(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-19
(54)【発明の名称】圧電基板に原子種を注入する方法
(51)【国際特許分類】
H10N 30/07 20230101AFI20240711BHJP
H10N 30/853 20230101ALI20240711BHJP
H10N 30/88 20230101ALI20240711BHJP
【ＦＩ】
H10N30/07
H10N30/853
H10N30/88
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023579495
(86)(22)【出願日】2022-07-19
(85)【翻訳文提出日】2024-02-16
(86)【国際出願番号】 EP2022070204
(87)【国際公開番号】W WO2023001827
(87)【国際公開日】2023-01-26
(31)【優先権主張番号】2107785
(32)【優先日】2021-07-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】598054968
【氏名又は名称】ソイテック
【氏名又は名称原語表記】Ｓｏｉｔｅｃ
【住所又は居所原語表記】Ｐａｒｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｑｕｅ ｄｅｓ ｆｏｎｔａｉｎｅｓ ｃｈｅｍｉｎ Ｄｅｓ Ｆｒａｎｑｕｅｓ ３８１９０ Ｂｅｒｎｉｎ， Ｆｒａｎｃｅ
(74)【代理人】
【識別番号】100107456
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 成人
(74)【代理人】
【識別番号】100162352
【弁理士】
【氏名又は名称】酒巻 順一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100123995
【弁理士】
【氏名又は名称】野田 雅一
(72)【発明者】
【氏名】チャールズ‐アルフレッド， セドリック
(57)【要約】
本発明は、圧電部（１１２、２１０、３１０）と電気伝導部（１２２、３２０）とを備える基板（１００、２００、３００）を用意するステップＩ）と、チャック（１４０）上に電気伝導部（１２２、３２０）を含む基板（１００、２００、３００）を搭載するステップＩＩＩ）と、圧電部（１１２、２１０、３１０）に原子種（１７０）を注入するステップＩＶ）とを含む、圧電基板に原子種を注入する方法に関する。
【選択図】 図１
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電部（１１２、２１０、３１０）と電気伝導部（１２２、３２０）とを備える基板（１００、２００、３００）を用意するステップａ）と、前記電気伝導部（１２２、３２０）を含む前記基板（１００、２００、３００）をチャック（１４０）に搭載するステップｂ）と、
前記圧電部（１１２、２１０、３１０）に原子種（１７０）を注入するステップｃ）と、
を含む、圧電基板に原子種を注入する方法。
【請求項2】
前記ステップｂ）が、前記チャック（１４０）と前記基板（１００、２００、３００）の前記電気伝導部（１２２、３２０）との間にエラストマー層（１５０）を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
ステップａ）が、前記基板（１００、２００）の前記電気伝導部（１２２）を形成する電気伝導基板（１２０）に、前記圧電部（１１２、２１０）を形成する圧電基板（１１０）を装着することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記ステップａ）が、前記圧電基板（１１０）を薄化して、特に１μｍ～１００μｍの間の厚さをもつ圧電層（２１０）を取得することを更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項5】
熱膨張係数の差が５０＊１０－６Ｋ－１未満、好ましくは２０＊１０－６Ｋ－１未満であるように、前記圧電基板（１１０、３１０）及び前記電気伝導基板（１２０）が選択される、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項6】
前記圧電基板（１１０）と前記電気伝導基板（１２０）を装着する前記ステップが、前記圧電基板（１１０）と前記電気伝導基板（１２０）との間の接合層（１３０）を使用して実現される、請求項３～５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記接合層（１３０）が、伝導接合層、特に金属層である、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記電気伝導部（３２０）を用意する前記ステップが、前記基板（３００）の前記チャック（１４０）に面した側（３１４）に１つ又は複数の空洞（３１２）を提供することと、伝導材料（３１６）、特に金属で前記１つ又は複数の空洞（３１２）を充填することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記圧電基板（１１０、３１０）が、好ましくは２０μｍを上回る厚さをもつ、更に特に１００μｍを上回る厚さをもつバルク圧電基板、特にバルク圧電ウエハである、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記基板（１００、２００、３００）が、１０－４Ｓ／ｃｍ以上の伝導率をもつ、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
前記チャック（１４０）に前記基板（１００、２００、３００）を搭載する前記ステップｂ）が、前記電気伝導部（１２２、３２０）及び／又は前記接合層（１３０）が、前記チャック（１４０）に電気的に接続された少なくとも１つの金属性拘束具（１６０）に電気的に接触（１６２）するように実現される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
ステップｃ）中、予め定められた分割エリア（１７２）が前記圧電部（１１２、２１０、３１０）に提供され、前記方法が、ハンドル基板に前記圧電基板（１１０、２１０、３１０）の前記圧電部（１１２、２１０、３１０）を装着するステップｄ）と、前記予め定められた分割エリア（１７２）にて前記圧電基板（１１０、２１０、３１０）の残りの部分を除去して、前記ハンドル基板に前記圧電基板（１１０、２１０、３１０）の層を転写するステップｅ）とを更に含む、
請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は圧電基板に原子種を注入する方法に関し、特に、バルク圧電基板への高密度注入に関する。
【背景技術】
【0002】
絶縁体ウエハ上の圧電体（ＰＯＩ）の製造は、注入工程、特に高密度注入工程の使用を必要とする。
【発明の概要】
【0003】
イオンの注入は、多くの基板がイオンビームを受ける注入デバイスにおいて行われる。全面にわたって注入するために、基板の全面がイオンビームの下を通るように、回転する、及び／又は並進移動する注入ホイールに基板が搭載される。回転力に抗して注入ホイールに基板を固定するために、クリップといった保持手段が使用される。通常、保持手段はイオン注入中に生成された電荷を流出させるように更に構成された固定された金属性拘束具である。
【0004】
高密度注入工程は、注入される圧電基板における電荷の蓄積をもたらす。同時に、注入中に基板において高い温度勾配が観測され、圧電基板のたわみ及びゆがみの形態の変形をもたらす。結果として、電荷及び熱は、注入チャンバにおいて使用される金属性チャックに十分に放散されることができない。この問題を解決するために、金属性チャック上に提供されたエラストマー層上に圧電基板が配置される。このエラストマー層は、圧電基板とチャックとの間の熱的接触をもたらす。固定された金属性拘束具は、圧電基板とチャックとの間の電気的接触をもたらすために使用される。しかし、実現される電気的接触は、圧電基板とチャックとの間の局所的な接触のみである。
【0005】
しかし、電荷の依然として不十分な排出に起因した圧電基板の破損が依然として観測される。
【0006】
したがって、圧電基板の外への電荷の放散が更に改善されることが必要である。
【0007】
本発明の目的は、ａ）圧電部と電気伝導部とを備える基板を用意するステップと、ｂ）電気伝導部を含む基板をチャックに搭載するステップと、ｃ）圧電部に原子種を注入するステップとを含む、圧電基板に原子種を注入する方法により達成される。
【0008】
上述のように、注入は圧電部に実施され、圧電部に電荷の蓄積をもたらす。しかし、電荷が圧電部の外部により簡単に蓄積することにより、応力を減らして破損の危険性を減らすことができるので、注入される基板における電気伝導部の使用が圧電部からの電荷の改善された排出をもたらす。
【0009】
変形例によると、ステップｂ）は、チャックと基板の電気伝導部との間にエラストマー層を提供することを含み得る。したがって、基板の電気伝導部はチャックから絶縁される。
【0010】
本発明の変形例によると、ステップａ）は、圧電部を形成する圧電基板を基板の電気伝導部を形成する電気伝導基板に装着することを含み得る。例えば分子接着を介して２つの基板を一緒に装着することが、信頼性の高い装着工程である。
【0011】
本発明の変形例によると、ステップａ）は、特に１μｍ～１００μｍの間の厚さをもつ圧電層を取得するために圧電基板を薄化するステップを更に含み得る。圧電基板の薄化は、電荷が電気伝導部に到達し得るまでの電荷のための経路の長さを短くする。したがって、電荷の蓄積がより一層低減され得る。
【0012】
本発明の変形例によると、熱膨張係数の差が５０＊１０－６Ｋ－１未満、好ましくは２０＊１０－６Ｋ－１未満であるように、圧電基板と電気伝導基板とが選択される。熱膨張係数を一致させることにより、圧電基板の熱膨張パラメータに適合した熱膨張パラメータをもつ電気伝導基板の使用が、圧電基板と電気伝導基板との間の界面において破壊を起こすことも損傷を示すこともなく熱勾配に耐える基板を提供する。
【0013】
本発明の変形例によると、圧電基板と電気伝導基板を装着するステップは、２つの基板間における接合層を使用して実現される。接合層の使用は、電気伝導基板及び圧電基板に対する適切な材料のより幅広い選択肢を提供する。
【0014】
本発明の変形例によると、接合層は伝導接合層、特に金属層であり得る。同様に、これは、電気伝導基板を選択するために、より高い自由度をもつより多様な工程をもたらす。実際、低電気伝導基板が電気伝導基板として使用されるときでも、接合層は圧電基板から電気伝導基板に向かう電荷の排出を更に改善し得る。
【0015】
本発明の変形例によると、電気伝導部を用意するステップは、基板のチャックに面した側に１つ又は複数の空洞を用意すること、及び、伝導材料、特に金属で１つ又は複数の空洞を充填することを含み得る。
【0016】
充填された金属性の空洞を圧電基板の底部に提供することは、圧電基板のこの部分に改善された伝導率をもたらす。したがって、より高い伝導率をもつ部分に向かう経路が減らされるので、圧電基板からの電荷の排出が改善される。
【0017】
変形例によると、圧電基板はバルク圧電基板、特にバルク圧電ウエハである。電気伝導部を使用することは、２０μｍを上回る、特に１００μｍを上回る圧電材料の厚さに対しても圧電材料を注入することを可能にする。
【0018】
本発明の変形例によると、基板は、１０－４Ｓ／ｃｍ以上の伝導率をもち得る。この文脈において、電気伝導部は、金属材料又は半導体材料を使用して実現され得る。好ましい材料は例えばＳｉ基板、又は金属基板、例えばモリブデン、アルミニウム、又はタングステンである。
【0019】
変形例によると、電気伝導部及び／又は接合層が、チャックに電気的に接続された少なくとも１つの金属性拘束具に電気的に接触するように、ステップｂ）が実現され得る。基板の電気伝導部及び／又は接合層の間の電気接続に起因して、圧電部内に蓄積された電荷が圧電部の外に移動し得、及び、金属性拘束具により排出され得る。電荷のこの排出は、基板変形及び大きい応力の発生の危険性を減らすことにより、破損の危険性を減らす。
【0020】
変形例によると、ステップｃ）では、予め定められた分割エリアが圧電部に提供され得、及び、本方法は、ハンドル基板に圧電基板の圧電部を装着するステップｄ）、及び、予め定められた分割エリアにて圧電基板の残りの部分を除去して、ハンドル基板に圧電基板の層を転写するステップｅ）を更に含み得る。この方法によると、注入ステップ中の応力に起因して発生し得るより少ない数の欠陥を含む絶縁体基板上の圧電体（ＰＯＩ）が実現され得る。
【0021】
本発明は、参照符号が本発明の特徴を識別する添付図面と併せて考慮される以下の説明を参照することにより理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の第１の実施形態による、バルク圧電基板に原子種を注入する方法を概略的に示す図である。
【図2】本発明の第１の実施形態の変形例による、バルク圧電基板に原子種を注入する方法を概略的に示す図である。
【図3】本発明の第２の実施形態による、バルク圧電基板に原子種を注入する方法を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図１は、本発明の第１の実施形態による、圧電基板１００に原子種を注入する方法を概略的に示す図である。
【0024】
方法は、圧電基板１１０と電気伝導基板１２０とを用意する、本発明の方法のステップａ）に対応した第１のステップＩ）を含む。
【0025】
この実施形態の圧電基板１１０は、例えば２００μｍ～７００μｍの間の厚さのバルク圧電ウエハといったバルク圧電基板である。本発明は、圧電材料、例えばＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、石英、ＢａＴｉＯ３、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１－ｘ）Ｏ３、ＧａＰＯ４、ＧａＡｓＯ４、ＡｌＰＯ４、ＦｅＰＯ４、ＰｂＴｉＯ３、ＫＮｂＯ３、ＢｉＦｅＯ３、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）１－ｘＴｉｘＯ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）１－ｘＴｉｘＯ３、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）１－ｘＴｉｘＯ３に関する。概して、圧電基板１１０の導電率は低く、１０－１１Ｓ／ｃｍ以下のオーダーである。
【0026】
電気伝導基板１２０は、半導体基板、例えばＳｉ基板、又は金属基板、例えばモリブデン、アルミニウム、又はタングステン基板であり得る。半導体基板は金属汚染の観点から製造ライン仕様に沿っているので、半導体基板は興味深い。金属はより高い伝導率をもつが、金属が製造ラインの金属汚染仕様を満たすように選択される必要がある。
【0027】
電気伝導基板１２０は、圧電基板１１０の伝導率より高い伝導率をもち、１０－４Ｓ／ｃｍ以上のオーダーである。
【0028】
更に、電気伝導基板１２０の材料は、後述のようにその熱膨張係数が圧電基板１１０の熱膨張係数と一致するように選択される。熱膨張係数の差は２０＊１０－６Ｋ－１未満であることが好ましい。
【0029】
次に、ステップＩＩ）に示されるように、基板１００を形成するために、圧電基板１１０が電気伝導基板１２０に装着される。基板１００は、圧電基板１１０により実現される圧電部１１２と、電気伝導基板１２０により実現される電気伝導部１２２とを備える。
【0030】
この実施形態では、圧電基板１１０が接合層１３０を使用して電気伝導基板１２０に装着される。
【0031】
接合層１３０は、電気伝導層又は非伝導層であり得る。例えば、接合層１３０は、電気伝導基板１２０を選択したとき、より高い自由度を提供する金属層であり得る。
【0032】
２つの基板を装着する前、接合層１３０は、当技術分野において知られた工程により圧電基板１１０上に、又は電気伝導基板１２０上に提供され得る。変形例において、接合層は、基板１１０及び１２０の各々に提供され得る。圧電基板１１０と電気伝導基板１２０との間に１つ又は複数の更なる層が存在してもよい。例えば、電気特性及び熱特性を更に改善するための薄いＳｉＯ２層又はトラップリッチ層である。
【0033】
代替例において、装着するステップＩＩ）は更に、圧電基板１１０が例えば分子接着接合を介して電気伝導基板１２０に直接装着される直接接合ステップであり得る。
【0034】
２つの基板間の接合を強めるために、圧電基板１１０と電気伝導基板１２０との間の装着ステップの後に温度処理が実施され得る。
【0035】
次に、基板１００は、本発明の方法によるステップｂ）に対応したステップＩＩＩ）に示されるように原子種注入器のチャック１４０に搭載される。
【0036】
基板１００は、電気伝導基板１２０の自由表面であるその主表面１２４を介してチャック１４０に搭載される。表面１２４は、装着を実施した面の反対側にある電気伝導基板の自由主表面である。
【0037】
図示されているように、基板１００はチャック１４０に直接搭載されるのではなく、チャック１４０の表面１４２に予め提供されたエラストマー層１５０に搭載される。エラストマー層１５０は例えばシリコーンマトリックス、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）であり、５０μｍ～５００μｍの厚さをもつ。エラストマー層１５０は、例えば後続の注入ステップ中におけるたわみ及びゆがみといった基板１００の変形を補償するために使用される。上述のように、エラストマー層１５０は、熱放散を可能にするために基板１００と金属性チャック１４０との間の熱的接触を更に提供する。
【0038】
チャック１４０は、チャック１４０が注入ホイール（図示されていない）とともに回転するとき適所に基板１００を保持するために、１つ又は複数の金属性拘束具１６０を更に備える。
【0039】
エラストマー層１５０上への基板１００の配置の後に、本発明の方法のステップｃ）に対応したステップＩＶ）に示されているようにイオン１７０が基板１００に注入される。典型的な原子種は水素、又は希ガス、例えばヘリウムである。イオン注入は、圧電部１１２の内部に機械的に弱化された層１７２を実現するために使用される。この機械的に弱化された層１７２は、いわゆる絶縁体上の圧電体又はＰＯＩ基板を得るために、後続の層転写工程において予め定められた分割エリアとして機能し得る。
【0040】
イオン１７０は、１ｍＡ～２５ｍＡのオーダーのイオンビーム電流を使用した高密度注入工程を使用して注入される。
【0041】
イオン１７０が基板１００の圧電部１１２に注入されるので、及び、圧電部１１２が低伝導率をもつので、基板１００の圧電部１１２は、従来技術に関連してここまでに説明されているようなイオン注入工程中の電荷の蓄積の影響を受けている。本発明による基板１００の電気伝導部１２２及び／又は接合層１３０の存在に起因して、それらの電荷が圧電部１１２の外に移動し得、このことが、基板変形及び大きい応力の発生の危険性を減らし、したがって破損の危険性を減らす。
【0042】
加えて、電気伝導部１２２に関連した圧電部１１２の熱膨張係数の一致は、基板の内部における応力を減らし、及び、特に電気伝導部１２２と圧電部１１２との間の界面において、基板１００の内部における亀裂又は欠陥の発生を減らし、又は防止までもする。
【0043】
電気伝導部１２２及び／又は接合層１３０は、１つ又は複数の金属性拘束具１６２と電気的接触１６２している。したがって、電荷１８０が電気伝導部１２２及び／又は接合層１３０に入った後、電荷１８０は１つ又は複数の金属性拘束具１６０及び接地されたチャック１４０を介して排出される。
【0044】
チャック１４０及び１つ又は複数の金属性拘束具１６０は、同じ金属材料、特にアルミニウムから作られていることが好ましい。
【0045】
したがって、本発明による基板１００を使用して、本発明の注入工程は、従来の注入工程に比べて電荷の改善された排出をもたらす。
【0046】
図２は、第１の実施形態の変形例を示す。この実施形態では、ステップＩ）及びＩＩ）は、第１の実施形態の場合と同じであるので再度説明されず、それらの上述の説明を参照されたい。圧電基板１１０及び電気伝導部１２０を装着するステップＩＩ）の後、改造された基板２００を取得するために、基板１００の圧電部１１０を薄化する更なる工程ステップＩＩ＿２）が実現される。
【0047】
この薄化するステップは、例えば当技術分野において知られた、及び圧電基板に適応された機械的処理又は化学エッチング工程を使用して実現され得る。薄化ステップには、例えば薄化された圧電部２１０の表面２１２の品質を改善するために薄化ステップ後に研磨する更なる工程ステップが付随し得る。
【0048】
薄化された圧電部２１０は、バルク材料に比べて約１００μｍ～１μｍまで薄化される。
【0049】
次に、薄化された圧電部２１０を含む修正された基板２００が基板１００の代わりに使用されることを除いて、ステップＩＩＩ）及びＩＶ）が上述の手法と同じ手法により実現される。したがって、図１に関連した上述のステップＩＩＩ）及びＩＶ）の説明を参照されたい。
【0050】
注入されたイオン１７０は予め定められたスリッティングエリア１７２を実現し、電荷１８０が接合層１３０及び／又は電気伝導部１２２を介して排出される。
【0051】
圧電基板１１０の薄化は、圧電部２１０の外への電荷１８０の排出を更に改善する。
【0052】
第２の実施形態によると、図３に示されているように、基板３００は、電気伝導基板に圧電基板を装着することなく実現される。この実施形態では、圧電基板３１０のみが提供され、図３におけるステップＩ）を参照されたい。この圧電基板３１０は、上述の圧電基板１１０と同じ性質をもつ。
【0053】
続いて、ステップＩＩ＿１）中に、当技術分野において知られるパターニングステップ及びエッチングステップを使用して、圧電基板３１０の１つの主表面３１４において１つ又は複数の空洞３１２が実現される。一例によると、空洞３１２は、規則的なパターン又はマトリックスを形成し得、全てが同じサイズであり得る。
【0054】
次に、ステップＩＩ＿２）により示されているように、電気伝導部３２０を形成するために、当技術分野において知られた堆積工程を使用して伝導材料３１６、特に金属により空洞３１２が充填される。伝導材料３１６を相互接続するために、表面３１４に伝導層３１８が実現されるように、堆積工程が実行され得る／される。空洞３１６内部の伝導材料３１６と層３１８とを備える基板３００の一部は、本発明による電気伝導部３２０を形成する。
【0055】
続いて、注入器ホイール上に配置するステップＩＩＩ）、及び、イオン１７０を注入するステップＩＶ）は、エラストマー層１５０及び金属性拘束具１６０と共に同じチャック１４０を使用して第１の実施形態の場合と同様に実現される。したがって、それらの説明は再度繰り返されず、図１及び図２の説明を参照されたい。
【0056】
この実施形態では、充填された空洞３１２のマトリックスを介して電荷が収集され、圧電部３１０から電気伝導部３２０に向けて、金属性拘束具１６０に接触１６２した層３１８を介して電荷３８０の排出が実現される。
【0057】
伝導材料３１６により充填され、以て基板３００の電気伝導部３２０を形成する、空洞３１２を備える基板３００の改善された伝導率のおかげで、電荷は、圧電部３１０から電気伝導部３２０を通して接地されたチャック３４０に排出され得る。
【0058】
本発明の圧電基板１００、２００、又は３００は、圧電材料の薄層をハンドル基板に転写することにより絶縁体基板上の圧電体を形成するために、後続の層転写工程においてドナー基板として使用され得る。このような工程では、本発明の圧電基板１００、２００、又は３００は、圧電部１１０、２１０、３１０の表面を使用して、例えば接合により、接合が行われる表面に更なる層を伴って、又は伴わずに、例えばシリコーンウエハといったハンドル基板に装着される。次に、熱的又は機械的負荷を与えることにより、圧電部１１０、２１０、３１０の内部に機械的に弱化された層１７２において圧電層の転写が実施される。
【0059】
本発明の多くの実施形態が説明されている。それにもかかわらず、後述の特許請求の範囲から逸脱せずに様々な変形及び改善がなされてもよいことが理解される。
【図1】
【図2】
【図3】
【国際調査報告】