(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット基板（２４）上に半導体薄膜（４）が固着された構造を製造するための方法であって、
ａ）前面と称される開放された第１の面（１０）と、後面と称されかつ第１の基板に対して第１の結合エネルギ（Ｅ０ ）でもって結合される第２の面（８）とを有する前記半導体薄膜を、前記第１の基板（２）上に備えた第１の構造を製造する工程と、
ｂ）前記薄膜と前記第１の基板との結合体に前記第１の結合エネルギに打ち勝ち得る引き離し力を印加することにより前記薄膜（４）を前記第１の基板（２）から引き離すことと、前記薄膜（４）を前記ターゲット基板（２４）に固着させることとを行って、前記薄膜（４）を前記第１の基板から前記ターゲット基板（２４）へと移送する工程とを具備し、
前記ｂ）記載の工程は、
ｂ１） マニピュレータ（１２）を、前記薄膜（４）の前記第１の面（１０）に対して、前記第１の結合エネルギよりも大きい第２の結合エネルギ（Ｅ１ ）でもって固着させる工程と、
ｂ２） 前記薄膜（４）を前記第２の面（８）において水平に前記第１の基板から引き離すことにより、前記薄膜（４）と前記第１の基板（２）とを分離させる工程と、
ｂ３） 前記薄膜（４）の前記第２の面（８）を前記ターゲット基板に第３の結合エネルギ（Ｅ２ ）でもって固着させるとともに、前記薄膜（４）を前記マニピュレータから分離させる工程とを具備することを特徴とする基板上に半導体薄膜を有する構造の製造方法。
【請求項２】
前記第３の結合エネルギ（Ｅ２ ）は、前記第２の結合エネルギ（Ｅ１ ）よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記第１の基板（２）は、前記薄膜の膨張係数と均等な膨張係数を有することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項４】
前記引き離し力は、張力および／または剪断力を備えることを特徴とする請求項１または２記載の製造方法。
【請求項５】
前記 ｂ３）工程において、前記薄膜（４）と前記マニピュレータとの分離が、前記薄膜（４）の前記ターゲット基板（２４）への固着の後になされることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項６】
前記 ｂ３）工程において、前記薄膜（４）と前記マニピュレータとの分離が、前記薄膜（４）の前記ターゲット基板（２４）への固着に先立ってなされることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項７】
前記 ｂ３）工程において、前記マニピュレータと前記薄膜とは、前記マニピュレータを溶解させるために溶解槽に浸漬され、前記薄膜は、前記ターゲット基板上に集められることを特徴とする請求項６記載の製造方法。
【請求項８】
前記 ｂ１）工程において、前記マニピュレータ（１２）と前記薄膜（４）との固着は、静電力によりもたらされ、そして、前記 ｂ３）工程において、前記薄膜（４）と前記マニピュレータ（１２）との分離は、前記静電力を除去することによりなされることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項９】
前記固着が、固着されるべき表面の熱的および／または圧力的および／または化学的表面処理によりなされることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項１０】
前記薄膜と前記マニピュレータとの前記固着は、接着剤によりなされることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項１１】
前記ターゲット基板は、前記薄膜の前記第１の面および第２の面の一方に対して接触する表面を有することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項１２】
前記薄膜（４）は、単結晶半導体材料膜であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体薄膜の膨張係数に対して均等なあるいは異なる膨張係数を有する基板上に、半導体薄膜を構成した構造の製造方法に関するものである。本発明は、マイクロエレクトロニクスの分野に特に応用可能であり、また、石英基板あるいはガラス基板上に薄膜状の単結晶シリコン膜を形成した構造の製造に際してさらに好適なものである。そのような構造は、例えば、アクティブマトリクス型の平面表示装置の製造に使用される。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜と異なる性質を有する基板に対して薄膜を配置する際には、一般に、異なる膨張係数に基づく膨張度の差の問題が発生する。この問題が特に端的に現れる一例を、ガラス基板あるいは石英基板上に単結晶シリコン膜を配置する場合に見ることができる。シリコンの膨張係数は、およそ２．６から２．８ｐｐｍ／℃であり、一方、石英の膨張係数は、およそ０．２から０．５ｐｐｍ／℃である。ガラスに関しては、膨張係数は、特にその組成によって決まるものであり、シリコンの膨張係数と石英の膨張係数の間の値である。薄膜と基板との間の膨張係数の差は、重大な機械的応力をもたらす。
【０００３】
既知の薄膜の製造工程、例えば、石英基板への単結晶シリコンの製造は、以下の工程を有している。
−石英基板上に単結晶シリコンウェハを周囲温度で固着させる。この場合、固着に先立って両表面を清浄とし、化学処理を施しておく。
−過度に膨張応力を生成させずに結合エネルギを増加させるために、５０から７０℃の低温で熱処理を施す。ここで、過度に膨張応力を生成させてしまうと、基板やウェハが割れたり分離したりすることになる。
−シリコンウェハを機械的、機械化学的（mechanicochemical） あるいは化学的に侵食して、数マイクロメートルから数十マイクロメートルの厚さのシリコン膜だけを残す。
−シリコン膜の固着力を高めるために１００℃を少し超える温度で熱処理を施す。この処理中においてシリコンと石英との境界にはたらく応力は、シリコン膜の膜厚が薄くなるほど、より小さいものとなる。
−所望の厚さを得るために膜に対して化学的あるいは機械化学的な最終研磨を行う。
−シリコン・石英間の結合を完全なものとするために、例えば６００℃で高温熱処理を行う。
【０００４】
通常は、連続的ないくつかの侵食工程および熱処理工程が必要である。侵食工程により、ウェハの厚さを漸次減少させることができる。熱処理は、膜と基板との間の結合エネルギを増加させるけれども、膜と基板との間の異なる膨張に基づく機械的張力を発生させてしまう。膜厚を薄くすることにより、すなわち侵食は、膨張差に基づく現象を改良することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
多数の連続した工程、特に熱処理工程および侵食工程は、前記薄膜の製造工程を非常に複雑なものとし、かつ、コストがかさむものとしている。さらに、これら熱処理工程および侵食工程は、微細に得られた薄膜の品質を低下させる。
【０００６】
さらに、基板と薄膜とが均等な膨張係数を有する場合でさえも、基板上への直接的な膜形成は、問題を起こすことになるとともに、移送工程の実行を必要とする。これは、例えば、薄膜製造のために使用される温度が基板の許容温度を超えるような場合である。
【０００７】
本発明の目的は、既知の製造方法における複雑さに苦しめられない製造方法を提供することであり、またそれにより良質な薄膜の形成をもたらすことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記欠点を克服するため、本発明は、ターゲット基板上に半導体薄膜が固着された構造を製造するための方法であって、
ａ）前面と称される開放された第１の面と、後面と称されかつ第１の基板に対して第１の結合エネルギＥ0 でもって結合される第２の面とを有する半導体薄膜を、第１の基板上に備えた構造を製造する工程と、
ｂ）薄膜と第１の基板との結合体に第１の結合エネルギに打ち勝ち得る引き離し力を印加することにより薄膜を第１の基板から引き離すことと、薄膜をターゲット基板に固着させることとを行って、薄膜を第１の基板からターゲット基板へと移送する工程とを具備することを特徴としている。
【０００９】
本発明のある形態においては、前記ｂ）記載の移送工程は、
ｂ1） マニピュレータ（a  manipulator）を、薄膜の第１の面に対して、第１の結合エネルギよりも大きい第２の結合エネルギＥ1 でもって固着させる工程と、
ｂ2） 薄膜をその第２の面において水平に第１の基板から引き離すことにより、薄膜と第１の基板とを分離させる工程と、
ｂ3） 薄膜の第２の面をターゲット基板に第３の結合エネルギＥ2 でもって固着させるとともに、薄膜をマニピュレータから分離させる工程とを具備している。
【００１０】
マニピュレータという用語は、基板のような支持体を意味するものとして理解される。そして、マニピュレータにより、特に薄膜を第１の基板から分離する際などに、薄膜を支持あるいは保持することができる。この支持体は、薄膜を機械的に把持して引き離し力を作用させるものとして機能する。
【００１１】
薄膜とマニピュレータとの結合体に引き離し力を印加して薄膜をマニピュレータから分離させるためには、第３の結合エネルギＥ2 を、第２の結合エネルギＥ1 よりも大きくする。
【００１２】
本発明のある変形においては、前記ｂ）記載の移送工程は、薄膜の第１の面をターゲット基板に対して第１の結合エネルギよりも大きい結合エネルギでもって直接的に固着させ、これに続いてその後、薄膜を第１の基板から引き離す工程を具備している。
【００１３】
本発明の結果として、薄膜は、第１の基板上に直接的に形成することができる。すなわち、薄膜の膨張係数と均等か非常に近い膨張係数を有する基板上に直接的に形成することができる。これは、例えば既知の接触処理、例えばウェハの結合により、また機械的あるいは機械化学的侵食により達成することができる。このような場合においては、異なる膨張に基づく問題が発生することはなく、薄膜の膜厚低減処理を非常に容易に行うことができる。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、薄膜は、希ガス（rare gas）のイオンあるいは水素のイオンを補助基板（a supplementary substrate） 中にその表面から注入（an  implantation）することにより得ることができる。この注入により、補助基板において薄膜表面を形成する平面と実質的に一致して広がるガス状のマイクロバブルの層が生成される。イオンの注入深さにより、薄膜の膜厚を制御することができる。本発明においては、第１の基板は、薄膜に対して第１の結合エネルギでもって固着される。これに引き続いて、結晶再配列効果およびガス状マイクロバブルにおける圧力効果による剥離、すなわち薄膜の補助基板の残余からの剥離をもたらす熱処理が行われる。
【００１５】
薄膜への第１の基板の供給に続いて、薄膜の開放面には、直接ターゲット基板が固着されるか、マニピュレータが固着されるかである。
【００１６】
マニピュレータは、例えばフィルムであっても良いし、あるいはポリ塩化ビニルのような有機材料からなる柔軟なシートであっても良い。また、アルミニウムフィルムを使用することもできる。
【００１７】
本発明における固着は、固着されるべき表面の熱的および／または圧力的および／または化学的表面処理によりなされる。特に、薄膜とマニピュレータとの固着の場合には、アクリル系接着剤（an acrylic adhesive） あるいはエポキシ系接着剤（an epoxy adhesive） 等の接着剤によりマニピュレータを覆って使用することもまた可能である。
【００１８】
マニピュレータと薄膜との間の結合エネルギが、薄膜と第１の基板との間の結合エネルギよりも大きいことは重要である。
【００１９】
マニピュレータと薄膜とを固着させる他の可能な方法は、これら２つの部材間に静電力を適用することである。半導体薄膜とマニピュレータとの間には、電界が印加される。この場合、マニピュレータは、アルミニウムのような電気を導通する材料からなる電極（armature）を形成する導電性フィルムを有している。
【００２０】
絶縁性フィルムあるいは絶縁性コーティングが、導電性フィルム上に、キャパシタの誘電体を形成するために設けられる。この場合のキャパシタの電極は、導電性フィルムと薄膜とである。これら２つの電極間に電圧を印加することにより、薄膜とマニピュレータとの間に結合エネルギを生成することができ、この結合エネルギは、静電張力を調節することにより制御することができる。結合力を印加することや除去することは、単に、静電張力を印加したり除去したりすることで達成できる。
【００２１】
マニピュレータが薄膜に堅固に結合したとき、すなわち第１の基板と薄膜との結合エネルギＥ0 よりも大きい結合エネルギＥ1 でもって結合したときには、（第１の基板と薄膜との）引き離し工程が行われる。
【００２２】
本発明における引き離しには、たいてい張力および／または剪断力を利用することができる。張力および／または剪断力という用語は、結果として生じる力を意味するものとして理解される。したがって、張力および／または剪断力は、単独の力であっても良いし、複数の力に分類されるものであってそれらの作用が組み合わさったものであっても良い。
【００２３】
薄膜のターゲット基板への固着と、薄膜のマニピュレータからの分離とは、いかなる順序で行っても良い。つまり、薄膜のターゲット基板への接触は、マニピュレータからの分離の先にも後にも行うことができる。
【００２４】
操作の順序は、ターゲット基板に接触される薄膜の面に依存する。本発明によれば、ターゲット基板は、薄膜の前面および後面のいずれに対しても接触可能である。
【００２５】
本発明の第１実施形態によれば、薄膜の後面は、前面がマニピュレータと接触しているときには、開放面となり、ターゲット基板の一面に固着される。この固着は、また、既知の方法により、接着剤を利用して、あるいは表面処理および／または熱処理および／または圧力を利用して、あるいは静電力を利用して達成することができる。
【００２６】
マニピュレータは、その後薄膜から分離される。分離は、薄膜を第１の基板から分離させる操作と同様に、引き離し力の効果で達成される。この場合、薄膜とターゲット基板との結合エネルギＥ2 が、薄膜とマニピュレータとの結合エネルギＥ1 よりも大きいことが重要である。
【００２７】
マニピュレータと薄膜との結合が静電力によりなされている場合には、分離は、単に、その静電力を除去するだけで行える。薄膜とマニピュレータとの分離は、マニピュレータを溶解槽（chemical  bath）中で溶解させることによっても達成することができる。
【００２８】
本発明の他の実施形態によれば、薄膜のマニピュレータからの分離は、ターゲット基板との接触前に行われる。マニピュレータと薄膜とにより形成される結合体は、マニピュレータを溶解し得る溶解槽に浸漬される。マニピュレータがアルミニウムから形成されているときには、溶解槽としては、フッ化水素酸を使用することができる。接着がエポキシ樹脂系接着剤でなされている場合には、接着剤は、例えば、硝酸により溶解される。
【００２９】
マニピュレータが溶解されたときには、薄膜は、溶解槽表面に漂うことになる。薄膜は、溶解槽中に共に浸漬された後、例えばピンセットにより溶解槽の表面に引き上げられて、ターゲット基板上に集められる。
【００３０】
この製造方法の実施形態によれば、薄膜をターゲット基板に集める際に、薄膜の前面および後面のいずれをもターゲット基板に接触させることができる。
【００３１】
薄膜のターゲット基板への移送を容易にするためには、ターゲット基板を薄膜よりも大きなサイズとすれば良い。
【００３２】
本発明の他の特徴点および利点は、添付図面を参照して以下に記述されている。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は、第１の基板とこの基板に対して接触状態にある薄膜との概略的な断面図である。
図２は、基板、薄膜およびこの薄膜と接触状態にあるマニピュレータの概略的な断面図である。
図３は、薄膜と接触状態にあるマニピュレータの概略的な断面図であって、薄膜は、第１の基板から分離されている。
図４は、マニピュレータ、薄膜およびこの薄膜が移送されるターゲット基板の概略的な断面図であって、マニピュレータは、薄膜から分離されている。
【００３４】
図１は、第１の基板２、およびその上に形成された薄膜４からなる開始時点での構造を示している。この場合、基板２は、例えば半導体材料であり、薄膜４は、単結晶構造を有していることが好ましい。
【００３５】
既知の方法においては、薄膜の形成は、例えば、周囲温度におけるシリコンウェハの基板２に対する結合過程と、基板２に対するウェハの結合エネルギを高めるための熱処理過程と、膜厚を減少させるための侵食過程とを有している。これらの操作は、薄膜と基板とが同じ性質を有しているとき、あるいは本質的に同じ膨張係数を有しているときのどちらかであれば、容易に達成することができる。
【００３６】
本発明、および特に本発明による実施形態によれば、薄膜４は、希ガスイオンあるいは水素イオンの補助基板へのある深さまでの注入により形成することができる。そのような注入は、補助基板においてガス状のマイクロバブルを含む薄い層を生成し、この薄い層は、薄膜を形成し、前記薄膜が第１の基板に固着されたときに引き続いて補助基板の残余から薄膜を分離させるための剥離”平面”を構成する。そのような薄膜形成方法は、例えばフランス特許２６８１４７２に記述されている。
【００３７】
このとき、薄膜４は、基板２と接触状態にある後面８と、開放された前面１０とを有している。
【００３８】
マニピュレータ１２は、例えば図２に示すように、例えばエポキシ樹脂系接着剤で覆われたアルミニウム板あるいはアクリル系接着剤で覆われたポリ塩化ビニルである。そして、マニピュレータ１２は、薄膜４の前面１０に対して結合エネルギＥ1 で結合されている。この結合エネルギＥ1 は、薄膜４と基板２との結合エネルギＥ0 よりも大きい。薄膜４の後面８は、基板２と接触したままである。
【００３９】
図２において、それぞれ矢印１４および１６で示されている張力および剪断力は、マニピュレータ１２および／または基板２に印加されている。基板２は、これら張力および剪断力がマニピュレータ１２に印加されるにしても、定位置に固定状態とされている。張力１４および剪断力１６は、薄膜４と基板２との分離を引き起こす。このとき、薄膜４は、図３に示すように、マニピュレータ１２と接触したままである。
【００４０】
図３は、また、静電力を利用した薄膜４とマニピュレータ１２との他の接触方法を概略的に示すものである。好ましくは金属体とされたマニピュレータ１２は、高電圧電源の一方の端子１８に接続されている。薄膜４は、高電圧電源の他方の端子２０に接続されている。この場合、マニピュレータ１２を薄膜４から電気的に絶縁するために、絶縁層２２が、マニピュレータ１２の面上に形成されている。この場合、マニピュレータ１２および薄膜４は、それぞれキャパシタの電極を形成しており、電圧が端子１８、２０間に印加されたときには、静電力により（絶縁層２２を介して）互いに引き合うようになっている。
【００４１】
図４は、薄膜４がターゲット基板２４に固着される様子を示しており、これとともに薄膜４とマニピュレータ１２との分離の様子を示している。ターゲット基板２４の寸法は、薄膜４の寸法よりも大きいことが好ましい。例えば、ターゲット基板は、直径１２．５ｃｍのペレットであり、これに対して薄膜の表面８あるいは１０の寸法は、１０ｃｍである。
【００４２】
ターゲット基板２４は、例えば、ガラス板あるいは石英板であり、薄膜の膨張係数とは異なった膨張係数を有することもある。したがって、固着が例えば接触面の化学処理によりなされた場合には、周囲温度で固着を達成することができ、膨張の問題は発生しない。結合エネルギを高めるために、この工程に熱処理工程を続けることもできる。薄膜４が形成される際に、あるいはターゲット基板２４との接触に先立って厚さが減少される際に、熱処理は、過度の膨張差による応力を発生させることがない。薄膜４が薄いことにより、薄膜４の変形は、それが固着されるターゲット基板２４の変形に従うことになる。
【００４３】
薄膜４がターゲット基板２４に固着されたときには、マニピュレータ１２は、矢印２６および２８で示される張力および／または剪断力により分離される。張力２６および剪断力２８は、図２における張力１４および剪断力１６と同様に、手動であるいは機械的に印加することができる。
【００４４】
この操作の間に、薄膜４とターゲット基板２４との間の結合エネルギＥ2 は、薄膜４とマニピュレータ１２との間の結合エネルギＥ1 よりも大きいものとすることができる。
【００４５】
上述したように、マニピュレータ１２は、薄膜４から分離することができる。この分離は、溶解槽中で溶解させることにより、あるいは結合が静電力によりなされている場合には静電張力を妨害することにより達成される。
【００４６】
さらに、マニピュレータ１２を、薄膜４のターゲット基板１２上への収集の前に溶解することもできる。この場合、薄膜４は、ターゲット基板２４に対して前面１０および後面８のどちら側の面においても接触可能となる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、薄膜と基板とが異なる熱膨張係数を有する場合であっても、本発明に基づいて熱膨張差による応力を除去することにより、基板上に薄膜を構成した構造を得ることが可能となり、その結果、高品質の薄膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の基板とこの基板に対して接触状態にある薄膜との概略的な断面図である。
【図２】基板、薄膜およびこの薄膜と接触状態にあるマニピュレータの概略的な断面図である。
【図３】薄膜と接触状態にあるマニピュレータの概略的な断面図であって、薄膜は、第１の基板から分離されている。
【図４】マニピュレータ、薄膜およびこの薄膜が移送されるターゲット基板の概略的な断面図であって、マニピュレータは、薄膜から分離されている。
【符号の説明】
２  第１の基板
４  半導体薄膜
８  後面（第２の面）
１０  前面（第１の面）
１２  マニピュレータ
２４  ターゲット基板
Ｅ0   第１の結合エネルギ
Ｅ1   第２の結合エネルギ
Ｅ2   第３の結合エネルギ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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