知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024134358
(43)【公開日】2024-10-03
(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/02 20060101AFI20240926BHJP
H10B 43/30 20230101ALI20240926BHJP
H10B 41/30 20230101ALI20240926BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20240926BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20240926BHJP
H01L 21/683 20060101ALI20240926BHJP
【ＦＩ】
H01L21/02 B
H10B43/30
H10B41/30
H01L29/78 371
H01L21/304 611Z
H01L21/68 N
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023044617
(22)【出願日】2023-03-20
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】遠島 未希
(72)【発明者】
【氏名】村上 貞俊
(72)【発明者】
【氏名】大賀 淳
【テーマコード（参考）】
5F057
5F083
5F101
5F131
【Ｆターム（参考）】
5F057AA04
5F057BA11
5F057BA15
5F057BA19
5F057BB03
5F057BB15
5F057BB16
5F057BB19
5F057BB29
5F057CA11
5F057CA40
5F057DA01
5F057DA19
5F057DA22
5F057DA28
5F057FA30
5F083EP02
5F083EP18
5F083EP22
5F083EP47
5F083EP48
5F083EP76
5F083ER03
5F083ER09
5F083ER14
5F083ER19
5F083ER22
5F083GA10
5F083JA04
5F083JA19
5F083JA32
5F083JA39
5F083MA06
5F083MA16
5F083PR03
5F083PR05
5F083PR06
5F083PR21
5F083PR40
5F083ZA28
5F101BA01
5F101BA45
5F101BB02
5F101BC02
5F101BD16
5F101BD30
5F101BD34
5F101BE07
5F101BH02
5F101BH13
5F131AA02
5F131BA31
5F131BA43
5F131BA53
5F131CA09
5F131EC43
5F131EC73
(57)【要約】
【課題】一つの実施形態は、基板接合後の分離を適正に行うことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】一つの実施形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。半導体装置の製造方法は、第１の基板に第１の膜を積層し、第２の基板に第２の膜、第３の膜、第４の膜を積層することを含む。半導体装置の製造方法は、第１の膜における第１の基板の反対側の主面と第４の膜における第２の基板の反対側の主面とを接合することを含む。半導体装置の製造方法は、焦点が第２の膜の近傍に位置するように第２の基板の側からレーザー光を照射することを含む。半導体装置の製造方法は、第２の基板を分離することを含む。第２の膜及び第４の膜は、それぞれ、第１の材料を含む。第３の膜は、第２の材料を含む。第２の材料は、第１の材料と異なる。
【選択図】図７
【解決手段】一つの実施形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。半導体装置の製造方法は、第１の基板に第１の膜を積層し、第２の基板に第２の膜、第３の膜、第４の膜を積層することを含む。半導体装置の製造方法は、第１の膜における第１の基板の反対側の主面と第４の膜における第２の基板の反対側の主面とを接合することを含む。半導体装置の製造方法は、焦点が第２の膜の近傍に位置するように第２の基板の側からレーザー光を照射することを含む。半導体装置の製造方法は、第２の基板を分離することを含む。第２の膜及び第４の膜は、それぞれ、第１の材料を含む。第３の膜は、第２の材料を含む。第２の材料は、第１の材料と異なる。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の基板に第１の膜を積層し、第２の基板に第２の膜、第３の膜、第４の膜を積層することと、
前記第１の膜における前記第１の基板の反対側の主面と前記第４の膜における前記第２の基板の反対側の主面とを接合することと、
前記第２の基板の側からレーザー光を照射することと、
前記第２の基板を分離することと、
を備え、
前記第２の膜及び前記第４の膜は、それぞれ、第１の材料を含み、
前記第３の膜は、前記第１の材料と異なる第２の材料を含む
半導体装置の製造方法。
前記第１の膜における前記第１の基板の反対側の主面と前記第４の膜における前記第２の基板の反対側の主面とを接合することと、
前記第２の基板の側からレーザー光を照射することと、
前記第２の基板を分離することと、
を備え、
前記第２の膜及び前記第４の膜は、それぞれ、第１の材料を含み、
前記第３の膜は、前記第１の材料と異なる第２の材料を含む
半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記第２の材料の熱膨張係数は、前記第１の材料の熱膨張係数より大きい
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記第２の材料の熱伝導率は、前記第１の材料の熱伝導率より高い
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記第２の材料の熱拡散率は、前記第１の材料の熱拡散率より大きい
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】
前記第１の材料は、半導体酸化物を含み、
前記第２の材料は、半導体、半導体窒化物、金属、金属酸化物及び金属窒化物の少なくとも１つを主成分とする材料を含む
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記第２の材料は、半導体、半導体窒化物、金属、金属酸化物及び金属窒化物の少なくとも１つを主成分とする材料を含む
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記第２の材料は、半導体の多結晶材及び半導体のアモルファス材の少なくとも１つを含む
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記第２の材料は、ポリシリコン及びアモルファスシリコンの少なくとも１つを含む
請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項8】
前記第３の膜は、複数のパターンを有する
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項9】
前記パターンは、平面視において、ライン状、ドット状、十字状、Ｌ字状及びＴ字状である
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項10】
第１の基板に第１の膜を積層し、第２の基板に第２の膜、第３の膜、第４の膜を積層することと、
前記第１の膜における前記第１の基板の反対側の主面と前記第４の膜における前記第２の基板の反対側の主面とを接合することと、
前記第２の膜が前記第２の基板に積層された積層体を分離することと、
前記積層体から前記第２の膜を除去することと、
を備えた半導体装置の製造方法。
前記第１の膜における前記第１の基板の反対側の主面と前記第４の膜における前記第２の基板の反対側の主面とを接合することと、
前記第２の膜が前記第２の基板に積層された積層体を分離することと、
前記積層体から前記第２の膜を除去することと、
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項11】
前記除去は、
前記第２の膜をウェットエッチングすることを含む
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
前記第２の膜をウェットエッチングすることを含む
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項12】
前記分離は、
前記第２の基板の側からレーザー光を照射し、前記積層体を分離することを含む
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
前記第２の基板の側からレーザー光を照射し、前記積層体を分離することを含む
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項13】
前記分離は、
前記第３の膜を機械的に除去し、前記積層体を分離することを含む
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
前記第３の膜を機械的に除去し、前記積層体を分離することを含む
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項14】
前記積層は、
前記第２の基板に前記第２の膜、犠牲基板、前記第３の膜、前記第４の膜を積層することを含む
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
前記第２の基板に前記第２の膜、犠牲基板、前記第３の膜、前記第４の膜を積層することを含む
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項15】
基板と、
前記基板の主面側に配される第１の膜と、
前記第１の膜を間にして前記基板の反対側に配される第２の膜と、
前記第２の膜を間にして前記第１の膜の反対側に配される第３の膜と、
を備え、
前記第１の膜及び前記第３の膜は、互いに反対側で前記第２の膜に接触し、
前記第１の膜及び前記第３の膜は、それぞれ、第１の材料を含み、
前記第２の膜は、前記第１の材料と異なる第２の材料を含み、
前記第２の材料の熱膨張係数は、前記第１の材料の熱膨張係数より大きい
半導体装置。
前記基板の主面側に配される第１の膜と、
前記第１の膜を間にして前記基板の反対側に配される第２の膜と、
前記第２の膜を間にして前記第１の膜の反対側に配される第３の膜と、
を備え、
前記第１の膜及び前記第３の膜は、互いに反対側で前記第２の膜に接触し、
前記第１の膜及び前記第３の膜は、それぞれ、第１の材料を含み、
前記第２の膜は、前記第１の材料と異なる第２の材料を含み、
前記第２の材料の熱膨張係数は、前記第１の材料の熱膨張係数より大きい
半導体装置。
【請求項16】
前記第２の材料の熱伝導率は、前記第１の材料の熱伝導率より高い
請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項17】
前記第２の材料の熱拡散率は、前記第１の材料の熱拡散率より大きい
請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置を製造する際に、２つの基板を接合し、その後、２つの基板のうち一方の基板を分離することがある。この分離を適正に行うことが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１０３７２５号公報
【特許文献2】特開２０２１－１０６１９７号公報
【特許文献3】国際公開第２０２０／２１３４７８号
【特許文献4】国際公開第２０２１／０１０２８４号
【特許文献5】国際公開第２０２１／１３１７１０号
【特許文献6】国際公開第２０２１／１３１７１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一つの実施形態は、基板接合後の分離を適正に行うことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一つの実施形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。半導体装置の製造方法は、第１の基板に第１の膜を積層し、第２の基板に第２の膜、第３の膜、第４の膜を積層することを含む。半導体装置の製造方法は、第１の膜における第１の基板の反対側の主面と第４の膜における第２の基板の反対側の主面とを接合することを含む。半導体装置の製造方法は、焦点が第２の膜の近傍に位置するように第２の基板の側からレーザー光を照射することを含む。半導体装置の製造方法は、第２の基板を分離することを含む。第２の膜及び第４の膜は、それぞれ、第１の材料を含む。第３の膜は、第２の材料を含む。第２の材料は、第１の材料と異なる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
【図2】実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図3】実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す拡大断面図。
【図4】実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図5】実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す拡大断面図。
【図6】実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図7】実施形態におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図。
【図8】実施形態におけるレーザー光照射時の基板の熱の流れを示す断面図。
【図9】実施形態における熱伝導率、熱拡散率を示す図。
【図10】実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図11】実施形態における応力の発生を示す断面図。
【図12】実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図13】実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す拡大断面図。
【図14】実施形態の第１の変形例におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図。
【図15】実施形態の第２の変形例におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図。
【図16】実施形態の第４の変形例におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図。
【図17】実施形態の第５の変形例におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図。
【図18】実施形態の第６の変形例にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図19】実施形態の第６の変形例にかかる半導体装置の製造方法を示す平面図。
【図20】実施形態の第７の変形例にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図21】実施形態の第８の変形例にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図22】実施形態の第８の変形例にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図23】実施形態の第８の変形例にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図24】実施形態の第８の変形例にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図25】実施形態の第９の変形例にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【0008】
（実施形態）
以下では、接合される２つの基板のうち剥離されずに残る他方の基板を基準とし、他方の基板の主面に垂直な方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な面内で互いに直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とする。
以下では、接合される２つの基板のうち剥離されずに残る他方の基板を基準とし、他方の基板の主面に垂直な方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な面内で互いに直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とする。
【0009】
例えば、半導体装置１の製造方法は、図１～図１３に示すように行われ得る。図１は、半導体装置１の製造方法を示すフローチャートである。図２（ａ）～図２（ｆ）、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）～図４（ｂ）、図５、図６（ａ）～図６（ｃ）、図１０（ａ）～図１０（ｃ）、図１１、図１２（ａ）～図１２（ｅ）、図１３は、半導体装置１の製造方法を示すＹＺ断面図である。図３（ａ）は、図２（ｂ）の拡大断面図である。図３（ｂ）は、図２（ｅ）の拡大断面図である。図５は、図４（ａ）の拡大断面図である。図１３は、図１２（ｃ）に相当する拡大断面図である。図１１は、応力の発生を示すＹＺ断面図である。図７は、レーザー光照射時の基板の温度分布を示す図である。図８は、レーザー光照射時の基板の熱の流れを示す断面図である。図９は、熱伝導率、熱拡散率を説明する図である。
【0010】
半導体装置１の製造方法では、図１に示すように、下基板の処理（Ｓ１～Ｓ２）と上基板の処理（Ｓ３～Ｓ４）とが、たとえば、並行して行われる。下基板は、接合すべき２つの基板のうち接合時に－Ｚ側に配される基板である。上基板は、接合すべき２つの基板のうち接合時に＋Ｚ側に配される基板である。
【0011】
下基板の準備（Ｓ１）では、図２（ａ）に示すように、基板（下基板）２が準備される。基板２は、実質的に不純物を含まない半導体（例えば、シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。
【0012】
成膜（Ｓ２）では、図２（ｂ）に示すように、基板２の主面２ａ側（＋Ｚ側）に、所定のデバイス構造が形成される。
【0013】
例えば、図３（ａ）に示すような周辺回路構造ＰＨＣが形成されてもよい。基板２の＋Ｚ側の主面２ａ近傍に不純物が導入され半導体領域ＳＲが形成される。基板２の主面２ａに導電パターンＧＴが形成される。これにより、それぞれが半導体領域ＳＲ及び導電パターンＧＴを含む複数のトランジスタＴＲが形成される。複数のトランジスタＴＲを含む周辺回路構造ＰＨＣは、後述するメモリセルアレイ構造ＭＡＲに対する周辺回路として機能する。
【0014】
所定のデバイス構造が形成された後、ＣＶＤ法等により、基板２の主面２ａを覆う膜３が形成される。例えば、基板２の主面２ａに層間絶縁膜４０が堆積される。層間絶縁膜４０は、絶縁物を主成分とする材料で形成されてもよく、半導体酸化物（例えば、酸化シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。また、層間絶縁膜４０の堆積とともに層間絶縁膜４０にホールが加工され導電物が埋め込まれたり導電パターンが形成されたりすることで、トランジスタＴＲに電気的に接続される配線構造ＷＲが形成される。層間絶縁膜４０の＋Ｚ側の主面４０ａには、メッキ等により、配線構造ＷＲに電気的に接続される電極ＰＤ１が形成される。図２（ｂ）以降では、簡略化のため、導電パターンＧＴ、配線構造ＷＲ、電極ＰＤ１、層間絶縁膜４０を含む膜を膜３として図示及び説明を行う。また、膜３は、体積的に層間絶縁膜４０が大部分を占めるため、半導体酸化物（例えば、酸化シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよいものとして扱う。なお、図３（ａ）に示すデバイス構造は一例であり、特に限定されない。
【0015】
上基板の準備（Ｓ３）では、図２（ｃ）に示すように、基板（上基板）１００が準備される。基板１００は、実質的に不純物を含まない半導体（例えば、シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。
【0016】
成膜（Ｓ４）では、図２（ｄ）に示すように、ＣＶＤ法等により、基板１００の主面１００ｂ側に、膜６が堆積される。膜６は、赤外光の吸収率が基板１００より大きい任意の材料で形成され得る。膜６は、例えば、膜４がレーザー吸収層として機能するのに適したレーザー波長（例えば、９．２μｍ以上１０．８μｍ以下）の吸収率が基板１００より大きい材料で形成され得る。膜６は、ウェットエッチングで除去可能な材料で形成され得る。膜６は、半導体酸化物（例えば、酸化シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。膜６の膜厚は、レーザー吸収層として機能するのに適した任意の膜厚でよいが、例えば、０．１μｍ以上１μｍ以下であってもよい。
【0017】
膜６の－Ｚ側に、図２（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法等により、膜５が堆積される。膜５は、膜６より熱膨張係数が大きい任意の材料で形成され得る。膜５は、膜６より熱伝導率が大きい任意の材料で形成され得る。膜５は、膜６より熱拡散率が大きい任意の材料で形成され得る。膜５は、半導体の多結晶材（例えば、多結晶シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよいし、半導体のアモルファス材（例えば、アモルファスシリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。半導体の多孔質材（例えば、ポーラスシリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。なお、膜５がポーラスシリコンを主成分とする材料で形成される場合、ポーラス度は、４０％以上９０％以下であってもよく、好ましくは、５０％以上９０％以下であってもよい。ポーラス度は、分光エリプソメトリーまたはガス吸着法で測定された値を用いてもよい。膜５の膜厚は、膜６との界面が剥離界面となることに適した任意の膜厚でよいが、例えば、０．０５μｍ以上１μｍ以下であってもよく、好ましくは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
【0018】
膜５の－Ｚ側に、図２（ｆ）に示すように、ＣＶＤ法等により、膜４が堆積される。
【0019】
例えば、図３（ｂ）に示すようなメモリセルアレイ構造ＭＡＲを含む膜４が形成されてもよい。膜５の－Ｚ側に、絶縁膜６０を堆積した後、導電膜を堆積し、導電膜をパターニングして、導電層ＳＬを形成する。絶縁膜６０は、シリコン酸化物等の絶縁物で形成され得る。導電層ＳＬは、不純物を含むポリシリコン等の導電性が付与された半導体で形成され得る。その後、導電層ＳＬの＋Ｚ側に、絶縁層と犠牲層（図示せず）とを交互に複数回堆積して積層体ＬＭを形成する。絶縁層は、シリコン酸化物等の絶縁物で形成され得る。犠牲層は、シリコン窒化物等の絶縁層との間でエッチング選択比を確保可能な絶縁物で形成され得る。各絶縁層及び各犠牲層は、概ね同様な膜厚で堆積され得る。
【0020】
Ｙ方向に延びるライン状に開口されたレジストパターンを積層体ＬＭの－Ｚ側に形成する。レジストパターンをマスクとしてＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などの異方性エッチングを行い、積層体ＬＭをＹＺ方向に貫通する溝を形成する。そして、溝に分断膜（図示せず）が埋め込まれる。分断膜は、絶縁物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料で形成され得る。分断膜は、積層体ＬＭの－Ｘ側でＹＺ方向に延びる。分断膜は、積層体ＬＭを－Ｘ側の他の積層体ＬＭから分断する。各積層体ＬＭでは、絶縁層及び犠牲層が交互に複数回積層されている。各積層体ＬＭは、ＸＹ平面視でＹ方向を長手方向とする略矩形状を有する。
【0021】
メモリホールの形成位置が開口されたレジストパターンを各積層体ＬＭの－Ｚ側に形成する。レジストパターンをマスクとしてＲＩＥ法などの異方性エッチングを行い、積層体ＬＭを貫通し導電層ＳＬに到達するメモリホールを形成する。
【0022】
メモリホールの側面及び底面に、ブロック絶縁膜、電荷蓄積膜、トンネル絶縁膜が順に堆積される。ブロック絶縁膜は、シリコン酸化物等の絶縁物で形成され得る。トンネル絶縁膜におけるメモリホールの底面の部分が選択的に除去される。
【0023】
メモリホールの側面及び底面に半導体膜が堆積される。半導体膜は、半導体（例えば、ポリシリコン）を主成分とする材料で形成され得る。そして、メモリホールにコア部材が埋め込まれる。コア部材は、シリコン酸化物等の絶縁物で形成され得る。これにより、積層体ＬＭをＺ方向にそれぞれ貫通する複数の柱状体ＰＬが形成される。複数の柱状体ＰＬは、ＸＹ方向に配列されるように形成される。
【0024】
積層体ＬＭの犠牲層が除去される。除去によって形成された空隙の露出された面にブロック絶縁膜が形成される。ブロック絶縁膜は、アルミニウム酸化物等の絶縁物で形成され得る。空隙には、さらに、導電層ＷＬが埋め込まれる。導電層ＷＬは、導電物（例えば、タングステンなどの金属）を主成分とする材料で形成され得る。これにより、導電層ＷＬと絶縁層とが交互に繰り返し積層された積層体ＬＭが形成される。導電層ＷＬと柱状体ＰＬの半導体膜とが交差する位置にメモリセルが形成される。すなわち、複数のメモリセルが３次元的に配列されたメモリセルアレイ構造ＭＡＲが形成される。
【0025】
また、積層体ＬＭを覆う層間絶縁膜５０がさらに形成される。レジストパターンの形成及びスリミングとエッチング加工を繰り返すことなどにより、積層体ＬＭのＹ方向両側に階段状に導電層ＷＬが引き出された階段構造を形成する。層間絶縁膜５０にホールを形成し導電物を埋め込むことなどにより、各導電層ＷＬに電気的に接続される導電プラグＣＣを形成する。また、層間絶縁膜５０の堆積とともに層間絶縁膜５０にホールが加工され導電物が埋め込まれたり導電パターンが形成されたりすることで、導電プラグＣＣに電気的に接続される配線構造ＷＲ２が形成される。層間絶縁膜５０の－Ｚ側の主面５０ａには、メッキ等により、配線構造ＷＲ２に電気的に接続される電極ＰＤ２が形成される。図２（ｆ）以降では、簡略化のため、メモリセルアレイ構造ＭＡＲ、導電プラグＣＣ、配線構造ＷＲ２、電極ＰＤ２、層間絶縁膜５０，６０を含む膜を膜４として図示及び説明を行う。また、膜４は、本実施形態で注目する部分が層間絶縁膜６０であるため、膜４の材料は主に層間絶縁膜６０の材料であるものとして扱う。なお、図３（ｂ）に示すデバイス構造は一例であり、特に限定されない。また、図３（ｂ）においてメモリセルアレイ構造ＭＡＲが１つ示されているが、複数あってもよい。
【0026】
膜４は、膜６と略同じ材料で形成され得る。膜４は、赤外光の吸収率が基板１００より大きい任意の材料で形成され得る。膜４は、例えば、膜４がレーザー吸収層として機能するのに適したレーザー波長（例えば、９．２μｍ以上１０．８μｍ以下）の吸収率が基板１００より大きい材料で形成され得る。膜６は、半導体酸化物（例えば、酸化シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。膜４の膜厚は、レーザー吸収層として機能するのに適した任意の膜厚であってよいが、例えば、０．１μｍ以上１μｍ以下であってもよい。
【0027】
図１に示すように、下基板の処理（Ｓ１～Ｓ２）と上基板の処理（Ｓ３～Ｓ４）とがいずれも完了すると、上基板と下基板とが接合される（Ｓ５）。膜３の＋Ｚ側の主面３ａ（図２（ｂ）参照）と膜４の－Ｚ側の主面４ｂ（図２（ｆ）参照）とがそれぞれプラズマ照射等により活性化され、図２（ｇ）に示すように、主面３ａ及び主面４ｂが向き合うように、基板２及び基板１００がＺ方向に対向配置される。図２（ｇ）、図４（ａ）及び図５に示すように、主面３ａにおける電極ＰＤ１のＸＹ位置と主面４ｂにおける電極ＰＤ２のＸＹ位置とが対応するように、基板２のＸＹ位置と基板１００のＸＹ位置とがアライメントされる。図４（ａ）及び図５に示すように、基板２及び基板１００がＺ方向に互いに近付けられ、基板２側の主面３ａと基板１００側の主面４ｂとが接合される。このとき、主面３ａの原子と主面４ｂの原子とは水素結合等で結合され、基板２及び基板１００が仮接合された状態である。
【0028】
そのため、図１に示すように、比較的低温度での熱処理（アニール）が行われる（Ｓ６）。熱処理（アニール）では、図４（ｂ）に点線の矢印で示すように、基板２及び基板１００が全体的に加熱される。熱処理では、例えば基板２及び基板１００がそれぞれ比較的低温度（すなわち、デバイス構造の許容温度、例えば、２００℃程度）に所定時間で加熱される。このとき、界面から水分子が抜けることなどにより、主面３ａの原子と主面４ｂの原子とは共有結合等で結合され、基板２及び基板１００が本接合された状態になる。これにより、基板２及び基板１００の接合体ＣＢが形成される。このとき、電極ＰＤ１と電極ＰＤ２とが直接接合で接合され、周辺回路構造ＰＨＣとメモリセルアレイ構造ＭＡＲとが電気的に接続され得る。
【0029】
図１に示すＳ６が完了すると、基板１００の側からレーザー光２００を照射する（Ｓ７）。
【0030】
レーザー光の照射は、レーザー吸収層である膜６及び膜４の光吸収率が基板１００よりも大きい波長帯（例えば、９．２μｍ以上１０．８μｍ以下の波長帯）になるレーザー光２００で行う。レーザー光２００は、パルスレーザーが用いられる。レーザー光２００は、赤外レーザーが用いられてもよい。レーザー光２００は、炭酸ガスレーザー（ＣＯ２レーザー）が用いられてもよい。レーザー光２００の吸収は、基板又は膜の吸収係数と厚みに依存して起こり、本構造では、レーザー吸収層となる膜６及び膜４で主にレーザー吸収が起きる。
【0031】
なお、ステージ及び光源を有するレーザー照射装置において、ステージが回転されながら光源が基板の中心位置から外周位置に徐々に移動してもよい。この場合、らせん状の軌道ＯＢ（図示せず）に沿って中心位置から外周位置に向かうスポット領域の照射パターンを実現可能である。外周位置から中心位置に向かって光源が移動してもよい。
【0032】
例えば、図６（ａ）に示すように、１照射目のレーザー光２００を照射すべきＸＹ平面位置が決められ、レーザー光２００の焦点が膜６内に位置するように調整される。照射すべきＸＹ平面位置は、らせん状の軌道ＯＢの開始位置であってもよい。膜６のレーザー光２００の吸収率は、基板１００のレーザー光２００の吸収率より大きく、膜４のレーザー光２００の吸収率は、基板１００のレーザー光２００の吸収率より大きい。これにより、基板１００を通して膜６に照射されたレーザー光２００は、主に膜６及び膜４内の照射箇所近傍で吸収され、そのＸＹ平面位置で膜６及び膜４を局所発熱（局所加熱）させる。
【0033】
例えば、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、膜６及び膜４の局所発熱により、そのＸＹ位置で膜６及び膜４の温度が高温になる。このとき、膜５の熱伝導率は膜６の熱伝導率より大きく、膜５の熱伝導率は膜４の熱伝導率より大きい。これにより、図８（ｂ）に示すように、膜６内の熱は、基板１００へ＋Ｚ方向に伝達されるとともに、膜５へ－Ｚ方向に伝達される。
【0034】
ここで、図９に示すように、熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））が高い材料なら熱流（Ｗ）が大きく、単位時間当たり温度勾配当たりで多くの熱（Ｊ）が伝わる。一方，熱（Ｊ）が伝わっても熱容量（Ｊ／Ｋ）が大きいと温度（Ｋ）が上がりにくい。熱容量（Ｊ／Ｋ）に対して熱伝導率が相対的に大きければ温度（Ｋ）が上がり易い。すなわち、熱拡散率（ｍ２/ｓ）＝熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ）／（比熱（Ｊ/（ｋｇ・Ｋ）×密度（ｋｇ/ｍ３）が高いと温度（Ｋ）が上がり易い。このとき、膜６や膜４に比べて線膨張係数（１／Ｋ）が高ければ、線膨張係数差によって両者の界面に大きな応力が発生し得る。
【0035】
図７（ａ）に示す膜５の熱拡散率は膜６の熱拡散率より大きく、膜５の熱拡散率は膜４の熱拡散率より大きい。そのため、図８（ｂ）に示すように、膜５へ伝達された熱は、さらに、膜５内でＸＹ方向に伝達される。これにより、膜６内の熱を膜５側へ引っ張る熱の流れが形成され、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、基板１００の温度を目標温度Ｔｔｈ以下に抑制でき、膜５の温度を最高温度Ｔ１付近まで上昇させることができる。
【0036】
このとき、膜５の熱膨張係数は膜６の熱膨張係数より大きく、膜５の熱膨張係数は膜４の熱膨張係数より大きい。膜５の温度上昇に伴い、膜５の方が膜６及び膜４よりも膨張する。これにより、そのＸＹ平面位置で膨張の差に起因した応力が、膜５及び膜６の界面に発生する。これにより、図６（ｂ）に示すように、そのＸＹ平面位置で膜５と膜６との界面で剥離する。または、膜５と膜４との界面で剥離してもよい。
【0037】
図６（ｃ）に示すように、２照射目のレーザー光２００を照射すべきＸＹ平面位置が図６（ａ）のＸＹ平面位置からＸＹ平面方向にシフトした位置に決められ、レーザー光２００の焦点が膜６内に位置するように調整される。図６（ａ）のＸＹ平面位置からＸＹ平面方向にシフトした位置は、らせん状の軌道ＯＢに沿ってその開始位置からシフトした位置であってもよい。膜６のレーザー光２００の吸収率は、基板１００のレーザー光２００の吸収率より大きく、膜４のレーザー光２００の吸収率は、基板１００のレーザー光２００の吸収率より大きい。これにより、基板１００を通して膜６に照射されたレーザー光２００は、主に膜６内の照射箇所で吸収され、そのＸＹ平面位置で膜６及び膜４を局所発熱（局所加熱）させる。
【0038】
例えば、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、膜６及び膜４の局所発熱により、そのＸＹ位置で膜６及び膜４の温度が高温になる。このとき、膜５の熱伝導率は膜６の熱伝導率より大きく、膜５の熱伝導率は膜４の熱伝導率より大きい。これにより、図８（ｂ）に示すように、膜６内の熱は、基板１００へ＋Ｚ方向に伝達されるとともに、膜５へ－Ｚ方向に伝達される。
【0039】
膜５の熱拡散率は膜６の熱拡散率より大きく、膜５の熱拡散率は膜４の熱拡散率より大きい。そのため、図８（ｂ）に示すように、膜５へ伝達された熱は、さらに、膜５内でＸＹ方向に伝達される。これにより、膜６内の熱を膜５側へ引っ張る熱の流れが形成され、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、基板１００の温度を目標温度Ｔｔｈ（例えば、６００℃）以下に抑制でき、膜５の温度を最高温度Ｔ１付近まで上昇させることができる。
【0040】
このとき、膜５の熱膨張係数は膜６の熱膨張係数より大きく、膜５の熱膨張係数は膜４の熱膨張係数より大きい。膜５の温度上昇に伴い、膜５の方が膜６及び膜４よりも膨張する。これにより、そのＸＹ平面位置で膨張の差に起因した応力が、膜５及び膜６の界面に発生する。これにより、図１０（ａ）に示すように、そのＸＹ平面位置で膜５と膜６との界面で剥離する。または、膜５と膜４との界面で剥離してもよい。
【0041】
図１０（ｂ）に示すように、最終であるＮ照射目のレーザー光２００を照射すべき最終のＸＹ平面位置が決められ、レーザー光２００の焦点が膜４内に位置するように調整される。Ｎは、任意の３以上の整数である。最終のＸＹ平面位置は、らせん状の軌道ＯＢに沿ったその最終位置であってもよい。膜６のレーザー光２００の吸収率は、基板１００のレーザー光２００の吸収率より大きく、膜４のレーザー光２００の吸収率は、基板１００のレーザー光２００の吸収率より大きい。これにより、基板１００を通して膜６に照射されたレーザー光２００は、主に膜６内の照射箇所で吸収され、そのＸＹ平面位置で膜６及び膜４を局所発熱（局所加熱）させる。
【0042】
例えば、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、膜６及び膜４の局所発熱により、そのＸＹ位置で膜６及び膜４の温度が高温になる。このとき、膜５の熱伝導率は膜６の熱伝導率より大きく、膜５の熱伝導率は膜４の熱伝導率より大きい。これにより、図８（ｂ）に示すように、膜６内の熱は、基板１００へ＋Ｚ方向に伝達されるとともに、膜５へ－Ｚ方向に伝達される。
【0043】
膜５の熱拡散率は膜６の熱拡散率より大きく、膜５の熱拡散率は膜４の熱拡散率より大きい。そのため、図８（ｂ）に示すように、膜５へ伝達された熱は、さらに、膜５内でＸＹ方向に伝達される。これにより、膜６内の熱を膜５側へ引っ張る熱の流れが形成され、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、基板１００の温度を目標温度Ｔｔｈ以下に抑制でき、膜５の温度を最高温度Ｔ１付近まで上昇させることができる。
【0044】
このとき、膜５の熱膨張係数は膜６の熱膨張係数より大きく、膜５の熱膨張係数は膜４の熱膨張係数より大きい。膜５の温度上昇に伴い、膜５の方が膜６及び膜４よりも膨張する。これにより、そのＸＹ平面位置で膨張の差に起因した応力が、膜５及び膜６の界面に発生する。これにより、図１０（ｃ）に示すように、そのＸＹ平面位置で膜５と膜６と界面で剥離する。または、膜５と膜４との界面で剥離してもよい。
【0045】
膜６内に複数のスポット領域が２次元的に分布するようにレーザー光２００の照射が行われたことにより、図１１に示すように、膜５の＋Ｚ側の主面５ａは、２次元的に分布する凸部５ａ２を有する状態になる。主面５ａにおいて、複数の凸部５ａ２がＸＹ方向に互いに離間して配された状態になる。これにより、図１１に点線の矢印で示すように、主面５ａにおける複数の凸部５ａ２のそれぞれがＸＹ方向外側に膜６を主面６ｂ近傍で押し出す局所応力が発生し得る。
【0046】
なお、膜５及び膜６の界面と膜５及び膜４の界面とは、それぞれ、ＸＹ方向に互いに離間した複数個所で局所応力が発生する。膜５及び膜６の界面の温度が膜５及び膜４の界面の温度より高ければ、膜５及び膜６の界面の応力は、膜５及び膜４の界面の応力より大きくなり得る。図１１では、簡略化のため、比較的大きい膜５及び膜６の界面で発生する局所応力を選択的に示している。
【0047】
これにより、膜５及び膜６の界面で剥離が行われる（Ｓ８）。剥離では、図１２（ａ）に示すように、積層体７から積層体８が剥離される。積層体７では、基板２に膜３、膜４、膜５が積層されている。積層体８では、基板１００に膜６が積層されている。例えば、２次元的に分布する複数の凸部５ａ２で局所応力が発生しているため、複数の凸部５ａ２を起点として、積層体７から積層体８が容易に剥離される。
【0048】
その後の加工等を考慮し、積層体７は、図１に示すように、剥離面が処理される（Ｓ９）。積層体７では、図１２（ｂ）に示すように、膜５の＋Ｚ側の主面５ａにおいて、複数の凸部５ａ２がＸＹ方向に分布しており、膜５の－Ｚ側の主面５ｂにおいて、複数の凸部５ｂ２がＸＹ方向に分布している。ドライエッチング又はウェットエッチングにより、膜５が除去される。
【0049】
膜５が除去された積層体７ａでは、図１２（ｃ）に示すように、膜４の＋Ｚ側の主面４ａにおいて、それぞれが凸部５ｂ２に対応する複数の凹部４ａ２がＸＹ方向に分布している。膜４は、ＣＭＰ法等により、主面４ａが研磨されて平坦化される。
【0050】
これにより、図１２（ｄ）に示すように、基板２に膜３、膜４が積層され、膜４の主面４ａが平坦化された半導体装置１が得られる。
【0051】
例えば、図１３に示すように、平坦化後に、層間絶縁膜６０の＋Ｚ側の主面６０ａにホールを形成し導電物を埋め込むことなどにより、導電層ＳＬに電気的に接続される導電プラグＰＧを形成する。メッキ等により、層間絶縁膜６０の主面６０ａに、導電プラグＰＧに電気的に接続される電極パターンＥＬを形成する。また、図示しないが、層間絶縁膜６０の主面６０ａに、メモリセルアレイ構造ＭＡＲをバイパスして周辺回路構造ＰＨＣに接続される電極パターンＥＬも形成される。これにより、メモリセルアレイ構造ＭＡＲ及び周辺回路構造ＰＨＣに外部から電源、信号等を供給可能である。
【0052】
なお、メモリセルアレイ構造ＭＡＲを含む膜４はメモリセルアレイ用のチップ領域とみなすことができ、周辺回路構造ＰＨＣを含む膜３及び基板２は周辺回路用のチップ領域とみなすことができる。半導体装置１は、メモリセルアレイ用のチップ領域と周辺回路用のチップ領域との直接接合で得られた構造を有する。この構造は、ＣＢＡ（ＣＭＯＳ ｄｉｒｅｃｔｌｙ Ｂｏｎｄｅｄ ｔｏ Ａｒｒａｙ）とも呼ばれる。ＣＢＡにおいて、周辺回路用のチップ領域の＋Ｚ側に接合されるメモリセルアレイ用のチップ領域の個数は、１個に限定されず、２個以上であってもよい。
【0053】
【0054】
剥離直後の積層体８では、図１２（ｄ）に示すように、基板１００の－Ｚ側の主面１００ｂが膜６で覆われている。膜６がウェットエッチングで除去される。
【0055】
例えば、膜６が半導体酸化物（例えば、酸化シリコン）を主成分とする材料で形成される場合、基板１００の材料（例えば、シリコンなどの半導体）とのエッチング選択比を確保しながらウェットエッチングで容易に除去され得る。
【0056】
これにより、図１２（ｅ）に示すように、基板１００が得られる。図１２（ｅ）に示す基板１００は、例えば上基板１００としての再利用が容易である。また、ＣＭＰ法等による研磨が不要なので、基板１００がほぼ元の状態で再利用可能である。
【0057】
なお、剥離された基板１００は、上基板１００として再利用される代わりに、図１に点線の矢印で示すように、下基板２として再利用されてもよい。
【0058】
以上のように、実施形態では、膜３が積層された基板２と膜６、膜５及び膜４が積層された基板１００とが接合された後、焦点が膜６の近傍に位置するように基板１００の側からレーザー光２００が照射される。例えば、膜６及び膜４は、略同じ材料で形成され、膜５の材料は、膜６及び膜４の材料と異なる。膜５の材料は、膜６及び膜４の材料より熱膨張率が大きくてもよい。さらに、膜５の材料は、膜６及び膜４の材料より熱伝導率が高く且つ熱拡散率が大きくてもよい。これにより、レーザーに対する光吸収を膜６及び膜４で行い、膜６内等の熱を膜５側へ引き込み、膜５内で容易に拡散でき、基板１００からＺ方向に離間した膜５及び膜６の界面で局所応力を発生させることができる。この結果、基板１００への熱的なダメージ（例えば、熱応力等による格子歪など）を抑制しながら基板１００を容易に基板２から分離できる。したがって、基板２を含む半導体装置１の製造歩留まりを向上でき、基板１００を容易に再利用できる。すなわち、半導体装置１の製造時における基板１００の分離を適切に行うことができる。
【0059】
また、実施形態では、上基板１００が分離される際に、剥離界面と上基板１００との間に膜６を介在させる。すなわち、基板１００からＺ方向に離間した膜５及び膜６の界面で剥離を行い、積層体７から積層体８を剥離できる。その後、積層体８から膜６がウェットエッチングで除去される。これにより、剥離の際に基板１００へ与えるダメージを抑制でき、その後の膜６の除去の際に基板１００へ与えるダメージを抑制できる。この結果、剥離を良好に行うことができ、基板１００をほぼ元の状態で再利用可能である。
【0060】
例えば、図８（ａ）に示すように、レーザーに対する光吸収を膜６及び膜４で行った際に、その熱の大部分が基板１００の側へ向かうと、基板１００が熱的なダメージ（例えば、熱応力等による格子歪など）を受ける。この熱的なダメージが大きいと、その後にダメージ回復のための熱処理を行っても、ダメージを回復しきれない可能性がある。このため、基板１００を再利用することが困難になる可能性がある。
【0061】
それに対して、本実施形態では、レーザーに対する光吸収を膜６及び膜４で行い、膜６内等の熱を膜５側へ引き込み、膜５内で容易に拡散でき、基板１００からＺ方向に離間した膜５及び膜６の界面で局所応力を発生させることができる。この結果、基板１００への熱的なダメージ（例えば、熱応力等による格子歪など）を抑制しながら基板１００を容易に基板２から分離できる。したがって、基板２を含む半導体装置１の製造歩留まりを向上でき、基板１００を容易に再利用できる。
【0062】
なお、基板１００の分離は、膜５及び膜６の界面での剥離（図１２（ａ）参照）に代えて、膜５及び膜４の界面での剥離で行われてもよい。
【0063】
また、膜５の材料は、膜６及び膜４の材料から熱を効率良く奪い，それ自身の温度が上がり易く，大きく熱膨張する任意の材料が適用可能である。
【0064】
（変形例１）
実施形態の第１の変形例として、膜５ｉの材料は、図１４に示すように、半導体窒化物（例えば、シリコン窒化物）を主成分とする材料であってもよい。図１４は、実施形態の第１の変形例におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図である。膜５ｉの膜厚は、膜６との界面が剥離界面となることに適した任意の膜厚でよいが、例えば、０．０５μｍ以上１μｍ以下であってもよく、好ましくは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
実施形態の第１の変形例として、膜５ｉの材料は、図１４に示すように、半導体窒化物（例えば、シリコン窒化物）を主成分とする材料であってもよい。図１４は、実施形態の第１の変形例におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図である。膜５ｉの膜厚は、膜６との界面が剥離界面となることに適した任意の膜厚でよいが、例えば、０．０５μｍ以上１μｍ以下であってもよく、好ましくは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
【0065】
例えば、図６（ａ）に示すように、基板１００の側からレーザー光２００が照射された際に、図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示すように、膜６及び膜４の局所発熱により、そのＸＹ位置で膜６及び膜４の温度が高温になる。
【0066】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、膜５ｉの材料は、半導体窒化物（例えば、シリコン窒化物）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱伝導率が高い。
【0067】
これにより、図８（ｂ）に示すように、膜６内の熱は、基板１００へ＋Ｚ方向に伝達されるとともに、膜５ｉへ－Ｚ方向に伝達される。
【0068】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、図１４（ａ）に示す膜５ｉの材料は、半導体窒化物（例えば、シリコン窒化物）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱拡散率が大きい。
【0069】
そのため、図８（ｂ）に示すように、膜５ｉへ伝達された熱は、さらに、膜５ｉ内でＸＹ方向に伝達される。これにより、膜６内の熱を膜５ｉ側へ引っ張る熱の流れが形成され、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）に示すように、基板１００の温度を目標温度Ｔｔｈ以下に抑制でき、膜５ｉの温度を最高温度Ｔ１１付近まで上昇させることができる。
【0070】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、膜５ｉの材料は、半導体窒化物（例えば、シリコン窒化物）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱膨張率が大きい。
【0071】
そのため、膜５ｉの温度上昇に伴い、そのＸＹ平面位置で熱膨張係数の差に起因した応力が、膜５ｉ及び膜６の界面と膜５及び膜４の界面とにそれぞれ発生する。これにより、図６（ｂ）に示すように、そのＸＹ平面位置で膜５ｉが膜６の側へ膨張し、膜５ｉが膜４の側へ膨張する。
【0072】
このように、膜５ｉの材料として半導体窒化物（例えば、シリコン窒化物）を主成分とする材料を採用することによっても、レーザーに対する光吸収を膜６及び膜４で行い、膜６内等の熱を膜５ｉ側へ引き込み、膜５ｉ内で容易に拡散でき、基板１００からＺ方向に離間した膜５及び膜６の界面で局所応力を発生させることができる。
【0073】
（変形例２）
実施形態の第２の変形例として、膜５ｊの材料は、図１５に示すように、金属酸化物（例えば、アルミニウム酸化物）を主成分とする材料であってもよい。図１５は、実施形態の第２の変形例におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図である。膜５ｊの膜厚は、膜６との界面が剥離界面となることに適した任意の膜厚でよいが、例えば、０．０５μｍ以上１μｍ以下であってもよく、好ましくは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
実施形態の第２の変形例として、膜５ｊの材料は、図１５に示すように、金属酸化物（例えば、アルミニウム酸化物）を主成分とする材料であってもよい。図１５は、実施形態の第２の変形例におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図である。膜５ｊの膜厚は、膜６との界面が剥離界面となることに適した任意の膜厚でよいが、例えば、０．０５μｍ以上１μｍ以下であってもよく、好ましくは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
【0074】
例えば、図６（ａ）に示すように、基板１００の側からレーザー光２００が照射された際に、図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、膜６及び膜４の局所発熱により、そのＸＹ位置で膜６及び膜４の温度が高温になる。
【0075】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、膜５ｊの材料は、金属酸化物（例えば、アルミニウム酸化物）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱伝導率が高い。
【0076】
これにより、図８（ｂ）に示すように、膜６内の熱は、基板１００へ＋Ｚ方向に伝達されるとともに、膜５ｊへ－Ｚ方向に伝達される。
【0077】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、図１５（ａ）に示す膜５ｊの材料は、金属酸化物（例えば、アルミニウム酸化物）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱拡散率が大きい。
【0078】
そのため、図８（ｂ）に示すように、膜５ｊへ伝達された熱は、さらに、膜５ｊ内でＸＹ方向に伝達される。これにより、膜６内の熱を膜５ｊ側へ引っ張る熱の流れが形成され、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）に示すように、基板１００の温度を目標温度Ｔｔｈ以下に抑制でき、膜５ｊの温度を最高温度Ｔ２１付近まで上昇させることができる。
【0079】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、膜５ｊの材料は、金属酸化物（例えば、アルミニウム酸化物）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱膨張率が大きい。
【0080】
そのため、膜５ｊの温度上昇に伴い、そのＸＹ平面位置で熱膨張係数の差に起因した熱応力が、膜５ｊ及び膜６の界面と膜５及び膜４の界面とにそれぞれ発生する。これにより、図６（ｂ）に示すように、そのＸＹ平面位置で膜５ｊが膜６の側へ膨張し、膜５ｊが膜４の側へ膨張する。
【0081】
このように、膜５ｊの材料として金属酸化物（例えば、アルミニウム酸化物）を主成分とする材料を採用することによっても、レーザーに対する光吸収を膜６及び膜４で行い、膜６内等の熱を膜５ｊ側へ引き込み、膜５ｊ内で容易に拡散でき、基板１００からＺ方向に離間した膜５ｊ及び膜６の界面で局所応力を発生させることができる。
【0082】
（変形例３）
実施形態の第３の変形例として、膜５ｍの材料は、図示しないが、金属窒化物（例えば、アルミニウム窒化物、タングステン窒化物、チタン窒化物等）を主成分とする材料であってもよい。膜５ｍの膜厚は、膜６との界面が剥離界面となることに適した任意の膜厚でよいが、例えば、０．０５μｍ以上１μｍ以下であってもよく、好ましくは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
実施形態の第３の変形例として、膜５ｍの材料は、図示しないが、金属窒化物（例えば、アルミニウム窒化物、タングステン窒化物、チタン窒化物等）を主成分とする材料であってもよい。膜５ｍの膜厚は、膜６との界面が剥離界面となることに適した任意の膜厚でよいが、例えば、０．０５μｍ以上１μｍ以下であってもよく、好ましくは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
【0083】
例えば、図６（ａ）に示すように、基板１００の側からレーザー光２００が照射された際に、膜６及び膜４の局所発熱により、そのＸＹ位置で膜６及び膜４の温度が高温になる。
【0084】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、膜５ｍの材料は、金属窒化物（例えば、アルミニウム窒化物）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱伝導率が高い。
【0085】
これにより、図８（ｂ）に示すように、膜６内の熱は、基板１００へ＋Ｚ方向に伝達されるとともに、膜５ｍへ－Ｚ方向に伝達される。
【0086】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、膜５ｍの材料は、金属窒化物（例えば、アルミニウム窒化物、タングステン窒化物、チタン窒化物等）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱拡散率が大きい。
【0087】
そのため、図８（ｂ）に示すように、膜５ｍへ伝達された熱は、さらに、膜５ｍ内でＸＹ方向に伝達される。これにより、膜６内の熱を膜５ｍ側へ引っ張る熱の流れが形成され、基板１００の温度を目標温度Ｔｔｈ以下に抑制でき、膜５ｍの温度を最高温度付近まで上昇させることができる。
【0088】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、膜５ｍの材料は、金属窒化物（例えば、アルミニウム窒化物）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱膨張率が大きい。
【0089】
そのため、膜５ｍの温度上昇に伴い、そのＸＹ平面位置で熱膨張係数の差に起因した応力が、膜５ｍ及び膜６の界面と膜５ｍ及び膜４の界面とにそれぞれ発生する。これにより、図６（ｂ）に示すように、そのＸＹ平面位置で膜５ｍが膜６の側へ膨張し、膜５ｍが膜４の側へ膨張する。
【0090】
このように、膜５ｍの材料として金属窒化物（例えば、アルミニウム窒化物）を主成分とする材料を採用することによっても、レーザーに対する光吸収を膜６及び膜４で行い、膜６内等の熱を膜５ｍ側へ引き込み、膜５ｍ内で容易に拡散でき、基板１００からＺ方向に離間した膜５ｍ及び膜６の界面で局所応力を発生させることができる。
【0091】
（変形例４）
実施形態の第４の変形例として、膜５ｋの材料は、図１６に示すように、金属（例えば、タングステン、モリブデン、チタニウム等）を主成分とする材料であってもよい。図１６は、実施形態の第４の変形例におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図である。膜５ｋの膜厚は、膜６との界面が剥離界面となることに適した任意の膜厚でよいが、例えば、０．０５μｍ以上１μｍ以下であってもよく、好ましくは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
実施形態の第４の変形例として、膜５ｋの材料は、図１６に示すように、金属（例えば、タングステン、モリブデン、チタニウム等）を主成分とする材料であってもよい。図１６は、実施形態の第４の変形例におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図である。膜５ｋの膜厚は、膜６との界面が剥離界面となることに適した任意の膜厚でよいが、例えば、０．０５μｍ以上１μｍ以下であってもよく、好ましくは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
【0092】
例えば、図６（ａ）に示すように、基板１００の側からレーザー光２００が照射された際に、図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように、膜６及び膜４の局所発熱により、そのＸＹ位置で膜６及び膜４の温度が高温になる。
【0093】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、膜５ｋの材料は、金属（例えば、タングステン、モリブデン、チタニウム等）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱伝導率が高い。
【0094】
これにより、図８（ｂ）に示すように、膜６内の熱は、基板１００へ＋Ｚ方向に伝達されるとともに、膜５ｋへ－Ｚ方向に伝達される。
【0095】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、図１６（ａ）に示す膜５ｋの材料は、金属（例えば、タングステン、モリブデン、チタニウム等）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱拡散率が大きい。
【0096】
そのため、図８（ｂ）に示すように、膜５ｋへ伝達された熱は、さらに、膜５ｋ内でＸＹ方向に伝達される。これにより、膜６内の熱を膜５ｋ側へ引っ張る熱の流れが形成され、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）に示すように、基板１００の温度を目標温度Ｔｔｈ以下に抑制でき、膜５ｋの温度を最高温度Ｔ３１付近まで上昇させることができる。
【0097】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、膜５ｋの材料は、金属（例えば、タングステン、モリブデン、チタニウム等）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱膨張率が大きい。
【0098】
そのため、膜５ｋの温度上昇に伴い、そのＸＹ平面位置で熱膨張係数の差に起因した応力が、膜５ｋ及び膜６の界面と膜５ｋ及び膜４の界面とにそれぞれ発生する。これにより、図６（ｂ）に示すように、そのＸＹ平面位置で膜５ｋが膜６の側へ膨張し、膜５ｋが膜４の側へ膨張する。
【0099】
このように、膜５ｋの材料として金属（例えば、タングステン、モリブデン、チタニウム等）を主成分とする材料を採用することによっても、レーザーに対する光吸収を膜６及び膜４で行い、膜６内等の熱を膜５ｋ側へ引き込み、膜５ｋ内で容易に拡散でき、基板１００からＺ方向に離間した膜５ｋ及び膜６の界面で局所応力を発生させることができる。
【0100】
（変形例５）
実施形態の第５の変形例として、膜５ｐの材料は、図１７に示すように、比較的熱伝導率の高い金属（例えば、銅）を主成分とする材料であってもよい。図１７は、実施形態の第５の変形例におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図である。膜５ｐ膜厚は、膜６との界面が剥離界面となることに適した任意の膜厚でよいが、例えば、０．０５μｍ以上１μｍ以下であってもよく、好ましくは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であってもよい。
実施形態の第５の変形例として、膜５ｐの材料は、図１７に示すように、比較的熱伝導率の高い金属（例えば、銅）を主成分とする材料であってもよい。図１７は、実施形態の第５の変形例におけるレーザー光照射時の基板の温度分布を示す図である。膜５ｐ膜厚は、膜６との界面が剥離界面となることに適した任意の膜厚でよいが、例えば、０．０５μｍ以上１μｍ以下であってもよく、好ましくは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であってもよい。
【0101】
例えば、図６（ａ）に示すように、基板１００の側からレーザー光２００が照射された際に、図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示すように、膜６及び膜４の局所発熱により、そのＸＹ位置で膜６及び膜４の温度が高温になる。
【0102】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、膜５ｐの材料は、金属（例えば、銅）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱伝導率が高い。
【0103】
これにより、図８（ｂ）に示すように、膜６内の熱は、基板１００へ＋Ｚ方向に伝達されるとともに、膜５ｐへ－Ｚ方向に伝達される。
【0104】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、図１７（ａ）に示す膜５ｐの材料は、金属（例えば、銅）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱拡散率が大きい。
【0105】
そのため、図８（ｂ）に示すように、膜５ｐへ伝達された熱は、さらに、膜５ｐ内でＸＹ方向に伝達される。これにより、膜６内の熱を膜５ｐ側へ引っ張る熱の流れが形成され、図１７（ｂ）、図１７（ｃ）に示すように、基板１００の温度を目標温度Ｔｔｈ以下に抑制でき、膜５ｐの温度を最高温度Ｔ４１付近まで上昇させることができる。
【0106】
膜６及び膜４の材料が半導体酸化物（例えば、シリコン酸化物）を主成分とする材料である場合、膜５ｐの材料は、金属（例えば、銅）を主成分とする材料であり、膜６及び膜４の材料より熱膨張率が大きい。
【0107】
そのため、膜５ｐの温度上昇に伴い、そのＸＹ平面位置で熱膨張係数の差に起因した応力が、膜５ｐ及び膜６の界面と膜５ｐ及び膜４の界面とにそれぞれ発生する。これにより、図６（ｂ）に示すように、そのＸＹ平面位置で膜５ｐが膜６の側へ膨張し、膜５ｐが膜４の側へ膨張する。
【0108】
このように、膜５ｐの材料として金属（例えば、銅）を主成分とする材料を採用することによっても、レーザーに対する光吸収を膜６及び膜４で行い、膜６内等の熱を膜５ｐ側へ引き込み、膜５ｐ内で容易に拡散でき、基板１００からＺ方向に離間した膜５ｐ及び膜６の界面で局所応力を発生させることができる。
【0109】
（変形例６）
実施形態の第６の変形例として、図１の成膜（Ｓ４）で膜６の－Ｚ側に形成される膜５ｑは、２次元的に配列される複数のパターンＰＴ＿１～ＰＴ＿ｎを有した膜であってもよい。ｎは、任意の２以上の整数である。
実施形態の第６の変形例として、図１の成膜（Ｓ４）で膜６の－Ｚ側に形成される膜５ｑは、２次元的に配列される複数のパターンＰＴ＿１～ＰＴ＿ｎを有した膜であってもよい。ｎは、任意の２以上の整数である。
【0110】
図１に示す成膜（Ｓ４）において、実施形態と同様に、基板１００の主面１００ｂ側に膜６が堆積され、膜６の－Ｚ側に膜５が堆積される。例えば、膜５は、上記実施形態の膜５、５ｉ、５ｍ、５ｋ、５ｐと同様であってもよい。その後、膜５の－Ｚ側に、複数のパターンに対応するレジストパターンが形成され、レジストパターンをマスクとしてドライまたはウェットエッチングが行われることで、複数のパターンＰＴ＿１～ＰＴ＿ｎを有する膜５ｑが形成される。その後、膜５ｑの複数のパターンＰＴ＿１～ＰＴ＿ｎを覆うように膜４が堆積される。これ以降は、実施形態と同様である。あるいは、各種膜５を成膜した後、リソグラフィやエッチング、ＣＭＰ等を用いたいわゆるダマシンプロセスによりパターニングされた膜５を形成してもよい。
【0111】
例えば、膜５ｑを含む積層体ＣＢ（図４（ｂ）参照）に対して、図１８に示すように、基板１００の側からレーザー２００が照射されてもよい。図１８は、実施形態の第６の変形例にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図６（ａ）に相当する工程を示す。
【0112】
複数のパターンＰＴ＿１～ＰＴ＿ｎの配列方向は、任意であるが、Ｘ方向及び／又はＹ方向に沿った方向であってもよいし、Ｘ方向及び／又はＹ方向に交差する方向であってもよい。複数のパターンＰＴ＿１～ＰＴ＿ｎの配列ピッチは、その配列方向に沿って均等であってもよい。配列ピッチは、レーザー２００の波長の１／５であってもよく、例えば２μｍ以下であってもよい。
【0113】
各パターンＰＴは、図１９（ａ）に示すように、ＸＹ平面視において、ライン状であってもよい。図１９は、半導体装置の製造方法を示す平面図である。図１９（ａ）に示す各パターンＰＴは、Ｘ方向に延びる。複数のパターンＰＴ＿１～ＰＴ＿ｎは、Ｙ方向に略均等なピッチＰＹで配列される。
【0114】
各パターンＰＴは、図１９（ｂ）、図１９（ｃ）に示すように、ＸＹ平面視において、ドット状であってもよい。各パターンＰＴは、略矩形のドット状であってもよいし、略円形のドット状であってよい。図１９（ｂ）、図１９（ｃ）では、略矩形のドット状のパターンＰＴが例示される。各パターンＰＴの配列の態様は、図１９（ｂ）に示すように、千鳥状の配列でもよいし、図１９（ｃ）に示すように、格子状の配列でもよい。Ｘ方向に略均等なピッチＰＸで配列され、Ｙ方向に略均等なピッチＰＹで配列されてもよい。
【0115】
各パターンＰＴは、図１９（ｄ）に示すように、ＸＹ平面視において、十字状であってもよい。各パターンＰＴは、Ｘ方向に延びるラインとＹ方向に延びるラインとが交差した十字状のパターンであってもよい。複数のパターンＰＴ＿１～ＰＴ＿ｎは、Ｘ方向に略均等なピッチＰＸで配列され、Ｙ方向に略均等なピッチＰＹで配列されてもよい。
【0116】
他に各パターンＰＴは、Ｔ字状であってもよい。
【0117】
各パターンＰＴは、図１９（ｄ）に示すように、ＸＹ平面視において、Ｌ字状などの非対称なパターンであってもよい。各パターンＰＴは、Ｘ方向に延びるラインとＹ方向に延びるラインと端部で連結されたＬ字状のパターンであってもよい。複数のパターンＰＴ＿１～ＰＴ＿ｎは、Ｘ方向の配列ピッチＰＸがＸ方向にオフセットし、Ｙ方向の配列ピッチＰＹが一定であってもよい。
【0118】
このように、膜５ｑに２次元的に配列される複数のＰＴ＿１～ＰＴ＿ｎを含ませることによって膜５ｑ及び膜６の界面で局所応力が発生する際に、その界面における応力分布を制御できる。
【0119】
【0120】
機械的な剥離が行われる場合、図１に示すレーザー照射（Ｓ７）が省略される。下基板の処理（Ｓ１～Ｓ２）と上基板の処理（Ｓ３～Ｓ４）とが、たとえば、並行して行われる点は、実施形態と同様であるが、Ｓ４の工程が次の点で実施形態と異なる。
【0121】
図１に示す成膜（Ｓ４）において、基板１００の主面１００ｂ側に膜６が堆積される。膜６は、ウェットエッチングで除去可能な材料で形成され得る。膜６は、半導体酸化物（例えば、酸化シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよいし、半導体窒化物（例えば、窒化シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。
【0122】
膜６の－Ｚ側に膜５が堆積される。このとき、膜５は、機械的な強度が比較的弱い材料で形成され得る。膜５は、半導体の多結晶材（例えば、多結晶シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよいし、半導体のアモルファス材（例えば、アモルファスシリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。半導体の多孔質材（例えば、ポーラスシリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。なお、膜５がポーラスシリコンを主成分とする材料で形成される場合、ポーラス度は、４０％以上９０％以下であってもよく、好ましくは、５０％以上９０％以下であってもよい。ポーラス度は、分光エリプソメトリーまたはガス吸着法で測定された値を用いてもよい。これ以降は、実施形態のＳ４と同様である。
【0123】
図１に示す下基板の処理（Ｓ１～Ｓ２）と上基板の処理（Ｓ３～Ｓ４）とがいずれも完了すると、上基板と下基板とが接合され（Ｓ５）、熱処理（Ｓ６）が行われる点は、実施形態と同様である。
【0124】
その後、図１に示すように、剥離が行われる（Ｓ８）。剥離では、膜５を剥離層とした機械的な剥離が行われ、図２０（ａ）に示すように、積層体２０７から積層体２０８が剥離される。積層体２０７では、基板２に膜３、膜４、膜５１が積層されている。膜５１は、膜５の一部である。積層体２０８では、基板１００に膜６、膜５２が積層されている。膜５２は、膜５の他の一部である。
【0125】
例えば、膜５のＺ方向中央付近にブレード部材ＢＬの先端を挿入させる。ブレード部材ＢＬの先端は、鋭角を成す鋭利な形状を有する。膜５は、機械的な強度が比較的弱い材料で形成されているため、ブレード部材ＢＬの先端の挿入による応力で膜５１及び５２へＺ方向に分断される。
【0126】
その後の加工等を考慮し、積層体２０７は、図１に示すように、剥離面が処理される（Ｓ９）。図２０（ｂ）に示す積層体２０７では、機械的な剥離の影響で、膜５１の＋Ｚ側の主面５１ａが粗面となっている。ドライエッチング又はウェットエッチングにより、膜５１が除去される。
【0127】
これにより、図２０（ｃ）に示すように、基板２に膜３、膜４が積層され、膜４の主面４ａが平坦である半導体装置１が得られる。
【0128】
【0129】
剥離直後の積層体２０８では、図２０（ｄ）に示すように、基板１００の－Ｚ側の主面１００ｂが膜６及び膜５２で覆われている。膜６がウェットエッチングで除去され、それに伴い、膜５２も除去される。
【0130】
例えば、膜６が半導体酸化物（例えば、酸化シリコン）を主成分とする材料で形成される場合、基板１００の材料（例えば、シリコンなどの半導体）とのエッチング選択比を確保しながらウェットエッチングで容易に除去され得る。あるいは、膜６が半導体窒化物（例えば、窒化シリコン）を主成分とする材料で形成される場合、基板１００の材料（例えば、シリコンなどの半導体）とのエッチング選択比を確保しながらウェットエッチングで容易に除去され得る。
【0131】
これにより、図２０（ｅ）に示すように、基板１００が得られる。図２０（ｅ）に示す基板１００は、例えば上基板１００としての再利用が容易である。また、ＣＭＰ法等による研磨が不要なので、基板１００がほぼ元の状態で再利用可能である。
【0132】
このような処理においても、上基板１００が分離される際に、剥離界面と上基板１００との間に膜６を介在させる。すなわち、基板１００からＺ方向に離間した膜５を剥離層として剥離を行い、積層体２０７から積層体２０８を剥離できる。その後、積層体２０８から膜６がウェットエッチングで除去される。これにより、剥離の際に基板１００へ与えるダメージを抑制でき、その後の膜６の除去の際に基板１００へ与えるダメージを抑制できる。この結果、剥離を良好に行うことができ、基板１００をほぼ元の状態で再利用可能である。
【0133】
（変形例８）
実施形態の第８の変形例として、図２１～図２４に示すように、剥離界面と上基板１００との間に犠牲基板３００を介在させる処理が行われてもよい。図２１（ａ）～図２１（ｆ）、図２２（ａ）～図２２（ｅ）、図２３（ａ）～図２３（ｄ）、図２４（ａ）～図２４（ｅ）、は、半導体装置１の製造方法を示すＹＺ断面図である。
実施形態の第８の変形例として、図２１～図２４に示すように、剥離界面と上基板１００との間に犠牲基板３００を介在させる処理が行われてもよい。図２１（ａ）～図２１（ｆ）、図２２（ａ）～図２２（ｅ）、図２３（ａ）～図２３（ｄ）、図２４（ａ）～図２４（ｅ）、は、半導体装置１の製造方法を示すＹＺ断面図である。
【0134】
【0135】
【0136】
【0137】
上基板の準備（Ｓ３）では、図２１（ｃ）に示すように、基板（上基板）１００を含む積層体３０８が準備される。積層体３０８は、図２２（ａ）～図２２（ｅ）に示すように形成される。Ｓ３では、図２２（ａ）～図２２（ｂ）に示す工程と図２２（ｃ）～図２２（ｄ）に示す工程とが並行して行われてもよい。
【0138】
図２２（ａ）に示す工程では、犠牲基板３００が準備される。犠牲基板３００は、実質的に不純物を含まない半導体（例えば、シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。犠牲基板３００は、再利用されない基板であり、基板１００より薄い。
【0139】
図２２（ｂ）に示す工程では、ＣＶＤ法等により、犠牲基板３００の＋Ｚ側の主面３００ａ側に、膜９が堆積される。膜９は、ダミーの膜であり、任意の材料で形成され得る。
【0140】
図２２（ｃ）に示す工程では、基板（上基板）１００が準備される。基板１００は、実質的に不純物を含まない半導体（例えば、シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。
【0141】
図２２（ｄ）に示す工程では、ＣＶＤ法等により、基板１００の主面１００ｂ側に、膜６が堆積される。膜６は、実施形態の膜６と同様であってもよい。
【0142】
図２２（ｂ）に示す工程と図２２（ｄ）に示す工程とがいずれも完了すると、犠牲基板３００と基板１００とが接合される。膜９の＋Ｚ側の主面９ａ（図２２（ｂ）参照）と膜６の－Ｚ側の主面６ｂ（図２２（ｄ）参照）とがそれぞれプラズマ照射等により活性化され、図２２（ｅ）に示すように、主面９ａ及び主面６ｂが向き合うように、犠牲基板３００及び基板１００がＺ方向に対向配置される。図２１（ｃ）に示すように、犠牲基板３００及び基板１００がＺ方向に互いに近付けられ、犠牲基板３００側の主面９ａと基板１００側の主面６ｂとが接合される。このとき、主面９ａの原子と主面９ｂの原子とは水素結合等で結合され、犠牲基板３００及び基板１００が仮接合された状態である。これにより、基板１００に、膜９、膜６、犠牲基板３００が積層された積層体３０８が形成される。
【0143】
成膜（Ｓ４）では、図２１（ｄ）に示すように、ＣＶＤ法等により、積層体３０８の－Ｚ側の主面３００ｂ側に、膜５が堆積される。膜５は、実施形態の膜５、５ｉ、５ｊ、５ｍ、５ｋ、５ｐ、５ｑと同様であってもよい。
【0144】
膜５の－Ｚ側に、図２１（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法等により、膜４が堆積される。膜４は、実施形態の膜４と同様であってもよい。
【0145】
図１に示すように、下基板の処理（Ｓ１～Ｓ２）と上基板の処理（Ｓ３～Ｓ４）とがいずれも完了すると、上基板と下基板とが接合される（Ｓ５）。膜３の＋Ｚ側の主面３ａ（図２１（ｂ）参照）と膜４の－Ｚ側の主面４ｂ（図２１（ｅ）参照）とがそれぞれプラズマ照射等により活性化され、図２１（ｆ）に示すように、主面３ａ及び主面４ｂが向き合うように、基板２及び基板１００がＺ方向に対向配置される。基板２及び基板１００がＺ方向に互いに近付けられ、基板２側の主面３ａと基板１００側の主面４ｂとが接合される。このとき、主面３ａの原子と主面４ｂの原子とは水素結合等で結合され、基板２及び基板１００が仮接合された状態である。
【0146】
その後、比較的低温度での熱処理（アニール）が行われ（Ｓ６）、界面から水分子が抜けることなどにより、主面３ａの原子と主面４ｂの原子とは共有結合等で結合され、基板２及び基板１００が本接合された状態になる。これにより、図２３（ａ）に示すように、基板２及び基板１００の接合体ＣＢ１が形成される。
【0147】
図１に示すＳ６が完了すると、基板１００の側からレーザー光２００を照射する（Ｓ７）。
【0148】
例えば、図２３（ａ）に示すように、１照射目のレーザー光２００を照射すべきＸＹ平面位置が決められ、レーザー光２００の焦点が膜４内に位置するように調整される。基板１００、膜６、膜９、犠牲基板３００を通して膜４に照射されたレーザー光２００は、効率的に膜４内の照射箇所近傍で吸収され、そのＸＹ平面位置で膜４を局所発熱（局所加熱）させる。
【0149】
これにより、図２３（ｂ）に示すように、そのＸＹ平面位置で膜５が犠牲基板３００の側へ膨張し、膜５が膜４の側へ膨張する。
【0150】
図２３（ｃ）に示すように、２照射目のレーザー光２００を照射すべきＸＹ平面位置が図２３（ａ）のＸＹ平面位置からＸＹ平面方向にシフトした位置に決められ、レーザー光２００の焦点が膜４内に位置するように調整される。基板１００、膜６、膜９、犠牲基板３００を通して膜４に照射されたレーザー光２００は、効率的に膜４内の照射箇所で吸収され、そのＸＹ平面位置で膜４を局所発熱（局所加熱）させる。
【0151】
これにより、図２３（ｄ）に示すように、そのＸＹ平面位置で膜５が犠牲基板３００の側へ膨張し、膜５が膜４の側へ膨張する。
【0152】
同様にして、最終であるＮ照射目のレーザー光２００の照射が行われると、図２４（ａ）に示すように、膜５の＋Ｚ側の主面５ａは、２次元的に分布する凸部５ａ２を有する状態になる。これにより、主面５ａにおける複数の凸部５ａ２のそれぞれがＸＹ方向外側に犠牲基板３００を主面３００ｂ近傍で押し出す局所応力が発生し得る。
【0153】
これにより、膜５及び犠牲基板３００の界面で剥離が行われる（Ｓ８）。剥離では、図２４（ａ）に示すように、積層体３０７から積層体３０８が剥離される。積層体３０７では、基板２に膜３、膜４、膜５が積層されている。積層体３０８では、基板１００に膜６、膜９、犠牲基板３００が積層されている。例えば、２次元的に分布する複数の凸部５ａ２で局所応力が発生しているため、複数の凸部５ａ２を起点として、積層体３０７から積層体３０８が容易に剥離される。
【0154】
その後の加工等を考慮し、積層体３０７は、図１に示すように、剥離面が処理される（Ｓ９）。積層体３０７では、図２４（ｂ）に示すように、膜５の＋Ｚ側の主面５ａにおいて、複数の凸部５ａ２がＸＹ方向に分布しており、膜５の－Ｚ側の主面５ｂにおいて、複数の凸部５ｂ２がＸＹ方向に分布している。ドライエッチング又はウェットエッチングにより、膜５が除去される。
【0155】
膜５が除去された積層体３０７ａでは、膜４の＋Ｚ側の主面４ａにおいて、それぞれが凸部５ｂ２に対応する複数の凹部がＸＹ方向に分布している。膜４は、ＣＭＰ法等により、主面４ａが研磨されて平坦化される。
【0156】
これにより、図２４（ｃ）に示すように、基板２に膜３、膜４が積層され、膜４の主面４ａが平坦化された半導体装置１が得られる。
【0157】
【0158】
剥離直後の積層体３０８では、図２４（ｄ）に示すように、基板１００の－Ｚ側の主面１００ｂが膜６、膜９、犠牲基板３００で覆われている。膜６がウェットエッチングで除去され、それに伴い、膜９、犠牲基板３００も除去される。
【0159】
例えば、膜６が半導体酸化物（例えば、酸化シリコン）を主成分とする材料で形成される場合、基板１００の材料（例えば、シリコンなどの半導体）とのエッチング選択比を確保しながらウェットエッチングで容易に除去され得る。それに伴い、膜９、犠牲基板３００も除去される。
【0160】
これにより、図２４（ｅ）に示すように、基板１００が得られる。図２４（ｅ）に示す基板１００は、例えば上基板１００としての再利用が容易である。また、ＣＭＰ法等による研磨が不要なので、基板１００がほぼ元の状態で再利用可能である。
【0161】
このような処理によっても、上基板１００が分離される際に、剥離界面と上基板１００との間に膜６、膜９、犠牲基板３００を介在させる。すなわち、基板１００からＺ方向に離間した膜５と犠牲基板３００との界面で剥離を行い、積層体３０７から積層体３０８を剥離できる。その後、積層体３０８から膜６がウェットエッチングで除去され、それに伴い、膜９、犠牲基板３００も除去される。これにより、剥離の際に基板１００へ与えるダメージを抑制でき、その後の膜６、膜９、犠牲基板３００の除去の際に基板１００へ与えるダメージを抑制できる。この結果、剥離を良好に行うことができ、基板１００をほぼ元の状態で再利用可能である。
【0162】
（変形例９）
実施形態の第９の変形例として、実施形態の第８の変形例における上基板１００の分離が、図２５に示すように、機械的な剥離で行われてもよい。図２５は、実施形態の第９の変形例にかかる半導体装置１の製造方法を示す断面図である。
実施形態の第９の変形例として、実施形態の第８の変形例における上基板１００の分離が、図２５に示すように、機械的な剥離で行われてもよい。図２５は、実施形態の第９の変形例にかかる半導体装置１の製造方法を示す断面図である。
【0163】
機械的な剥離が行われる場合、図１に示すレーザー照射（Ｓ７）が省略される。下基板の処理（Ｓ１～Ｓ２）と上基板の処理（Ｓ３～Ｓ４）とが、たとえば、並行して行われる点は、実施形態の第７の変形例と同様であるが、Ｓ４の工程が次の点で実施形態の第７の変形例と異なる。
【0164】
図１に示す成膜（Ｓ４）において、図２２（ｄ）に示す工程で、基板１００の主面１００ｂ側に膜６が堆積される。膜６は、ウェットエッチングで除去可能な材料で形成され得る。膜６は、半導体酸化物（例えば、酸化シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよいし、半導体窒化物（例えば、窒化シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。
【0165】
図２１（ｄ）に示す工程で、犠牲基板３００の－Ｚ側に膜５が堆積される。このとき、膜５は、機械的な強度が比較的弱い材料で形成され得る。膜５は、半導体の多結晶材（例えば、多結晶シリコン）を主成分とする材料で形成されてもよいし、半導体のアモルファス材（例えば、アモルファスシリコン）を主成分とする材料で形成されてもよいし、半導体の多孔質材（例えば、ポーラスシリコン）を主成分とする材料で形成されてもよい。なお、膜５がポーラスシリコンを主成分とする材料で形成される場合、ポーラス度は、４０％以上９０％以下であってもよく、好ましくは、５０％以上９０％以下であってもよい。ポーラス度は、分光エリプソメトリーまたはガス吸着法で測定された値を用いてもよい。これ以降は、実施形態の第７の変形例のＳ４と同様である。
【0166】
図１に示す下基板の処理（Ｓ１～Ｓ２）と上基板の処理（Ｓ３～Ｓ４）とがいずれも完了すると、上基板と下基板とが接合され（Ｓ５）、熱処理（Ｓ６）が行われる点は、実施形態の第７の変形例と同様である。
【0167】
その後、図１に示すように、剥離が行われる（Ｓ８）。剥離では、膜５を剥離層とした機械的な剥離が行われ、図２５（ａ）に示すように、積層体４０７から積層体４０８が剥離される。積層体４０７では、基板２に膜３、膜４、膜５１が積層されている。膜５１は、膜５の一部である。積層体４０８では、基板１００に膜６、膜９、犠牲基板３００、膜５２が積層されている。膜５２は、膜５の他の一部である。
【0168】
例えば、膜５のＺ方向中央付近にブレード部材ＢＬの先端を挿入させる。ブレード部材ＢＬの先端は、鋭角を成す鋭利な形状を有する。膜５は、機械的な強度が比較的弱い材料で形成されているため、ブレード部材ＢＬの先端の挿入による応力で膜５１及び５２へＺ方向に分断される。
【0169】
その後の加工等を考慮し、積層体４０７は、図１に示すように、剥離面が処理される（Ｓ９）。図２５（ｂ）に示す積層体４０７では、機械的な剥離の影響で、膜５１の＋Ｚ側の主面５１ａが粗面となっている。ドライエッチング又はウェットエッチングにより、膜５１が除去される。
【0170】
これにより、図２５（ｃ）に示すように、基板２に膜３、膜４が積層され、膜４の主面４ａが平坦である半導体装置１が得られる。
【0171】
【0172】
剥離直後の積層体２０８では、図２５（ｄ）に示すように、基板１００の－Ｚ側の主面１００ｂが膜６及び膜５２で覆われている。膜６がウェットエッチングで除去され、それに伴い、膜９、犠牲基板３００、膜５２も除去される。
【0173】
例えば、膜６が半導体酸化物（例えば、酸化シリコン）を主成分とする材料で形成される場合、基板１００の材料（例えば、シリコンなどの半導体）とのエッチング選択比を確保しながらウェットエッチングで容易に除去され得る。あるいは、膜６が半導体窒化物（例えば、窒化シリコン）を主成分とする材料で形成される場合、基板１００の材料（例えば、シリコンなどの半導体）とのエッチング選択比を確保しながらウェットエッチングで容易に除去され得る。それに伴い、膜９、犠牲基板３００、膜５２も除去される。
【0174】
これにより、図２５（ｅ）に示すように、基板１００が得られる。図２５（ｅ）に示す基板１００は、例えば上基板１００としての再利用が容易である。また、ＣＭＰ法等による研磨が不要なので、基板１００がほぼ元の状態で再利用可能である。
【0175】
このような処理においても、上基板１００が分離される際に、剥離界面と上基板１００との間に膜６、膜９、犠牲基板３００を介在させる。すなわち、基板１００からＺ方向に離間した膜５を剥離層として剥離を行い、積層体４０７から積層体４０８を剥離できる。その後、積層体４０８から膜６がウェットエッチングで除去され、それに伴い、膜９、犠牲基板３００も除去される。これにより、剥離の際に基板１００へ与えるダメージを抑制でき、その後の膜６、膜９、犠牲基板３００の除去の際に基板１００へ与えるダメージを抑制できる。この結果、剥離を良好に行うことができ、基板１００をほぼ元の状態で再利用可能である。
【0176】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0177】
１ 半導体装置、２、１００ 基板、３～６，９，５１，５２ 膜、３００ 犠牲基板。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】