特表 2024-533774 多結晶ＳｉＣの中間層を使用して単結晶ＳｉＣの層を多結晶ＳｉＣキャリアに転写するためのプロセス

(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】2024-09-12

(54)【発明の名称】多結晶ＳｉＣの中間層を使用して単結晶ＳｉＣの層を多結晶ＳｉＣキャリアに転写するためのプロセス

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 C

H01L21/02 B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024519335

(86)(22)【出願日】2022-10-03

(85)【翻訳文提出日】2024-05-16

(86)【国際出願番号】 FR2022051860

(87)【国際公開番号】W WO2023057709

(87)【国際公開日】2023-04-13

(31)【優先権主張番号】2110520

(32)【優先日】2021-10-05

(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】ラドゥ， イオヌット

(72)【発明者】

【氏名】ビアード， ヒューゴ

(72)【発明者】

【氏名】ゴーダン， グウェルタズ

(57)【要約】

単結晶ＳｉＣの薄層（１２）を備える複合構造を製造するためのプロセスは、その少なくとも表面部分が単結晶ＳｉＣから作られたドナー基板上に多結晶ＳｉＣ層（１１）を形成するステップと、形成するステップの前または後に、転写されるべき薄い単結晶ＳｉＣ層（１２）を画定する脆弱面を形成するように、ドナー基板の前記表面部分にイオン種を注入するステップと、注入するステップおよび形成するステップの後に、ドナー基板と多結晶ＳｉＣキャリア基板（２０）とを接合するステップであって、多結晶ＳｉＣ層（１１）が接合界面にある、接合するステップ、ならびに、多結晶ＳｉＣキャリア基板（２０）上に多結晶ＳｉＣ層（１１）および薄い単結晶ＳｉＣ層（１２）を転写するように、ドナー基板を脆弱面に沿って分離するステップとを含む。
【選択図】 図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）キャリア基板（２０）上に配置された、単結晶ＳｉＣの薄層（１２）を備える複合構造を製造するためのプロセスであって、
その少なくとも表面部分が単結晶ＳｉＣから作られたドナー基板（１０）上に多結晶ＳｉＣ層（１１）を形成するステップと、
前記形成するステップの前または後に、転写されるべき薄い単結晶ＳｉＣ層（１２）を画定する脆弱面（１３）を形成するように、前記ドナー基板（１０）の前記表面部分にイオン種を注入するステップと、
前記注入するステップおよび前記形成するステップの後に、前記ドナー基板（１０）と前記多結晶ＳｉＣキャリア基板（２０）とを接合するステップであって、前記多結晶ＳｉＣ層（１１）が接合界面にある、接合するステップ、ならびに、前記多結晶ＳｉＣキャリア基板（２０）上に前記多結晶ＳｉＣ層（１１）および前記薄い単結晶ＳｉＣ層（１２）を転写するように、前記ドナー基板（１０）を前記脆弱面（１３）に沿って分離するステップと
を含む、プロセス。

【請求項2】

前記多結晶ＳｉＣ層（１１）が、前記キャリア基板（２０）のポリタイプと同一のポリタイプを有する、請求項１に記載のプロセス。

【請求項3】

前記多結晶ＳｉＣ層（１１）を前記形成するステップが、多結晶ＳｉＣの堆積を含む、請求項１または２に記載のプロセス。

【請求項4】

多結晶ＳｉＣの前記堆積が化学気相堆積である、請求項３に記載のプロセス。

【請求項5】

多結晶ＳｉＣの前記堆積が１０００℃未満の温度で行われる、請求項３または４に記載のプロセス。

【請求項6】

前記多結晶ＳｉＣ層（１１）を前記形成するステップが、非晶質ＳｉＣ層の堆積と、前記非晶質ＳｉＣ層に適用される再結晶アニールとを含む、請求項１または２に記載のプロセス。

【請求項7】

前記ドナー基板上に形成された前記多結晶ＳｉＣ層（１１）が、１０ｎｍから１０μｍの間の厚さを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項8】

前記接合するステップ中に前記接合界面にあるように意図された前記多結晶ＳｉＣ層（１１）の表面および／または前記接合するステップ中に前記接合界面にあるように意図された前記キャリア基板（２０）の表面の、薄化および／または研磨をさらに含む、請求項１～７のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項9】

前記ドナー基板および前記キャリア基板の各々の上の接合層の形成をさらに含み、前記接合するステップが、このように形成された前記接合層の直接接合によって行われる、請求項１～８のいずれか一項に記載のプロセス。

【請求項10】

前記ドナー基板および前記キャリア基板の各々の上に形成される前記接合層が、金属層、例えば、タングステンの層またはチタンの層である、請求項９に記載のプロセス。

【請求項11】

前記ドナー基板および前記キャリア基板の各々の上に形成される前記接合層が、シリコン、炭素またはシリコンカーバイドの層である、請求項９に記載のプロセス。

【請求項12】

前記接合層が、前記接合するステップ中に適用されるアニールの温度未満の融点を有する、請求項９～１１のいずれか一項に記載のプロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明の分野は、超小型電子部品のための半導体材料の分野である。本発明は、より詳細には、多結晶シリコンカーバイドから作られたキャリア基板上の単結晶シリコンカーバイドの薄層を備える複合構造を製造するためのプロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

シリコンカーバイド（ＳｉＣ）は、特に、例えば電気自動車など、エレクトロニクスの大きくなりつつある範囲のニーズを満たすために、パワーエレクトロニクス用途において、ますます広く使用されている。単結晶ＳｉＣに基づくパワーデバイスおよび統合電源システムは、実際に、それらの従来のシリコン同等物よりもはるかに高い電力密度を管理し、より小さいサイズの活性領域でそれを行うことができる。

【0003】

それにもかかわらず、マイクロエレクトロニクス産業向けの単結晶ＳｉＣ基板は、高価であり、大きいサイズで供給することが困難なままである。したがって、典型的にはより低コストのキャリア基板上の単結晶ＳｉＣの薄層を備える複合構造を製作するために、層転写ソリューションを使用することが好適である。１つのよく知られている薄層転写ソリューションは、Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ（商標）プロセスであり、これは、軽イオンを注入することと、直接接合によって結合することとに基づく。そのようなプロセスは、例えば、多結晶ＳｉＣから作られたキャリア基板と直接接触している、単結晶ＳｉＣから作られたドナー基板から取られた、単結晶ＳｉＣから作られた薄層を備える複合構造を製造することを可能にする。

【0004】

それにもかかわらず、単結晶ＳｉＣおよび多結晶ＳｉＣから作られた２つの基板間の分子接着による高品質直接接合を達成することは、前記基板の表面仕上げおよび粗さを管理することが複雑であるために、困難なままである。

【0005】

対象とする用途では、単結晶ＳｉＣから作られた薄層と多結晶ＳｉＣから作られたキャリア基板との間の良好な熱および電気伝導が必要とされる。さらに、結合界面における接合欠陥の存在は、単結晶ＳｉＣから作られた薄層において製作される構造の品質に非常に有害である。例えば、接合欠陥における２つの表面間の接着の欠如は、単結晶ＳｉＣ基板から多結晶ＳｉＣ基板へのその転写中に、この位置における薄層の局所的な分離をもたらし得る。

【0006】

単結晶ＳｉＣおよび多結晶ＳｉＣから作られた２つの基板の接合を達成するための２つのソリューションが文献において報告されているが、産業規模でのそれらの有効性に関して今日利用可能な証拠はない。したがって、一方では、結合されるべき表面を典型的にはアルゴン衝撃によって活性化することからなる表面活性化接合（ＳＡＢ）、および他方では、超薄層のスパッタ堆積と超高真空下での接合とを含む原子拡散接合（ＡＤＢ）が知られている。これらのソリューションは、接合欠陥を生じ、電気伝導に悪影響を及ぼす可能性がある不安定な層を接合界面において生成するという欠点を有する。

【発明の開示】

【0007】

本発明の目的は、非常に高品質の単結晶ＳｉＣから作られた薄層を備える複合構造を提供するために、特に、前記薄層において製作されるように意図されたパワーデバイスの性能および信頼性を改善するために、これらの欠点を克服する技術を提供することである。

【0008】

この目的のため、本発明は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）キャリア基板上に配置された、単結晶ＳｉＣの薄層を備える複合構造を製造するためのプロセスであって、
その少なくとも表面部分が単結晶ＳｉＣから作られたドナー基板上に多結晶ＳｉＣ層を形成するステップと、
前記形成するステップの前または後に、転写されるべき薄い単結晶ＳｉＣ層を画定する脆弱面を形成するように、ドナー基板の前記表面部分にイオン種を注入するステップと、
前記注入するステップおよび前記形成するステップの後に、ドナー基板と多結晶ＳｉＣキャリア基板とを接合するステップであって、多結晶ＳｉＣ層が接合界面にある、接合するステップ、ならびに、多結晶ＳｉＣキャリア基板上に多結晶ＳｉＣ層および薄い単結晶ＳｉＣ層を転写するように、ドナー基板を脆弱面に沿って分離するステップと
を含む、プロセスを提供する。

【0009】

このプロセスの特定の好ましいが非限定的な態様は、以下の通りである。
多結晶ＳｉＣ層はキャリア基板のポリタイプと同一のポリタイプを有する、
多結晶ＳｉＣ層を形成するステップは多結晶ＳｉＣの堆積を含む、
多結晶ＳｉＣの堆積は化学気相堆積である、
多結晶ＳｉＣの堆積は１０００℃未満の温度で行われる、
多結晶ＳｉＣ層を形成するステップは、非晶質ＳｉＣ層の堆積と、非晶質ＳｉＣ層に適用される再結晶アニールとを含む、
ドナー基板上に堆積された多結晶ＳｉＣ層は、１０ｎｍから１０μｍの間の厚さを有する、
このプロセスは、接合するステップ中に接合界面にあるように意図された多結晶ＳｉＣ層の表面および／または接合するステップ中に接合界面にあるように意図されたキャリア基板の表面の、薄化および／または研磨を含む、
このプロセスは、ドナー基板およびキャリア基板の各々の上の接合層の形成をさらに含み、前記接合するステップが、このように形成された接合層の直接接合によって行われる、
ドナー基板およびキャリア基板の各々の上に形成される接合層は、金属層、例えば、タングステンの層またはチタンの層である、
ドナー基板およびキャリア基板の各々の上に形成される接合層は、シリコン、炭素またはシリコンカーバイドの層である、
接合層は、接合するステップ中に適用されるアニールの温度未満の融点を有する。

【0010】

本発明の他の態様、目的、利点および特徴は、非限定的な例として、および添付の図面を参照して与えられる、その好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むことで、より明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】単結晶ＳｉＣドナー基板の概略断面図である。

【図2】単結晶ＳｉＣドナー基板の表面上の多結晶ＳｉＣ層の堆積の概略断面図である。

【図3】転写されるべき薄い単結晶ＳｉＣ層を画定するための、図１のドナー基板における脆弱面の、イオン種を注入することによる形成の概略断面図である。

【図4】図２のドナー基板とキャリア基板との結合の概略断面図である。

【図5】薄い単結晶ＳｉＣ層をキャリア基板に転写するための、ドナー基板の、脆弱面に沿った分離の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（特定の実施形態の詳細な開示）
本発明は、多結晶ＳｉＣキャリア基板上に配置された、単結晶ＳｉＣの薄層を備える複合構造を製造するためのプロセスに関する。このプロセスは、Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ（商標）プロセスに従う、その少なくとも表面部分が単結晶ＳｉＣから作られたドナー基板からの、単結晶ＳｉＣの薄層の、キャリア基板への転写を含む。

【0013】

ドナー基板は、単結晶ＳｉＣのバルク基板であり得る。他の実施形態では、ドナー基板は、単結晶ＳｉＣの表面層と、別の材料の少なくとも１つの他の層とを備える複合基板であり得る。この場合、単結晶ＳｉＣ層は、０．５μｍ以上の厚さを有する。

【0014】

本発明によれば、多結晶ＳｉＣキャリア基板との接合の前にドナー基板上に多結晶ＳｉＣ層を形成するための準備が行われる。そのようにして、接合界面は、従来技術の異種の結晶構造（すなわち、多結晶ＳｉＣに添加された単結晶ＳｉＣ）の代わりに、同じ形態を有する材料（すなわち、２つの多結晶ＳｉＣ）間に作成される。したがって、これらの異種の結晶構造の接合に関係する欠点が回避される。特に、本発明は、接合界面において伝導バリアを作成しないことと、この界面における空洞の形成によって低減されない接触面積を有することとを可能にする。

【0015】

図１を参照すると、本発明によるプロセスは、その少なくとも表面部分が単結晶ＳｉＣから作られたドナー基板１０の準備から始まる。図では、単結晶ＳｉＣのバルク基板１０が示されている。

【0016】

図２を参照すると、プロセスは、ドナー基板１０上に多結晶ＳｉＣ層１１を形成するステップを含む。ドナー基板上に形成された多結晶ＳｉＣ層１１は、好ましくは１０ｎｍから１０μｍの間の厚さ、さらに好ましくは５０ｎｍ未満の厚さを有する。

【0017】

多結晶ＳｉＣ層１１の粒子のサイズは、好ましくは３０ｎｍ未満、さらに好ましくは１０ｎｍ未満であり、これは、このようにして堆積された層１１の表面粗さを制限することを可能にする。そのような粒子サイズの低減は、さらに、多結晶ＳｉＣ層１１を形成するための条件が非晶質ＳｉＣ層のための条件に近づくことができるという利点を提供し、このようにして形成された層１１は、本発明の効果に有害となることなく、小さい粒子と高い割合の非晶質ＳｉＣとの混合物となり得る。

【0018】

シリコンカーバイドには（ポリタイプとも呼ばれる）様々な結晶形がある。最も一般的なものは、４Ｈ形、６Ｈ形および３Ｃ形である。好ましくは、多結晶ＳｉＣ層１１の形成は、キャリア基板２０のポリタイプと同じポリタイプ、一般に３Ｃポリタイプを与えるように行われる。

【0019】

１つの可能な実施形態では、多結晶ＳｉＣ層は、多結晶ＳｉＣの堆積によって形成される。多結晶ＳｉＣ層のそのような堆積は、（例えば、ＥＢＰＶＤ［電子ビーム物理気相堆積］タイプ）の物理気相堆積または（例えば、ＤＬＩ－ＣＶＤ［直接液体注入化学気相堆積］タイプ）の化学気相堆積であり得る。１つの可能な実施形態では、多結晶ＳｉＣ層の堆積は、１０００℃未満、好ましくは９００℃未満、さらに好ましくは８５０℃未満の温度で行われる。この実施形態は、ドナー基板内に脆弱面を形成するための以下で説明されるイオン種の注入後に多結晶ＳｉＣ層１１の堆積が行われるとき、特に好適であることが判明している。この比較的低い温度は、特に、脆弱面内に存在する空洞の成長を制限することを可能にし、その成長は、ドナー基板に付与される補強効果がない場合、空洞、およびブリスタリング現象の出現と直接一致する層の変形をもたらす。

【0020】

以下で説明されるイオン種の注入が多結晶ＳｉＣ層１１の形成後に行われるときに特に使用され得る一実施形態の変形例では、多結晶ＳｉＣ層の形成は、最初に（完全にまたは部分的に）非晶質なＳｉＣの層の堆積を含み、次いで、典型的には１１００℃を超える温度での再結晶アニールを含み、これは、非晶質ＳｉＣの層を、多結晶ＳｉＣ層１１を構成する多結晶に変換する。

【0021】

１つの可能な実施形態では、多結晶ＳｉＣ層１１の形成は、それぞれ、多結晶ＳｉＣ層１１上およびキャリア基板上の接合層、例えばシリコン、炭素またはシリコンカーバイドの層、あるいは金属層、例えばタングステンまたはチタンの層の形成を伴う。接合層は、対象のアブレーションのためのガスに、アルゴンまたはアルゴン／窒素またはアルゴン／プロパン混合物を使用して、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスに従って形成され得る。接合層は、好ましくは、接合するステップ中に適用されるアニールの温度未満の融点を有する。したがって、例えば、シリコンまたはチタンから作られた接合層は、接合するステップ中に１７００℃／１８００℃程度の温度でのアニールが適用されるときに選択される。

【0022】

図３を参照すると、プロセスは、多結晶ＳｉＣ層１１の形成の前または後に、転写されるべき薄い単結晶ＳｉＣ層１２を画定する脆弱面１３を形成するように、ドナー基板１０にイオン種を注入することをさらに含む。図では、注入は、多結晶ＳｉＣ層１１の堆積後に行われる。

【0023】

注入された種は、典型的には、水素および／またはヘリウムを含む。当業者は、必要な注入ドーズおよびエネルギーを定義することができる。

【0024】

ドナー基板が複合基板であるとき、注入は、前記ドナー基板の単結晶ＳｉＣの表面層に脆弱面を形成するように行われる。

【0025】

好ましくは、単結晶ＳｉＣの薄層１２は、１μｍ未満の厚さを有する。具体的には、そのような厚さは、Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ（商標）プロセスを用いて産業規模で到達可能である。特に、産業製造ラインで利用可能な注入デバイスは、そのような注入深さが得られることを可能にする。

【0026】

図４を参照すると、プロセスは、前記注入および前記形成の後の、ドナー基板とキャリア基板との接合を含む。接合は、接触させた表面の分子接着によって得られる、中間電気絶縁層のない直接接合である。接合は、典型的には、周囲温度で行われる。接合は、好ましくは真空下で行われる。

【0027】

この接合中、ドナー基板上に前に形成された多結晶ＳｉＣ層１１は、接合界面にある。「接合界面にある層」という表現は、キャリア基板に接合されたドナー基板の面の側にある層を意味すると理解されるが、必ずしも前記層とキャリア基板との間の直接接触を暗示するものではない。したがって、前記層は、キャリア基板に直接接合されるか、または接合が行われる前述された接合層などの接合層で覆われ得る。多結晶層の直接接触による接合は、接合界面の単結晶ＳｉＣと多結晶ＳｉＣとの間の界面を物理的に離すという利点を有する。

【0028】

この接合の前に、典型的には、例えば、精密研磨、湿式または乾式洗浄、表面活性化など、接合されるべき表面、例えばここでは２つの多結晶ＳｉＣ表面を準備するための動作が行われる。特に、プロセスは、接合中に接合界面にあるように意図された多結晶ＳｉＣ層１１の表面の、および／または接合中に接合界面にあるように意図されたキャリア基板２０の表面の、薄化および／または研磨を含み得る。

【0029】

図５を参照すると、プロセスは、次いで、キャリア基板２０上に多結晶ＳｉＣ層１１および薄い単結晶ＳｉＣ層１２を転写するように、ドナー基板１０を脆弱面１３に沿って分離することを含む。既知の方法で、この分離は、熱処理、機械的作用、またはこれらの手段の組合せによって引き起こされ得る。ドナー基板の残り１０’は、別の使用を目的として優先的にリサイクルされ得る。

【0030】

次いで、転写された単結晶ＳｉＣ層１２に、１つまたは複数の仕上げ動作が適用され得る。例えば、イオン種の注入に関係する欠陥を除去し、転写された単結晶ＳｉＣ層１２の粗さを低減するために、平滑化、洗浄、さらには研磨、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）または精研を行うことが可能である（これは、これこれの粒子配向に対する優先的な化学エッチングを不要にすることを可能にする）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】