安定した酸化物結合層を有する複合構造の製造方法

专利摘要:
本発明は、支持基板１０に結合した少なくとも１つの薄膜４と、支持基板１０と薄膜４との間に堆積によって形成された酸化物結合層１２とを含む、複合構造１４の製造方法に関する。薄膜および支持基板は、７×１０-6Ｋ-1またはそれよりも大きな平均熱膨張係数を有する。酸化物結合層１２は、支持基板１０の結合面上および／または薄膜４の結合面上における酸化物層の減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）によって形成される。薄膜は、５マイクロメートルまたはそれ未満の厚さを有し、酸化物層１２の厚さは薄膜４と同じかそれよりも大きな厚さである。
公开号:JP2011510503A
申请号:JP2010543408
申请日:2008-12-29
公开日:2011-03-31
发明作者:フォレ，ブリュス；マルコヴェッキオ，アレクサンドラ
申请人:エス オー イ テク シリコン オン インシュレータ テクノロジースＳ．Ｏ．Ｉ．Ｔｅｃ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ；
IPC主号:H01L21-02

专利说明:

[0001] 本発明は、堆積させた酸化物結合層を介して薄膜を結合させた、少なくとも１つの支持基板を含む複合構造の製造に関する。この種の構造は、マイクロ電子工学、光電子工学および光学の分野において、III／V族などの半導体材料、特にＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮのような、２元、３元または４元のIII／Ｎ族材料を、エピタ
キシャル成長によって製造するために使用することを目的としている。]
背景技術

[0002] この種の複合構造は、一般的には、下記の工程を備える周知のスマートカット（登録商標）法を用いて製造される。
・ソース基板、言い換えればドナー基板、にイオン注入して、基板内の所定の深さに脆弱な領域を形成する。
・注入を受けたドナー基板の面を、支持基板、別名“受容基板”に（ウェーハ接合によって）結合させる。
・脆弱な領域における剥離によってドナー基板を分離して、注入を受けた面とドナー基板の脆弱な領域との間に位置する部分を受容基板に転移させる。分離された部分は、複合構造の薄膜を構成する。]
[0003] ソース基板からの薄膜の分離を促進するためには、ソース基板と支持基板との間の良好な結合が必要である。熱膨張係数が異なる材料を有しているにも関わらず高い安定性を有する複合構造は、２つの結合層の間に形成される結合面によって可能となる。これらの結合層は、密着させるべきソース基板および支持基板の面上に形成される酸化物層に相当する。これらの酸化物層は、ウェーハ接合時に、基板の密着を促進する平坦化層として作用する。これにより、複合構造は、エピタキシャル成長のような大きな温度変化を伴う処理に、劣化することなく耐えることができる。]
[0004] エピタキシャル成長のための複合構造の製造は、ソース基板と支持基板とを結合させる工程と、その後に実施する、ソース基板を化学的に薄肉化する工程または機械的に研磨する工程とによって、薄膜を所望の厚さにすることによっても実施することができる。さらに、この態様の製造では、温度安定性の高い結合も要求されるため、良好な結合面を保証する酸化物結合層の使用が要求される。]
[0005] シリコンまたはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）から形成される材料を用いた場合、基板は、適切な雰囲気において加熱されて酸化され、“熱酸化物”と呼ばれるシリコンの酸化物結合層（ＳｉＯ2）が得られる。熱酸化物は、化学量論的酸化物に相当する。熱酸化物
は、高密度（ＦＨ溶液によってゆっくりと腐食するのであれば、ＳｉＯ2は高密度である
とされる）であり、高温下でも安定している。]
[0006] ２つの基板を結合させるときに、一方の基板が、例えばサファイアの基板のような熱酸化によってシリコンの酸化物層を形成することができない材料である場合は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、または減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）のような方法を用いた堆積によって、シリコンの酸化物を形成する必要がある。これは、“堆積酸化物”である。堆積酸化物は、熱酸化によって得られた化学量論的なＳｉＯ2とは異なる構成を有す
る（堆積した酸化物は、ＳｉxＯyＨzの組成を有する）。このような堆積酸化物は、密度
が比較的低く、熱酸化物と同様の特性を有さない。密度を高めて熱酸化物の特性に近づけるために、熱処理を実施してもよい。しかし、高密度化のためのアニール処理の後であっても、特に、酸化物の堆積温度よりも高い温度下で実施される処理の際は、堆積酸化物は
、依然として熱的に不安定であり得る。]
[0007] 例えば、サファイアの薄肉層が設けられたサファイアの支持基板によって形成された複合基板が、ＧａＮのエピタキシーのために加熱される際に、酸化物の堆積温度を超えると、マイクロキャビティが発生する。マイクロキャビティは、シリコンの堆積酸化物である結合層においてもっぱら発生する。マイクロキャビティは、非可逆に発生する気泡が形成されることによって、サファイアの薄膜の表面において可視となる。気泡は、その表面を“歪め（buckle）”、もはや平滑ではなく、格子パラメータが歪んだ状態を示すようにするため、その表面は、エピタキシーには不適となる。堆積酸化物層におけるマイクロキャビティは、温度が上昇するにつれて、より速く発生し、より速く発達する。]
[0008] その密度および大きさによっては、このようなマイクロキャビティは、結合層において脆弱な領域を生じさせる可能性があり、その後に構造上で処理を実施すると、薄膜の剥離をもたらし得る。このようなマイクロキャビティは、酸化物層の全体にも影響し、酸化物層の断裂の原因となり、最終的には、支持基板からの薄膜の分離の原因となり得る。このように、複合構造の製造の際とその後のエピタキシーの際のいずれにおいても、マイクロキャビティの発生は、常に薄膜の剥離をもたらす。]
[0009] この問題を説明するために、出願人は下記の実験を実施した。転移させるべき薄膜の厚さが０．６μｍ（マイクロメートル）である脆弱な領域を含むサファイアのソース基板を、３００℃でのＰＥＣＶＤによって堆積させて厚さ０．３μｍとなった酸化物結合層を有するサファイアの支持体に結合させた。上記の目的のため、２つの基板を雰囲気温度の下で密着させて、１１００℃での３時間にわたる結合の強化のためのアニール処理を実施し、その後に分割させるための熱処理を施した。そうすると、堆積酸化物層の内部での分離に起因する、転移させたサファイアの膜の完全な分離が観察された。]
[0010] 特許文献ＥＰ−Ａ−０８９８３０７には、ＰＥＣＶＤ法によって形成された酸化物結合層を用いた、結合面における支持体とウェーハとの結合の解除方法が記載されている。上記の特許文献の酸化物は、結合の安定化のためのアニール処理および集積回路上における所望の処理の後に実施される熱処理（６００〜１３５０℃）の作用によって結合面へと拡散する、ＯＨ種を有するために特有の性質を有する。上記の種は、気体が形成されるまで発達し、その後拡散して、例えばウェーハ上に堆積された酸化物結合層と支持基板との間の境界面などの結合面に偏在する泡となる。このような現象は、当初はウェーハ上に堆積されてウェーハと一体である結合層と支持基板との結合を完全に解除するまで結合面の脆弱化を促進する。]
[0011] しかし、結合面における気体種および泡の集中について記載された特許文献ＥＰ−Ａ−０８９８３０７の内容とは異なり、高圧（＞１００ＭＰａ（メガパスカル））下で熱処理の温度が酸化物のクリープ温度を超えると、本発明において抑制するべきマイクロキャビティは堆積酸化物層全体にわたって形成される。クリープ温度は、例えば、意図的にドーピングされていない、ＬＰＣＶＤ法またはＰＥＣＶＤ法で堆積されたＳｉＯ2層であれば
、約８００℃から１２００℃の範囲である。上記のマイクロキャビティは、転移させた薄膜の表面を変形させる効果を有し、エピタキシーのような特定の適用を阻害する。さらに、出願人によって観察された膜の剥離は、酸化物層の内部の分離に由来する。結合層は、結合面において結合の解除がされず、全体にわたって発達したマイクロキャビティによって断裂する。]
[0012] 特許文献ＵＳ−２００６／０２５５３４１は、III／Ｎ族材料のエピタキシャル成長を
目的とし、支持基板上への種薄膜の転移による複合構造の製造について記載している。より低い熱膨張係数を有する支持基板への、サファイアの薄肉層の（酸化物層を介さない）
直接の結合には、薄肉層において折り曲げ現象（ｆｏｌｄｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）が生じる高圧を要する。サファイアの層の転移には、大量のイオン種の注入が必要であり、転移された層の厚さ方向に応力勾配が形成される。結合状態に起因して応力が大きくなると材料が変形し、これにより応力は緩和される。これを改善するために、特許文献では、層の機械的強度を向上させるために８００ｎｍ（ナノメートル）オーダーの厚さを有するサファイアの層を使用している。]
[0013] この特許文献はまた、転移時における、硬質の材料であるサファイアの薄肉層の剥離現象について記載している。剥離現象の原因は、注入、材料の熱膨張係数の相違および化学的にほぼ非活性で他の材料の表面と共有結合を形成しにくいその表面に基づく応力である。これを抑制するために、表面、すなわちＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮの結合層および／
または接着材の層を活性化させるためのプラズマ処理を実施してもよい。]
[0014] 本発明は、上記の不利益を抑制することを目的とし、複合構造であって、薄膜および支持基板が、構造が配置され得る温度範囲、例えば２０℃から１２００℃、にわたって、７×１０-6Ｋ-1またはそれよりも大きな平均熱膨張係数を有し、結合層が、高温下においても安定である少なくとも１つのシリコンの堆積酸化物層を含む、複合構造を提供する。本発明は、複合構造の製造時に施される熱処理の際に、薄膜の変形および剥離をもたらす堆積酸化物層におけるマイクロキャビティの形成および発達を避けるための複合構造の製造、およびこの複合構造から開始されるエピタキシーによる材料の形成を可能とすることを目的とする。]
[0015] この目的は、支持基板の結合面上および／または薄膜の結合面上において酸化物層を減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）させて、シリコンの酸化物結合層を形成し、その薄膜の厚さを５マイクロメートルまたはそれ未満にして、かつ、シリコンの酸化物層の厚さを薄膜の厚さに等しいかまたはそれよりも大きくする複合構造の製造方法によって達成される。]
[0016] 以下で詳細に説明するように、薄膜よりも厚い結合層をＬＰＣＶＤによって形成して使用すると、結合層における塑性（非可逆）変形が抑制される。これにより、高温（特に９００℃よりも高い温度）下の熱処理時においても、シリコンの堆積酸化物の結合層におけるマイクロキャビティの形成を抑制することができる。]
[0017] 引き続いて、以下で詳細に説明するように、採用した堆積方法によるシリコンの酸化物層の温度挙動に関して、出願人は、ＬＰＣＶＤによって堆積させると、熱酸化によって得られるシリコンの酸化物の温度安定性に近い温度安定性を有する酸化物を生じさせ得ることを明らかにした。さらに、複合構造内の酸化物層の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料の存在に由来する応力に耐えるために、酸化物層の厚さを、５マイクロメートルに制限される薄膜の厚さよりも大きいかまたはそれと等しくする。これにより、高温下の処理時において、結合層に加わる応力が抑制され得る。すなわち、結合層において塑性変形が生じる危険性が抑制され得る。]
[0018] 減圧化学気相成長によって形成されるシリコンの酸化物結合層の材料は、シラン、ジクロシラン、またはＴＥＯＳ（オルトけい酸テトラエチル）のような、別の公知の前駆体を用いて形成され得る。]
[0019] 本発明は、その一側面から、結合の前に、支持基板の結合面上および／または薄膜の結合面上における減圧化学気相成長によって堆積されたシリコンの酸化物層を高密度化する熱処理工程をさらに含む製造方法を提供する。この高密度化する熱処理は、堆積酸化物のマイクロキャビティの形成に関する温度挙動を、さらに改善し得る。必要に応じ、この工
程により、薄膜の厚さに対する堆積酸化物層の厚さの比を小さくすることができる。]
[0020] 熱処理工程は、酸化物結合層の堆積温度よりも高い温度下で実施される。場合によっては、熱処理は、例えば中性雰囲気または酸性雰囲気中で実施され得る。]
[0021] 本発明における特別な特徴に従えば、薄膜はスマートカット（登録商標）法を用いて得ることができる。本製造方法はさらに、
・ドナー基板の１つの面にイオンを打ち込んで注入して基板内の所定の深さに脆弱層を形成し、基板の上部に薄膜を規定する工程と、
・ドナー基板を支持基板に密着させて配置して結合させる工程と、
・ドナー基板内に形成した脆弱層における分割によって、支持基板に接する薄膜を分離する工程と、
を含む。]
[0022] 本発明における特別な特徴に従えば、薄膜を、
・ドナー基板を支持基板に密着させて結合させる工程と、
・ドナー基板を化学的または機械的に薄肉化して薄膜を形成する工程と、
によって製造してもよい。]
[0023] 結合させる工程の後に、堆積酸化物層においてマイクロキャビティを発生させることなく、約９００℃よりも高い温度で結合の安定化のためのアニール処理の工程を実施してもよい。]
[0024] 本発明はまた、上記の製造方法により製造された複合構造上での、エピタキシャル成長による、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮのような、特に２元、３元または４元のIII／V族およびIII／Ｎ族の少なくとも１つの半導体材料層の製造方法を
提供する。エピタキシャル成長は、成長のための種結晶層を形成する複合構造の薄膜から実施される。]
[0025] 本発明の一側面から、エピタキシャル成長は、自己支持するのに十分な厚さの、すなわち少なくとも１００μｍの厚さを有する半導体材料層の成長に要する期間に相当する所定の期間にわたって実施される。そうすると、エピタキシー後には、複合構造を取り除くことができる。変形例では、成長のための種結晶層は、エピタキシーにより成長した半導体材料層とともに保護されて、繰り返し実施されるエピタキシーに用いられ得る自立構造を構成する。この場合、半導体材料層のエピタキシャル成長は、製造される種層および半導体層の累積的な厚さが少なくとも１００μｍとなるように、所定の期間にわたって実施される。]
[0026] 本発明のさらに別の側面から、エピタキシャル成長は、複合構造のいずれのアニール処理よりも前に、少なくとも１０μｍの厚さを有する半導体材料層の成長に要する期間に相当する所定の期間にわたって実施される。この厚さは、得られた層に手を加えなくとも、同一のエピタキシー装置内において新たに実施するエピタキシャル成長の工程の環境に十分に耐え得る厚さに相当する。種結晶層が保護されれば（支持基板のみが分離しても）、成長は、種層および半導体層の累積的な厚さが少なくとも１０μｍとなり得る期間にわたって実施される。]
[0027] 本発明はまた、上記のような複合構造の製造方法により製造された複合構造も提供する。]
図面の簡単な説明

[0028] 図１Ａから図１Ｉは、本発明の実施形態による、複合構造の製造およびエピタキシーを説明するための概略断面図である。
図２は、図１Ａから図１Ｉで実施する工程のフロー図である。
図３Ａから図３Ｄは、本発明の別の実施形態による、複合構造の製造およびエピタキシーを説明するための概略断面図である。
図４は、図３Ａから図３Ｄで実施する工程のフロー図である。] 図２ 図３Ａ 図３Ｄ 図４
実施例

[0029] 本発明は、一般的に、少なくとも１つの薄膜を含み、薄膜が、支持基板と薄膜との間の、堆積によって形成した結合層を介して支持基板に結合される、複合構造の製造であって、薄膜および支持基板が、雰囲気温度（２０℃）から１２００℃の温度範囲にわたって７×１０-6Ｋ-1またはそれよりも大きな熱膨張係数を有する、製造に適用可能である。]
[0030] 出願人は、結合層が堆積によって形成された酸化物層であり、かつ、複合構造が７×１０-6Ｋ-1またはそれよりも大きな熱膨張係数を有する１つまたは複数の材料を含む場合に生じる、高温下のシリコンの酸化物結合層におけるマイクロキャビティの形成の現象を観察した。複合構造の製造時またはその後の使用（エキピタシー）時に達する温度下で、用いられる材料の熱膨張係数が大きい場合に、マイクロキャビティは大きくなる。堆積酸化物層におけるマイクロキャビティの形成および発達は、上記の酸化物の堆積温度を超えた温度において観察された。酸化物におけるマイクロキャビティの発生は、弾性モードの変形から塑性モード、すなわち非可逆変形への転移に起因すると解釈され得る。弾性変形は、例えば機械的な応力が作用している際に、応力が取り除かれると最初の状態に戻るような、酸化物の最初の状態への変形によって特徴づけられる。塑性変形は、機械的な応力が取り除かれても、酸化物が最初の状態に回復することができない非可逆変形である。塑性変形への転移は、応力が酸化物において閾値に達すると発生する。この転移は、温度、酸化物のクリープ特性、および結合させた材料と酸化物の膨張の相違によって加わる応力に関連する。酸化物のクリープ温度は、応力がないときに弾性変形モードから塑性変形モードに酸化物が変わる際の温度を示す、酸化物の特性の１つである。温度が上がると、酸化物のクリープ率は高まる。したがって、酸化物が容易にクリープする特性を有する場合は、特にクリープ温度に相当する温度下では、堆積酸化物層においてマイクロキャビティの形成を引き起こすのに要する応力の大きさは小さくなる。]
[0031] したがって、上記のような複合構造の堆積酸化物層におけるマイクロキャビティの形成および発達を抑制するためには、クリープが引き起こされにくい堆積酸化物を用いることと、高温処理時に酸化物に加えられる応力を抑制することの双方が必要である。]
[0032] 出願人は、異なる堆積方法によって得られたシリコンの酸化物の温度挙動を研究し、ＬＰＣＶＤとも呼ばれる減圧化学気相成長によって堆積された、結合のための酸化物が、クリープを抑制し得ることを発見した。出願人によって実施された実験は、酸化物の特性が、結合層におけるマイクロキャビティの形成にかなりの影響を及ぼし、このような特性は、用いた堆積方法によって影響され得ることを示した。]
[0033] 異なる方法および異なる気体の前駆体を用いて形成された、以下の３種類のシリコンの酸化物が、サファイアの支持基板上へのサファイアの薄膜の結合のために試験された。
・シランの前駆体を、３００℃でのプラズマ化学気相成長、別名ＰＥＣＶＤによって堆積させて製造した、シリコンの酸化物。
・シランの前駆体を、８００℃でのＬＰＣＶＤによって堆積させて製造した、シリコンの酸化物（別名ＨＴＯシラン、ＨＴＯはｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅを意味する）（酸化物がＰＥＣＶＤによって堆積された場合は、より低い温度で堆積されるため、ＨＴＯシランとは呼ばれない）。
・ジクロロシラン（ＤＣＳ）の前駆体を、９００℃でのＬＰＣＶＤによって堆積させて製造した、シリコンの酸化物（別名ＨＴＯ ＤＣＳ）。]
[0034] マイクロキャビティの形成は、ＨＴＯシランおよびＨＴＯ ＤＣＳにおいては比較的顕著ではない。他方、マイクロキャビティの形成は、ＰＥＣＶＤによって堆積させたシリコンの酸化物においてより顕著である。すなわち、ＬＰＣＶＤ法によって堆積させた場合は、堆積酸化物のクリープは比較的生じにくい。]
[0035] さらに、マイクロキャビティの形成は、構造の材料の高い熱膨張係数に基づく応力に関連するため、本発明はまた、（転移によって、または機械的もしくは化学的に薄肉化することによって）厚さが５μｍまたはそれ未満の薄膜の形成、および、厚さが薄膜の厚さよりも大きいかまたはそれに等しい、結合のための堆積酸化物層の形成によって上記の応力を抑制することを提案する。これにより、構造上で実施される熱処理の際の材料の膨張の相違に由来する機械的な応力は、想定される温度下で、酸化物の塑性変形（クリープ）の閾値を超えないように制限される。]
[0036] 一例として、出願人は、試験を実施した。試験は、０．５μｍの厚さを有するサファイアの膜が、ＬＰＣＶＤによって堆積させた厚さ０．３μｍのＨＴＯシランの酸化物結合層上に転移された場合は、１１００℃で３時間熱処理を実施した後に膜の剥離が発生することを示した。他方、厚さが０．３μｍのサファイアの膜が、ＬＰＣＶＤによって堆積された同様に厚さが０．３μｍのＨＴＯシランの酸化物の結合層上に転移された場合は、１１００℃で３時間熱処理を実施した後でも剥離もマイクロキャビティも発生しなかった。]
[0037] 一般的に、および、本発明によると、薄膜の材料の熱膨張係数が大きくなると、堆積酸化物層の厚さに対して薄膜を薄くしなければならない。例えば、薄膜が雰囲気温度下において１６×１０-6Ｋ-1の熱膨張係数を有するタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）から形
成される場合は、薄膜の厚さは、堆積酸化物層の厚さと比較して顕著に小さくするべきである。当業者であれば、薄膜の材料の熱膨張係数に基づいて、堆積酸化物の厚さと比較した薄膜の厚さをどの程度小さくするべきかを格別の困難を伴わずに決定することができる。]
[0038] さらに、堆積酸化物の温度挙動は、ＬＰＣＶＤによって得られた、密度を熱酸化物の密度にできるだけ近づけた酸化物を用いることによって改善することができる。このために、結合の前に、高密度化のためのアニール処理を、ＬＰＣＶＤによって堆積させた酸化物に施してもよい。]
[0039] 厚さが０．２μｍのＨＴＯ ＤＣＳの酸化物結合層を有するサファイアの支持基板上に厚さ０．５μｍのサファイアの薄膜を含む複合構造に対して、９００℃で１時間にわたって結合の安定化のためのアニール処理を実施すると、完全なサファイアの膜の剥離が生じる。他方、結合を実施する前に、窒素（Ｎ2）雰囲気下において、１２００℃で３０分間
にわたって同様の複合構造のＨＴＯ ＤＣＳの酸化物に対してアニール処理を実施すると、１０５０℃で１時間にわたって結合の安定化のためのアニール処理を実施しても、薄膜の剥離は生じない。]
[0040] しかし、マイクロキャビティはそれでも発生し、転移された膜の表面は損傷する。したがって、複合構造の薄膜の質および剥離に対する耐性は、エピタキシーのような後続の処理を考慮すると、不十分である。酸化物を高密度化するアニール処理は、マイクロキャビティの形成を抑制するが、想定される処理には不十分である。サファイアのような高い熱膨張係数を有する材料を用いる場合は、熱膨張係数の相違に関連する応力は、上記のように、転移された薄膜の厚さに対する酸化物層の厚さの比を大きくすることによっても、抑
制するべきである。]
[0041] これにより、本発明により製造された複合構造は、ＧａＮ、ならびに、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮおよびＢＧａＮなどの他の３元または４元のアロイを含む、III／Ｎ族材料などの材料のエピタキシーの際の温度である９００℃よりも高い温
度に耐えることができる。なお、エピタキシーによって成長した層は、特にＬＥＤまたはレーザーダイオードのための活性層を構成するために、上記の種々の材料の積層体を含んでいてもよい。]
[0042] 本発明の複合構造は、大きな膨張係数（ＴＥＣ）を有する材料、すなわち特に雰囲気温度（２０℃）から１２００℃の温度範囲にわたって平均７×１０-6Ｋ-1またはそれよりも大きい材料に適している。特に、本構造は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）（ＴＥＣが７．５×１０-6Ｋ-1）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）（ＴＥＣが１６×１０-6Ｋ-1）、Ｌ
ｉＮｂＯ3（ＴＥＣが１５×１０-6Ｋ-1）、およびヘインズアロイＮｏ．２３０（登録商
標）（ＴＥＣが１１．８×１０-6Ｋ-1）またはＭｇＯから形成される薄膜および／または支持基板を含んでもよい。なお、ヘインズアロイＮｏ．２３０（登録商標）は、市販のアロイであり、主に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗから構成される（膜がエピタキシーのための種層として用いられることを意図する場合は、ヘインズアロイＮｏ．２３０（登録商標）は薄膜としては用いられない）。]
[0043] よく知られているように、成長のための種結晶層という性質が機能することで、種々の２元、３元または４元のIII／V族またはIII／Ｎ族の半導体材料が形成され得る。特に、
本発明のエピタキシーのための複合構造は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮおよび窒化インジウム（ＩｎＮ）のエピタキシャル成長を目的とする。]
[0044] 本発明の実施形態に従って、複合構造の製造方法、およびその後のエピタキシーによる半導体材料層、ここではIII／Ｎ族材料、の製造方法を、図１Ａから図１Ｉおよび図２を
参照して説明する。] 図２
[0045] エピタキシーのための複合構造の製造は、支持基板１０の１つの面上における結合層１２の堆積によって始まる（図１ＡのステップＳ１）。本実施形態においては、支持基板１０はサファイア（Ａｌ2Ｏ3）から形成する。結合層１２は、ＨＴＯシランの厚さがほぼ０．５μｍになり得るような期間にわたる、８００℃の堆積温度下でのＬＰＣＶＤによって堆積させるＨＴＯシランの層である。次に、堆積酸化物を、窒素雰囲気下で３０分間にわたる、１２００℃の温度下で実施する高密度化するアニール処理によって高密度化する（ステップＳ２）。]
[0046] 酸化物結合層１２の表面を化学機械研磨（ＣＭＰ）によって平坦化させて、５×５μｍ2の表面領域における表面粗さを５Å（オングストローム）ＲＭＳよりも小さくして、後
続の密着が促進されるようにする（図１ＢのステップＳ３）。研磨後は、層１２は０．３μｍ±０．０５μｍの厚さを有する。]
[0047] 酸化物層１３を、サファイアから形成されたドナー基板１１上に形成することもできる。層１３は、厚さがほぼ０．２μｍのＨＴＯシランが堆積し得る期間にわたる、９００℃の堆積温度下でのＬＰＣＶＤによって堆積させたＨＴＯ ＤＣＳまたはＨＴＯシランの層である（図１ＣのステップＳ４）。層１３は、注入に対する保護層として作用する。]
[0048] 次に、注入を実施する。ドナー基板１１は、酸化物層１３を含む基板の平坦化面９への水素イオンＨ+の打ち込み２０を受ける。Ｈ+イオンの注入は、注入量を１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2（アトムズ／スクウェアセンチメートル）から４×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2
の範囲として、注入エネルギーを３０ｋｅＶ（キロエレクトロンボルト）から２００ｋｅＶの範囲として実施する。注入は、１分から１０時間にわたって、２０℃から４００℃の温度範囲で、好ましくは５０℃から１５０℃の温度範囲で実施する。上記の注入の条件は、ドナー基板１１内の所定の深さに、基板の面９に平行な欠陥層、言い換えれば脆弱層３、を形成し、基板１１の上部の領域であって、結合層の厚さの位置に、５μｍまたはそれ未満の厚さを有する薄膜４を規定し得る。また、基板の下部の領域である部分５は、基板１の残部に相当する（図１ＤのステップＳ５）。ヘリウムまたはアルゴンのような他の種のイオン注入を実施することもできる。また、水素およびヘリウムのような２種を混合しての同時注入を実施することもできる。]
[0049] 次に、酸化物保護層１３をアニール処理する（図１ＥのステップＳ６）。保護層を除去するために、取り除かれるべき層の性質に基づいて、適した化学的手法を用いる。例えば、シリコンの酸化物保護層は、ＨＦの１０％希釈溶液を用いたエッチングまたはＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈ）として知られている混合液によって容易に取り除かれる。]
[0050] 場合によっては、結合面を活性化させることができ、接着能力を向上させることができる、特に酸素、窒素またはアルゴンによるプラズマ処理を層１２の表面およびドナー基板１１の表面に実施してもよい（ステップＳ７，Ｓ７’）。]
[0051] 次に、ＨＴＯシランの層１２の面を、注入を受けたドナー基板１１の面９に密着させて結合させる（図１ＦのステップＳ８）。結合は、ウェーハ接合によって実施する。ウェーハ接合による結合の原理は既知であるため、詳細な説明は割愛する。ウェーハ接合による結合は、例えば、（接着剤、ワックス、融点が低い金属などの）特定の材料を用いない、２つの表面の密着によるものであり、２つの表面間の密着力は大きいため、分子結合（結合する２つの表面の原子または分子の間の電子的相互作用による引力（ファンデルワールス力）の総和によって引き起こされる結合）を引き起こすことに留意されたい。]
[0052] 次に、２つの基板の合成物に、脆弱な面３においてドナー基板１１の断裂を生じさせ、支持基板１０上に薄膜４の本体を転移させる、分割のためのアニール処理を施す（図１ＧのステップＳ９）。分割のためのアニール処理は、６５０℃で５時間にわたって実施する。]
[0053] さらに薄膜４の表面上で、変形を伴わない、結合の安定化のためのアニール処理を、１０５０℃で２時間にわたって実施する（ステップＳ１０）。]
[0054] 次に、例えば表面の凹凸の研磨、軽度の化学エッチング（図１ＨのステップＳ１１）もしくはプラズマエッチング、または他の表面処理によって、膜４の表面がエピタキシーに適した表面になるようにしてもよい。]
[0055] これにより、図１Ｈに見られるような、支持基板１０、ＬＰＣＶＤによって堆積させたＨＴＯシランの酸化物結合層１２および成長のための種結晶層として作用し得るサファイアの薄膜４を含む複合構造１４が得られる。]
[0056] 本実施形態では、窒化ガリウム（ＧａＮ）の層１５のエピタキシャル成長を、薄膜４上で実施する（図１ＩのステップＳ１２）。エピタキシャル成長は、例えばハロゲン化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）を用いて、１０５０℃で３時間にわたって実施する。上記のエピタキシーの後には、マイクロキャビティも剥離も全く観察されなかった。]
[0057] 本発明による複合構造の別の製造方法は、図３Ａから図３Ｄおよび図４を参照されたい
。] 図３Ａ 図３Ｄ 図４
[0058] 本実施形態では、例えばＨＴＯシランまたはＨＴＯ ＤＣＳなどのシリコンの酸化物結合層を、ともにサファイアである支持基板２０の面とドナー基板２１の面の双方へのＬＰＣＶＤによって堆積させる（図３ＡのステップＳ２０）。支持基板２０およびドナー基板２１は、それぞれ酸化物結合層２２ａ、２２ｂを含む。] 図３Ａ
[0059] 次に、酸化物結合層２２ａ、２２ｂを、２つの基板のウェーハ接合のために研磨する（ステップＳ２１）。研磨後は、それぞれの層２２ａ、２２ｂは、最終的にはほぼ０．４μｍの厚さを有する。]
[0060] 層２２ａ、層２２ｂの研磨後に、それらをウェーハ接合によって２つの基板が結合するように密着させる（図３ＢのステップＳ２２）。層２２ａ、層２２ｂの結合体は、ほぼ０．８μｍの厚さを有する１つの堆積酸化物層２２を形成する。] 図３Ｂ
[0061] 次に、結合の安定化のためのアニール処理を、１時間から５時間にわたって、２００℃から８００℃の間で実施する（ステップＳ２３）。]
[0062] ドナー基板２１を、０．３μｍの厚さにまで薄肉化する（図３ＣのステップＳ２４）。薄肉化は、ドナー基板の面に対する機械的な研磨によって実施する。] 図３Ｃ
[0063] 図３Ｃに見られるように、このようにして、支持基板２０、酸化物結合層２２（ＨＴＯ
ＤＣＳまたはＨＴＯシラン）、および、ドナー基板２１を薄肉化することによって得られ、エピタキシーのための結晶成長の種として作用し得る薄膜２４を含む、エピタキシーのための複合構造２３が得られる。] 図３Ｃ
[0064] さらに、複合構造２３に、１時間にわたって１１００℃で実施される２回目の結合の安定化のためのアニール処理を施してもよい（ステップＳ２５）。]
[0065] 薄膜２４の表面を、表面粗さを小さくするための、化学機械研磨（ＣＭＰ）、軽度の化学エッチングおよび／またはプラズマエッチングによってエピタキシーに適したものとしてもよい（ステップＳ２６）。III／Ｎ族材料の層２５のエピタキシャル成長は、マイク
ロキャビティも剥離も発生させることなく、薄膜２４上で実施し得る（図３ＤのステップＳ２７）。] 図３Ｄ

权利要求:

請求項1
支持基板（１０）に結合した少なくとも１つの薄膜（４）と、前記支持基板（１０）と前記薄膜（４）との間に堆積によって形成させた酸化物結合層（１２）と、を含み、前記薄膜および前記支持基板が、７×１０-6Ｋ-1またはそれよりも大きな平均熱膨張係数を有する、複合構造（１４）の製造方法であって、前記酸化物結合層（１２）を、前記支持基板の結合面上および／または前記薄膜の結合面上における酸化物層の減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）によって形成し、前記薄膜（４）が、５マイクロメートルまたはそれ未満の厚さを有し、前記酸化物層（１２）の厚さが、前記薄膜（４）の厚さと同じまたはそれよりも大きい、複合構造（１４）の製造方法。
請求項2
減圧化学気相成長によって形成される前記酸化物結合層（１２）の材料が、シラン、ジクロロシランおよびＴＥＯＳから選ばれる前駆体を用いて形成されたシリコンの酸化物である、請求項１に記載の製造方法。
請求項3
結合の前に、前記支持基板（１０）の結合面上および／または前記薄膜（４）の結合面上における減圧化学気相成長によって堆積された酸化物層を高密度化する熱処理工程を含む、請求項１または２に記載の製造方法。
請求項4
前記高密度化する熱処理工程を、前記酸化物結合層が堆積されたときの温度よりも高い温度で行う、請求項３に記載の製造方法。
請求項5
・ドナー基板（１１）の１つの面（９）にイオンを打ち込んで注入して、前記基板内の所定の深さに脆弱層（３）を形成し、注入面（９）と前記脆弱層（３）との間に前記薄膜（４）を規定する工程と、・前記ドナー基板（１１）の前記注入面（９）を前記支持基板（１０）に密着させることによって結合する工程と、・前記ドナー基板（１１）内に形成した前記脆弱層（３）における分割によって、前記支持基板（１０）に接する前記薄膜（４）を分離する工程と、をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
請求項6
・ドナー基板（２１）の１つの面を前記支持基板（２０）に密着させることによって結合する工程と、・前記ドナー基板（２１）を薄肉化して、前記薄膜（２４）を形成する工程と、をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
請求項7
前記結合する工程の後に、約９００℃よりも高い温度で結合の安定化のためにアニール処理する工程を含む、請求項５または６に記載の製造方法。
請求項8
前記薄膜（４，２４）の厚さが、ほぼ０．３マイクロメートルである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の製造方法。
請求項9
減圧化学気相成長によって形成した前記酸化物結合層の厚さが、ほぼ０．４マイクロメートルである、請求項８に記載の製造方法。
請求項10
前記支持基板（１０，２０）が、サファイア、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3、ＭｇＯ、およびヘインズアロイＮｏ．２３０（登録商標）の少なくとも１つから選ばれる材料によって構成された、請求項１〜９のいずれか一項に記載の製造方法。
請求項11
前記薄膜（４，２４）が、サファイア、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3およびＭｇＯの少なくとも１つから選ばれる材料によって構成された、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の製造方法。
請求項12
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の製造方法により製造された複合構造（１４，２３）上に少なくとも１つの半導体材料層（１５，２５）をエピタキシャル成長させることを含み、当該エピタキシャル成長を、前記複合構造における前記薄膜から実施する、少なくとも１つの半導体材料層の製造方法。
請求項13
エピタキシャル成長させる前記半導体材料層（１５，２５）が、２元、３元または４元のIII／Ｎ族材料の層である、請求項１２に記載の製造方法。
請求項14
前記エピタキシャル成長を、形成される半導体材料の厚さまたは前記半導体材料層と前記薄膜の累積厚さが少なくとも１０マイクロメートルに期間に相当する所定の期間にわたって実施する、請求項１２または１３に記載の製造方法。
請求項15
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の製造方法により製造された複合構造（１４，２３）を含む多層構造。
請求項16
請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の製造方法による複合構造における薄膜上でのエピタキシャル成長によって形成された、少なくとも１つの半導体材料層（１５，２５）をさらに含む、請求項１５に記載の多層構造。