピタキシャルに成長した層４の厚さは、エピタキシ直後でＥ＝１．８μｍ程度である。
【００５１】
膜の最も欠陥のある、または最も均質性のない部分を除去するための化学的機械的研磨および化学的薄化の後には、約３５０ｎｍの厚さｅを有するエピタキシャル層２４が残る（図２Ｂ）。
【００５２】
その後、２つの堆積１０、まずＳｉＮの５０ｎｍの堆積と次にＳｉＯ２の２００ｎｍの堆積が続けて、３００℃で行われる。
【００５３】
注入は、２００ｋｅＶのエネルギーでの、７．１０１６  Ｈｅ＋．ｃｍ−２の量のヘリウム注入である（図２Ｄ）。これらの注入条件により、最初のエピタキシ基板３４の約２００ｎｍの深さに脆弱域を形成することが可能となる。この場合、ＳＧＧＧ基板３４が使用される。機械的化学的研磨作業が上で実行され、次いで当該研磨された層の表面洗浄が行われる。５０ｎｍの厚さのＳｉＯ２が残る。
【００５４】
受入ホスト基板２０の表面２０’が洗浄される。表層ＳｉＯ２層の表面が、直接接着により前記表面２０’と組み合わせられる。
【００５５】
最後に、４９０℃で５分間の熱処理が、基板３４の破断を可能とする（図２Ｆ）。
【００５６】
ホスト基板２０に移し変えられた総厚は約６４０ｎｍである。脆弱域が成長基板３４内にあるため、これは以下の組み合わせに相当する（図２Ｆ）：
ＳｉＯ２層１０／ＳｉＮ層１０／磁性ガーネット層２４／ＳＧＧＧ層１４。
【００５７】
第二の実施態様では、ガーネット層４のエピタキシ（図２Ａ）がＳＧＧＧ基板３４上で最初に行われる（エピタキシ後の厚さはＥ＝１．８μｍ）。
【００５８】
化学的機械的研磨および化学的薄化の後、約３００ｎｍに相当する厚さｅを有する層４’が残る。
【００５９】
ＳｉＯ２の８０ｎｍの堆積１０が次いで行われる。
【００６０】
注入は、１．１０１７  Ｈ＋．ｃｍ−２の用量と２１０ｋｅＶのエネルギーでの水素イオン注入である（図２Ｃ）。こういった注入状況の場合、最初のエピタキシャル基板３４において約１μｍの深さで脆弱化が起こる。堆積される酸化物の種類およびその表面の粗さに応じて、ＳｉＯ２層１０の表面が化学的機械的研磨段階（ＣＭＰ）により処理され、次いで、当該研磨された層の表面が、続く直接接触に適したものとなるよう洗浄される。５０ｎｍの厚さのＳｉＯ２層が残る。
【００６１】
当該層の洗浄が行われる。
【００６２】
受入基板２０の表面２０’が洗浄される。該層上に直接接着によりＳｉＯ２層１０が組み合わせられる（図２Ｅ）。
【００６３】
最後に、４５０℃で４時間の熱処理により、基板３４の破断が可能となる（図２Ｅ）。
【００６４】
ホスト基板に移し変えられる総圧は、約１．３５μｍである。脆弱域が成長基板３４内にあるため、これは、ＳｉＯ２層１０／磁性ガーネット層２４／ＳＧＧＧ層１４の組み合わせに相当する。
【００６５】
本発明は、より広くは、表層部分が堆積作業中および／または堆積後の処理作業中に「劣化」されうる結晶層の埋没部分のいかなる移し変えにも適用する。劣化に伴い、層の最終成長部分が、堆積の最初の部分よりも多くの欠陥または大きな欠陥を有すること、および／または用いられる堆積方法に関連した、表層部分の組成の変化、および／または層の前記表層部分への含有物および／または沈殿物が生じうる。
【００６６】
これらの全ての場合において、表層部分を除去または犠牲にして、図２Ｃないし２Ｆと関連して上述した段階が実行される。
【００６７】
本発明と関係する液相エピタキシ以外の堆積技術としては、レーザアブレーション、陰極スパッタリング、イオンビーム等が挙げられる。これらの技術は、堆積中または堆積後に、非堆積層の自由面に最も近い部分に、非均質組成を形成または欠陥を増加させる可能性がある。したがってこれらの技術によって堆積層は、移し変え基板上への直接の移し変えができず、本発明にしたがって、図２Ｃないし２Ｆに関連した上記段階の実行前に表層部分が除去される。
【００６８】
そして、図３は、レーザビーム５による対象物７のアブレーションによる、堆積基板３４上への層４の形成を示す。ビーム５の作用は、対象物の材料の進行性の溶融といった対象物への影響または他の影響を及ぼすため、対象物の組成は経時的に変化する。層４を形成する元である対象物７が変化すると、層４の組成も同様に変化する。この場合もまた、本発明において、図２Ｆに関して上述したような、基板３４へのイオン注入後の層４の上側部分の除去および該層の残り部分２４および基板３４の一部の移し変えにより、この課題の解決が可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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