イオン注入によって活性化されるウェハ接合
【解決手段】 イオン注入によって活性化された２つの基板を接合するウェハ接合方法を開示する。インサイチュイオン接合チャンバによって、イオン活性化および接合を、製造処理ラインで利用されている既存の処理ツールで、実行することができるようになっている。基板のうち少なくとも一方の基板のイオン活性化を低い注入エネルギーで行って、薄い表面層よりも下方のウェハ材料がイオン活性化によって影響をうけないようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、基板のイオン注入および接合に関する。本発明は特に、接合を促進するべく基板に対してイオン活性化を行う装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、処理対象物にイオンをドーピングする処理である。イオン注入の１つに、予め定められた電気デバイス特性を付与するべく半導体基板製造時に不純物イオンを注入するタイプのものがある。関連技術分野では公知であるが、シリコンウェハは結晶構造を持っており、シリコンの真性導電率は利用可能な電気デバイスを形成するには低すぎる。しかし、結晶格子に予め定められた不純物をドーピングすることによって、電流キャリアが形成される。ウェハにドーピングされる材料はまず、イオン源においてイオン化される。生成されたイオンは、イオン源から引き出されて、加速されることによって予め定められたエネルギーを持つイオンビームを形成し、当該イオンビームがウェハの表面に向けられる。イオンビーム内のエネルギーを持つイオンは、ウェハのバルクに侵入して、半導体材料の結晶格子に埋め込まれて予め定められた導電型の領域を形成する。
【０００３】
イオン注入装置は通常、特定の種のイオンを生成するイオン源チャンバと、イオンビームを制御する一連のビームライン素子と、イオンビームが照射されるウェハを支持するプラテンまたはチャックとを備える。これらの構成要素は、イオンビームの汚染および発散を防ぐべく、真空環境内に置かれる。ビームライン素子には、ソースチャンバからイオンを引き出す一連の電極と、予め定められた質量電荷比を持つイオンのみが通過できるように特定の磁場を発生する質量分析器と、ウェハ基板にイオン注入するべく、イオンビームに対して直交するように配されているウェハに照射される、帯状ビームを生成する補正マグネットとが含まれ得る。イオンは、基板内の電子および核と衝突するとエネルギーを失い、加速エネルギーに応じた基板内の予め定められた深さに留まる。基板への注入深さは、イオン注入エネルギーおよびソースチャンバで生成されたイオンの質量に応じて決まる。基板に対するイオンビームの照射は、静電ビームスキャンまたは磁場ビームスキャンによって、基板の移動によって、または、ビームスキャンと基板の移動とを組み合わせることによって、行われる。イオンビームは、点状ビームであってもよいし、または、長辺および短辺を持つ帯状ビームであってもよい。通常、ウェハ内にｎ型領域を形成するためにはヒ素またはリンをドーピングするとしてよく、ウェハ内にｐ型領域を形成するためにはホウ素、ガリウム、またはインジウムをドーピングするとしてよい。
【０００４】
これに代えて、半導体ウェハに対するドーピングは、プラズマドーピング処理によって行われるとしてもよい。ドーピング対象となるウェハは、電気的にバイアスされたプラテンに載置される。当該プラテンは、カソードとして機能し、プラズマドーピングモジュール内に配設されている。イオン化可能なドーピングガスをチャンバ内に導入し、電圧パルスをプラテンとアノードまたはチャンバ壁との間に印加して、ドーパントガスのイオンを含むプラズマを形成する。プラズマは、ウェハの近傍にプラズマシースを持つ。プラズマ内のイオンは、印加されたパルスによって、プラズマシースを通過するまで加速されて、ウェハに注入される。注入深さは、ウェハとアノードまたはチャンバ壁との間に印加される電圧に関連して決まる。このようにして、注入エネルギーを非常に小さくすることができる。プラズマドーピングシステムは、例えば、米国特許第５，３５４,３８１号（Ｓｈｅｎｇ、１９９４年１０月１１日発行）、米国特許第６，０２０、５９２号（Ｌｉｅｂｅｒｔ，ｅｔ ａｌ．２０００年２月１日発行）、米国特許第６，１８２，６０４号（Ｇｏｅｃｋｎｅｒ，ｅｔ ａｌ．２００１年２月６日発行）に開示されている。別の種類のプラズマドーピングシステムでは、例えば、プラズマドーピングチャンバの内部または外部に配置されているアンテナから、誘導結合されたＲＦ電力によって、連続的にプラズマを生成する。アンテナはＲＦ電源に接続されている。電圧パルスは、一定の間隔でプラテンとアノードとの間に印加され、この結果、プラズマ内のイオンがウェハに対して加速される。
【０００５】
多くの半導体プロセスでは、ウェハ接合が行われる。ウェハ接合では、異なる材料同士が一体化されて、１つのシリコンウェハを用いては製造できない新たな電子デバイスが製造される。半導体プロセスのうちウェハ接合を用いる一般的なプロセスを挙げると、例えば、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）製造プロセスおよび３次元積層チップ製造プロセスがある。ＳＯＩチップの製造方法には、複数の異なるものがある。ＳＯＩ構造製造方法の１つを挙げると、結晶シリコンウェハを、別の結晶シリコンウェハ上に事前に形成された二酸化シリコン層の上に接合する層転写プロセスがある。ファンデルワールス力によって、これら２つのウェハは即座に接合され、アニール工程でこれらのウェハを加熱することによって、さらに強く接合され得る。その後、活性半導体層を平面に沿ってへき開して、上側部分を除去して、適切な薄さまで厚みを小さくした活性半導体層を得る。その後、この分離されたシリコーン層に集積回路を形成する。ＳＯＩ技術は、接合容量および寄生漏れ電流を低減して、半導体デバイスを高速化するべく用いられる。
【０００６】
互いに接合されるウェハを準備する場合、表面を活性化しなければならない。活性化方法の１つでは、ウェハを湿性化学物質で処理して接合力を付与して、この接合を強化するべく高温（摂氏９００度より高い温度）でアニールプロセスを続いて行う。接合のためにウェハ表面を活性化するべく用いられる別の処理として、プラズマ活性化がある。この方法によると、ウェハは、プラズマチャンバ内に載置されて、プラズマ（例えば、Ｈ２、Ｏ２等）に暴露され、真空を中断することなく、ウェハ表面を互いに重ね合わせて、接合を行う。プラズマ活性化を利用すると、ウェハの表面上にあるイオン種の移動度が高くなって、酸化物反応が進み、接合プロセスが促進される。また、プラズマ活性化によれば、温度アニールが不要になると共に、汚染の可能性が低くなる。しかし、プラズマ活性化では、例えば、半導体クラスタツール内のプラズマチャンバのような、専用処理デバイス内で基板表面を接合する必要がある。一般的な半導体クラスタツールは、中央制御システムによって管理される複数の異なるウェハ処理モジュールから構成されている。クラスタツール内および製造プロセス中に、別の処理ツールを用いると、ウェハ製造が複雑化すると共に高コスト化する。したがって、ウェハを接合するべく活性化する装置および方法を改善することが求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態例は、イオン注入による活性化に基づくウェハ接合方法に関する。実施形態例によると、当該方法は、イオンターゲットチャンバに少なくとも２つの基板を載置する段階を備える。少なくとも２つの基板のうち第１の基板の少なくとも１つの表面を、イオンビームに暴露する。この結果、第２の基板に接合するための準備として、第１の基板の表面の種が低減される。チャンバ内において、予め定められた温度で、第１の基板および第２の基板を位置合わせする。第１の基板の表面のうち暴露された表面を第２の基板の表面に接触させて、接合基板を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】活性化の前の基板表面の一例を示す概略図である。
【０００９】
【図２】本発明の実施形態に係るイオン注入装置の一例を示す図である。
【００１０】
【図３】本発明の実施形態において、図２のイオン注入装置を用いて表面が活性化された後の図１の基板を示す概略図である。
【００１１】
【図４】本発明の実施形態に係るイオン注入装置の処理チャンバを示す図である。
【００１２】
【図５】本発明の実施形態に係るイオン注入装置の図４の処理チャンバを示す別の図である。
【００１３】
【図６】本発明の実施形態に係るイオン注入装置の処理チャンバの別の実施形態を示す図である。
【００１４】
【図７】本発明の実施形態に係るイオン注入装置の図６の処理チャンバを示す別の図である。
【００１５】
【図８】本発明の実施形態に係る、図２のイオン注入装置に関する活性化プロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、添付図面を参照しつつ本発明をより詳しく説明する。添付図面は、本発明の好ましい実施形態を図示する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施され得るものであり、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。本明細書に記載する実施形態は、完全且つ詳細に開示して、当業者に本発明の範囲を十分に理解させるために記載されている。図面では、全図にわたって、同様の参照番号は同様の構成要素を示すものとする。
【００１７】
本明細書では、イオン注入装置に関連付けて、本発明の実施形態に係る装置および方法を説明する。しかし、本発明の実施形態に係る方法は、半導体製造プロセスに関するその他のシステムおよびプロセス、または、基板の接合を利用するその他のシステムに利用することが可能である。このため、本発明は、以下に説明する具体的な実施形態に限定されない。上述したように、基板接合面を活性化することにより、製造時に２つの基板を接合しなければならないＳＯＩウェハ等の製品の品質が改善される。図１は、活性化の前の基板表面の一例を示す図である。基板４２は、ウェハまたはその他の処理対象物であってよく、複数の原子４０を含む格子構造を有する。原子４０は、シリコンまたはその他の元素であってよく、例えば、外側の電子殻が隣接する原子と電子を共有することによって、共有結合が形成され、安定した格子構造が得られている。しかし、基板４２の表面に位置する原子４０は、（例えば、横方向において）共有結合を形成するべく隣接する原子と結合されていない。このような表面上の原子は、共有結合を共に形成する隣接する原子がないので、不飽和であると見なされる。第１の単分子層の原子４０の外側の電子殻の一部の電子は、隣接する原子４０との相互作用によって飽和状態となる。しかし、このような結合は比較的弱い。原子４０のその他の電子は、基板の表面を不動態化する不純物との相互作用、または、これらの原子に隣接するその他の化合物との相互作用によって飽和状態となる。このように、原子４０は化合物４１と結合する。化合物４１は、例えば、基板４２の表面に吸着させられた、有機膜等の材料であってよい。原子４０と化合物４１との間の結合は、バルク結晶格子内の原子４０同士の結合ほど強くはないが、基板４２の表面における原子４０の反応性を低減する。上述したように、これらの原子に反応性を付与するための方法の１つに、基板表面を湿性化学物質に暴露して、結合力を発生させた後、所定の時間にわたって高温でアニールプロセスを実行することが挙げられる。この処理によれば、基板表面は、親水性の性質を持つようになると共に、結合しやすくなる。基板４２の表面を活性化させるための別の方法としては、表面をプラズマに暴露することが挙げられる。このように処理することによって、ウェハの表面にあるイオン種の移動度が高くなり、酸化物反応が進み、接合プロセスが促進される。しかし、これらの処理はいずれも、上述したように、それぞれの欠点がある。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態に係る、基板４２の表面を活性化するべく利用されるイオン注入装置１０を示す図である。当該イオン注入装置は、例えば、ＳＯＩウェハ製造または３次元積層チップウェハ製造で利用される半導体製造プロセスのさまざまな段階に既に組み込まれているとしてもよい。イオン注入装置１０は、イオン化すべき予め定められたガスを含むガスボックスを有するイオンビーム源チャンバ１１を備える。イオンビーム源チャンバ１１は、傍熱型の陰極（ＩＨＣ）、マイクロ波イオン源、またはＲＦイオン源であってよい。ガスがイオン源チャンバに供給されると、イオンチャンバからイオンが引き出されてイオンビーム１２が形成される。イオンは、標準的な３電極構成を用いて引き出される。３電極構成とは、プラズマスリット電極またはアークスリット電極、サプレッション電極１４、および、サプレッション電極１４の下流に設けられる接地電極１５から構成される。これらの電極は、イオン源チャンバ１１から引き出されたイオンビーム１２を集束させるための予め定められた電場を発生させる。これらの電極が発生させる電場の強度は、所定の種類のイオンビーム１２を引き出すべく、予め定められたビーム電流量に合わせて決定され得る。イオンビーム１２は質量分析器１６に進む。質量分析器１６は、分析マグネット１３と、分析スリット１８が設けられているマスキング電極１７とを有する。分析マグネット１３は、予め定められたイオン種のイオンが分析スリット１８を通過するように、イオンビーム１２のイオンを偏向する。所望されないイオン種は、分析スリット１８を通過することなく、マスキング電極１７によってせき止められる。一実施形態によると、分析マグネット１３は、予め定められた種のイオンを、約９０度偏向する。
【００１９】
予め定められた種のイオンは、分析スリット１８を通過して、角度補正マグネット２３に進む。一部の実施形態によると、予め定められた種のイオンはさらに、減速ステージ（不図示）を通過する。角度補正マグネット２３は、予め定められたイオン種のイオンを偏向して、イオンビームを、発散イオンビームから、イオン軌道が略平行になっている帯状ビーム２４へと変換する。一実施形態によると、角度補正マグネット２３は、予め定められたイオン種のイオンを、約７０度偏向する。一部の実施形態によると、イオンビーム１２は、加速コラムを通過するとしてもよい。このような加速コラムは、イオンビーム１２のエネルギーを選択的に制御して、基板またはウェハ２６に対してイオンビーム１２を予め定められた濃度および侵入度で注入する。帯状ビーム２４はさらに、質量分析器１６と補正マグネット２３との間、または、補正マグネット２３の下流に配設されている加速コラムを通過するとしてよい。エンドステーション２５は、インサイチュイオン注入の対象となるウェハ等の処理対象物２６を支持するチャック３２を有する。チャック３２は、予め定められた種のイオンがウェハ２６に注入されるように、帯状ビーム２４の経路と位置合わせされている。エンドステーション２５はさらに、ウェハ２６の全面にイオンを照射させるべく、帯状ビーム２４の断面の長辺と垂直にウェハ２６を移動させるか、または、その他の方向に１次元にスキャンするスキャナを有するとしてよい。チャック３２はさらに、ウェハ２６を回転させたり、直交方向にスキャンを補正するように構成されるとしてよい。
【００２０】
イオン注入装置１０は、例えば、シリコン、酸素、ゲルマニウム、キセノン、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、二酸化炭素、窒素、その他の化学的に活性な種または化学的に不活性な種、その他のモノマーイオン、その他のイオン化分子、または原子クラスタを注入することによって、基板の接合面を活性化する。この注入は、十分に低いエネルギー（種に応じて異なるが、０．２から５ｋｅＶ）および十分に高いドーズ（３Ｅ１５から１Ｅ１７）で行われるとしてよく、各ウェハの薄い表面層を活性化する。表面活性化をする際の注入を低エネルギーで行うことによって、薄い表面層より下方のウェハ材料にはイオン注入の影響がないようにすることができる。このようなイオン注入による表面活性化の影響を受ける表面層の深さはさらに、イオンビームに対してウェハをチルトさせることによっても制御され得る。ウェハをチルトさせることによって、チャネリングに影響を与えて、イオンがウェハ内に注入される深さが深くなりすぎないようにする。また、ウェハをチルトさせることによって、ウェハの表面からの単位深さ当たりの相互作用の数を大きくする。ウェハをチルトさせることによってさらに、ウェハの表面の近傍の予め定められた領域における衝突を増大させる。このように、イオン注入時にウェハをチルトさせることによって、ビーム注入に好ましいエネルギー範囲で処理が行われるように制御する。ウェハ２６の表面活性化はさらに、室温以外の温度でイオン注入を行うことによっても改善され得る。例えば、摂氏マイナス５０度から摂氏２００度の範囲内の温度でウェハ２６を加熱することで、図１に示した化合物４１のような表面の種を揮発させる。
【００２１】
図３は、本発明に係るイオン注入装置１０を用いて活性化された後の図１の格子構造を示す概略図である。イオンビーム２４は、基板２６の表面に対して、注入または照射される。この結果、基板の表面から化合物４１が除去されて、他の材料または基板と結合可能な原子４０が残される。基板２６の表面は、「活性化状態」であり、接合処理を促進する。このような活性化処理によって、別の基板に接合され得るダングリングボンドが形成される。ダングリングボンドとは、実質的に分断された共有結合で、この場合、シリコンウェハの表面には、表面の格子の原子４０毎に２つのダングリングボンドが見られる。図３には１つの基板２６の表面を活性化する様子を図示しているが、接合されるべきそれぞれの基板の表面に対してイオン注入を行うとしてもよい。基板２６の表面を活性化するべく利用されるイオンビーム２４は、帯状ビームであってよいが、点状ビームであってもよいし、その他の形状のイオンビームであってもよい。また、プラズマドーピングツールにおいてプラズマから生成されるイオンを用いて、接合することを目的として基板を活性化するとしてもよい。
【００２２】
表面活性化は、接合後の分割処理の内容を決定するための注入工程と共に一連の注入工程に組み込まれるとしてよい。接合後の分割処理は、例えば、ＳＯＩ構造を製造する際に利用され得る。具体的には、酸化物膜をウェハ上に形成して、水素および／またはヘリウムを、接合させるべき複数のウェハのうち１つのウェハの上面に注入して、当該ウェハ内に微細気泡層を形成する。イオン注入面が酸化物膜を介して別のシリコンウェハと密着するように、イオン注入が行われたシリコンウェハを別のシリコンウェハの上に重ねる。薄膜シリコン層を形成することを目的として、微細気泡層を剥離面としてウェハのうち１つのウェハの一部分を剥離するべく、ウェハを熱処理する。これに代えて、気泡層を形成する水素および／またはヘリウムの注入に先立って、イオン表面活性化を実行するとしてもよい。実施形態に応じて、表面活性化を実行するのは、酸化物層が形成されている表面であってもよいし、または、酸化物層が形成されていない表面であってもよい。また、分割後のウェハは、別のＳＯＩウェハを形成するべく再利用され得る。別の実施形態によると、アニール工程等の熱処理工程の後に、接合を行う。このように、イオン注入装置は、接合強度を高めると共にウェハ接合を低温で行うという利点を実現する一方、表面活性化を、水素等の種による分割のためのイオン注入と共に一連のイオン注入工程に組み込むことができる。また、分割のための種の注入と表面活性化のための注入は、同じイオン注入装置で実行される。接合後分割処理は、例えば、３次元積層チップ、集積回路、またはその他の多層チップ製造技術で利用され得る。接合後分割処理は、薄膜製造等、層転写に基づく処理であればどのような処理でも利用され得る。薄膜製造は、ＧａＮ等の高価な材料に対して行われ、この高価な材料はその後、安価なハンドルウェハに接着される。接合後分割処理はさらに、例えば、Ｓｉ上にＧａＡｓを形成する基板、または、Ｓｉ上にＧｅを形成させる基板等、新型の半導体基板を設計する際に利用され得る。
【００２３】
図４から図７は、処理チャンバと、イオン注入装置１０によるイオン活性化によってＳＯＩウェハを形成するべく接合される２つのウェハとを例示する図である。図４から図７に図示されている処理チャンバは、イオンビーム２４を利用するエンドステーション２５に代えて、または、当該エンドステーション２５に加えて利用され得る。イオン注入装置１０の処理チャンバは、イオン活性化によって、真空内で活性化された２つの基板表面を結合するという、より良好な機能を実現する。このため、大気に基板を暴露することが不要となり、および／または、接合工程を実行する際に別の処理ツールにウェハを輸送することも不要となる。このように、イオン注入装置を用いて接合前に表面活性化を行うことによって、プラズマ活性化および／または湿性化学物質への暴露のための専用処理ツールを特別に用意することが不要になるので、製造プロセスが効率化されると共に対応する製造コストが小さくなる。
【００２４】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る処理チャンバ５０を示す図である。処理チャンバ５０は、ビーム２４を入射させるための開口を１以上有する。処理チャンバ５０は、基板５２を保持するチャック５１と、基板５４を保持するチャック５３とを有する。基板５２は、例えば、ＳＯＩ製造において利用される補助用処理対象物であってよく、基板５４は、へき開、または、上述したような接合後分割処理が行われる基板であるとしてよい。このため、本実施形態では、へき開または接合後分割処理を行うための、例えば、水素またはヘリウムの注入は、既に実行されている。チャック５１およびチャック５３は、処理チャンバ５０内を移動可能なように構成されている。具体的には、チャック５１および５３のうち少なくとも一方または両方が、ビーム２４の経路に配置されるとしてよい。基板５２および５４は、少なくとも一方がイオン注入によって活性化されて、位置合わせ後に予め定められた温度で互いに対して当接させられる。処理チャンバ５０はさらに、基板５２および基板５４の温度を、最高で摂氏５００度になるように制御する。これに代えて、チャンバ５０ではなく、チャック５１および５３が、摂氏５００度までの温度制御を行うように構成されるとしてもよい。
【００２５】
図５は、図４の処理チャンバ５０を示す別の図であり、基板５２および５４が予め定められた期間にわたって予め定められた温度で互いに接触している様子を示している。チャック５３が基板５４を離脱させ、結合された基板５２および基板５４は、単一部材として、処理チャンバ５０から取り出される。これに代えて、基板５２および基板５４を予め定められた時間にわたって予め定められた温度で互いに接触させた後、分割を開始するべく温度を上げることもできる。チャック５１は、新たに形成されたへき開層が上部に結合された補助用ウェハを保持し、チャック５３は、残りの分割後の層を保持する。別の実施形態によると、チャック５１および５３のうち一方のみが処理チャンバ５０内部に備えられ、ウェハ取り扱いロボットが別の基板に接合される第２の基板を保持する。これに代えて、処理チャンバ５０は、１以上のチャックおよび複数のウェハ取り扱いロボットを備え、２つの基板５２および５４を接合する処理を円滑に進めるとしてもよい。
【００２６】
図６および図７は、基板接合用に別のチャンバ５５が設けられ、チャンバ５０はビーム２４によるイオン注入に利用される別の実施形態を示す図である。接合用チャンバ５５は、真空リンクによって、処理チャンバ５０に接続されている。図７に示すように、チャック５１およびチャック５３は、処理チャンバ５０と接合用チャンバ５５との間で移動するように構成されている。具体的に説明すると、処理チャンバ５０において基板５２および５３に対して１以上のイオン注入工程が実行され、チャック５１および５３はそれぞれ、真空環境を維持したまま、別のチャンバ５５に基板５２および５４を移動させる。その後、基板５２および５４は、接合用チャンバ５５内において、予め定められた時間にわたって予め定められた温度で互いに接触した状態を維持する。チャック５３は基板５４を離脱させて、チャック５１によって支持された結合後の基板５２および基板５４は、単一部材として、接合用チャンバ５５から取り出される。結合後の基板を分割する必要がある場合は、チャンバ５５内の温度を昇温させて、分割処理を開始させることができる。その後チャック５３をチャック５１に近接した位置から離して、チャック５１は、新たに形成されたへき開層が上部に結合されたウェハを支持し、チャック５３は、残りの分割後の層を保持する。処理チャンバ５５もまた、基板５２および基板５４の温度を、最高摂氏５００度まで制御できるように構成される。これに代えて、チャンバ５５ではなく、チャック５１および５３が、摂氏５００度までの温度制御を行うように構成されるとしてもよい。別の実施形態によると、表面活性化を行うことによって、処理チャンバ５０の外部にある別のチャンバで接合を実行させることも可能となり得る。別の実施形態によると、処理チャンバ５０が備えるチャックは１つのみである。ウェハ取り扱いロボットを利用して、接合処理を実行する対象の第２の基板を保持する。接合用チャンバ５５はさらに、処理チャンバ５０から接合用チャンバ５５まで基板５２および５４を輸送する２つのウェハ取り扱いロボットを有するとしてよい。これに代えて、処理チャンバ５０は、処理チャンバ５０から接合用チャンバ５５まで基板５２および５４を輸送するべく、少なくとも１つのウェハ取り扱いロボットと１以上のチャックとを有するとしてよい。
【００２７】
図８は、本発明の実施形態に係る、図２のイオン注入装置に関する活性化プロセスを示すフローチャートである。接合させるべき基板およびさまざまな処理条件に応じて、多岐にわたる用途に適応させて、当該方法を変更し得ることは、当業者には明らかであろう。ステップＳ１において、基板５２および５４を、イオン注入装置の接合用チャンバ５０に載置する。ステップＳ２において、イオン源チャンバ１１にドーパントガスを供給して、接合前に行う基板表面活性化に適切な種のイオンを生成する。ステップＳ３において、基板５２および／または５４をそれぞれチャック５１および５３に載置して、少なくとも１つの基板の表面を、生成された種のイオンから形成されるイオンビームに暴露する。ステップＳ４において、予め定められた温度で２つの基板５２および５４を位置合わせして、ステップＳ５において基板を互いに接合させる。ステップＳ６において、結合された基板をチャンバ５０から取り出す。これに代えて、ステップＳ７において、接合された基板はそのままチャンバ５０内に留まって、チャンバの温度を昇温させて、接合後の分割処理を開始させる。その後、ステップＳ８において、接合後分割処理によって得られた層はへき開層から離されて、基板をチャンバから取り出す。
【００２８】
具体的な実施形態を参照して本発明を開示したが、本願請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、上述した実施形態を多くの点で変形、変更、および修正することが可能である。したがって、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲は請求項の文言および請求項の均等物によって定義されるものとする。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、基板のイオン注入および接合に関する。本発明は特に、接合を促進するべく基板に対してイオン活性化を行う装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、処理対象物にイオンをドーピングする処理である。イオン注入の１つに、予め定められた電気デバイス特性を付与するべく半導体基板製造時に不純物イオンを注入するタイプのものがある。関連技術分野では公知であるが、シリコンウェハは結晶構造を持っており、シリコンの真性導電率は利用可能な電気デバイスを形成するには低すぎる。しかし、結晶格子に予め定められた不純物をドーピングすることによって、電流キャリアが形成される。ウェハにドーピングされる材料はまず、イオン源においてイオン化される。生成されたイオンは、イオン源から引き出されて、加速されることによって予め定められたエネルギーを持つイオンビームを形成し、当該イオンビームがウェハの表面に向けられる。イオンビーム内のエネルギーを持つイオンは、ウェハのバルクに侵入して、半導体材料の結晶格子に埋め込まれて予め定められた導電型の領域を形成する。
【０００３】
イオン注入装置は通常、特定の種のイオンを生成するイオン源チャンバと、イオンビームを制御する一連のビームライン素子と、イオンビームが照射されるウェハを支持するプラテンまたはチャックとを備える。これらの構成要素は、イオンビームの汚染および発散を防ぐべく、真空環境内に置かれる。ビームライン素子には、ソースチャンバからイオンを引き出す一連の電極と、予め定められた質量電荷比を持つイオンのみが通過できるように特定の磁場を発生する質量分析器と、ウェハ基板にイオン注入するべく、イオンビームに対して直交するように配されているウェハに照射される、帯状ビームを生成する補正マグネットとが含まれ得る。イオンは、基板内の電子および核と衝突するとエネルギーを失い、加速エネルギーに応じた基板内の予め定められた深さに留まる。基板への注入深さは、イオン注入エネルギーおよびソースチャンバで生成されたイオンの質量に応じて決まる。基板に対するイオンビームの照射は、静電ビームスキャンまたは磁場ビームスキャンによって、基板の移動によって、または、ビームスキャンと基板の移動とを組み合わせることによって、行われる。イオンビームは、点状ビームであってもよいし、または、長辺および短辺を持つ帯状ビームであってもよい。通常、ウェハ内にｎ型領域を形成するためにはヒ素またはリンをドーピングするとしてよく、ウェハ内にｐ型領域を形成するためにはホウ素、ガリウム、またはインジウムをドーピングするとしてよい。
【０００４】
これに代えて、半導体ウェハに対するドーピングは、プラズマドーピング処理によって行われるとしてもよい。ドーピング対象となるウェハは、電気的にバイアスされたプラテンに載置される。当該プラテンは、カソードとして機能し、プラズマドーピングモジュール内に配設されている。イオン化可能なドーピングガスをチャンバ内に導入し、電圧パルスをプラテンとアノードまたはチャンバ壁との間に印加して、ドーパントガスのイオンを含むプラズマを形成する。プラズマは、ウェハの近傍にプラズマシースを持つ。プラズマ内のイオンは、印加されたパルスによって、プラズマシースを通過するまで加速されて、ウェハに注入される。注入深さは、ウェハとアノードまたはチャンバ壁との間に印加される電圧に関連して決まる。このようにして、注入エネルギーを非常に小さくすることができる。プラズマドーピングシステムは、例えば、米国特許第５，３５４,３８１号（Ｓｈｅｎｇ、１９９４年１０月１１日発行）、米国特許第６，０２０、５９２号（Ｌｉｅｂｅｒｔ，ｅｔ ａｌ．２０００年２月１日発行）、米国特許第６，１８２，６０４号（Ｇｏｅｃｋｎｅｒ，ｅｔ ａｌ．２００１年２月６日発行）に開示されている。別の種類のプラズマドーピングシステムでは、例えば、プラズマドーピングチャンバの内部または外部に配置されているアンテナから、誘導結合されたＲＦ電力によって、連続的にプラズマを生成する。アンテナはＲＦ電源に接続されている。電圧パルスは、一定の間隔でプラテンとアノードとの間に印加され、この結果、プラズマ内のイオンがウェハに対して加速される。
【０００５】
多くの半導体プロセスでは、ウェハ接合が行われる。ウェハ接合では、異なる材料同士が一体化されて、１つのシリコンウェハを用いては製造できない新たな電子デバイスが製造される。半導体プロセスのうちウェハ接合を用いる一般的なプロセスを挙げると、例えば、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）製造プロセスおよび３次元積層チップ製造プロセスがある。ＳＯＩチップの製造方法には、複数の異なるものがある。ＳＯＩ構造製造方法の１つを挙げると、結晶シリコンウェハを、別の結晶シリコンウェハ上に事前に形成された二酸化シリコン層の上に接合する層転写プロセスがある。ファンデルワールス力によって、これら２つのウェハは即座に接合され、アニール工程でこれらのウェハを加熱することによって、さらに強く接合され得る。その後、活性半導体層を平面に沿ってへき開して、上側部分を除去して、適切な薄さまで厚みを小さくした活性半導体層を得る。その後、この分離されたシリコーン層に集積回路を形成する。ＳＯＩ技術は、接合容量および寄生漏れ電流を低減して、半導体デバイスを高速化するべく用いられる。
【０００６】
互いに接合されるウェハを準備する場合、表面を活性化しなければならない。活性化方法の１つでは、ウェハを湿性化学物質で処理して接合力を付与して、この接合を強化するべく高温（摂氏９００度より高い温度）でアニールプロセスを続いて行う。接合のためにウェハ表面を活性化するべく用いられる別の処理として、プラズマ活性化がある。この方法によると、ウェハは、プラズマチャンバ内に載置されて、プラズマ（例えば、Ｈ２、Ｏ２等）に暴露され、真空を中断することなく、ウェハ表面を互いに重ね合わせて、接合を行う。プラズマ活性化を利用すると、ウェハの表面上にあるイオン種の移動度が高くなって、酸化物反応が進み、接合プロセスが促進される。また、プラズマ活性化によれば、温度アニールが不要になると共に、汚染の可能性が低くなる。しかし、プラズマ活性化では、例えば、半導体クラスタツール内のプラズマチャンバのような、専用処理デバイス内で基板表面を接合する必要がある。一般的な半導体クラスタツールは、中央制御システムによって管理される複数の異なるウェハ処理モジュールから構成されている。クラスタツール内および製造プロセス中に、別の処理ツールを用いると、ウェハ製造が複雑化すると共に高コスト化する。したがって、ウェハを接合するべく活性化する装置および方法を改善することが求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態例は、イオン注入による活性化に基づくウェハ接合方法に関する。実施形態例によると、当該方法は、イオンターゲットチャンバに少なくとも２つの基板を載置する段階を備える。少なくとも２つの基板のうち第１の基板の少なくとも１つの表面を、イオンビームに暴露する。この結果、第２の基板に接合するための準備として、第１の基板の表面の種が低減される。チャンバ内において、予め定められた温度で、第１の基板および第２の基板を位置合わせする。第１の基板の表面のうち暴露された表面を第２の基板の表面に接触させて、接合基板を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】活性化の前の基板表面の一例を示す概略図である。
【０００９】
【図２】本発明の実施形態に係るイオン注入装置の一例を示す図である。
【００１０】
【図３】本発明の実施形態において、図２のイオン注入装置を用いて表面が活性化された後の図１の基板を示す概略図である。
【００１１】
【図４】本発明の実施形態に係るイオン注入装置の処理チャンバを示す図である。
【００１２】
【図５】本発明の実施形態に係るイオン注入装置の図４の処理チャンバを示す別の図である。
【００１３】
【図６】本発明の実施形態に係るイオン注入装置の処理チャンバの別の実施形態を示す図である。
【００１４】
【図７】本発明の実施形態に係るイオン注入装置の図６の処理チャンバを示す別の図である。
【００１５】
【図８】本発明の実施形態に係る、図２のイオン注入装置に関する活性化プロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、添付図面を参照しつつ本発明をより詳しく説明する。添付図面は、本発明の好ましい実施形態を図示する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施され得るものであり、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。本明細書に記載する実施形態は、完全且つ詳細に開示して、当業者に本発明の範囲を十分に理解させるために記載されている。図面では、全図にわたって、同様の参照番号は同様の構成要素を示すものとする。
【００１７】
本明細書では、イオン注入装置に関連付けて、本発明の実施形態に係る装置および方法を説明する。しかし、本発明の実施形態に係る方法は、半導体製造プロセスに関するその他のシステムおよびプロセス、または、基板の接合を利用するその他のシステムに利用することが可能である。このため、本発明は、以下に説明する具体的な実施形態に限定されない。上述したように、基板接合面を活性化することにより、製造時に２つの基板を接合しなければならないＳＯＩウェハ等の製品の品質が改善される。図１は、活性化の前の基板表面の一例を示す図である。基板４２は、ウェハまたはその他の処理対象物であってよく、複数の原子４０を含む格子構造を有する。原子４０は、シリコンまたはその他の元素であってよく、例えば、外側の電子殻が隣接する原子と電子を共有することによって、共有結合が形成され、安定した格子構造が得られている。しかし、基板４２の表面に位置する原子４０は、（例えば、横方向において）共有結合を形成するべく隣接する原子と結合されていない。このような表面上の原子は、共有結合を共に形成する隣接する原子がないので、不飽和であると見なされる。第１の単分子層の原子４０の外側の電子殻の一部の電子は、隣接する原子４０との相互作用によって飽和状態となる。しかし、このような結合は比較的弱い。原子４０のその他の電子は、基板の表面を不動態化する不純物との相互作用、または、これらの原子に隣接するその他の化合物との相互作用によって飽和状態となる。このように、原子４０は化合物４１と結合する。化合物４１は、例えば、基板４２の表面に吸着させられた、有機膜等の材料であってよい。原子４０と化合物４１との間の結合は、バルク結晶格子内の原子４０同士の結合ほど強くはないが、基板４２の表面における原子４０の反応性を低減する。上述したように、これらの原子に反応性を付与するための方法の１つに、基板表面を湿性化学物質に暴露して、結合力を発生させた後、所定の時間にわたって高温でアニールプロセスを実行することが挙げられる。この処理によれば、基板表面は、親水性の性質を持つようになると共に、結合しやすくなる。基板４２の表面を活性化させるための別の方法としては、表面をプラズマに暴露することが挙げられる。このように処理することによって、ウェハの表面にあるイオン種の移動度が高くなり、酸化物反応が進み、接合プロセスが促進される。しかし、これらの処理はいずれも、上述したように、それぞれの欠点がある。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態に係る、基板４２の表面を活性化するべく利用されるイオン注入装置１０を示す図である。当該イオン注入装置は、例えば、ＳＯＩウェハ製造または３次元積層チップウェハ製造で利用される半導体製造プロセスのさまざまな段階に既に組み込まれているとしてもよい。イオン注入装置１０は、イオン化すべき予め定められたガスを含むガスボックスを有するイオンビーム源チャンバ１１を備える。イオンビーム源チャンバ１１は、傍熱型の陰極（ＩＨＣ）、マイクロ波イオン源、またはＲＦイオン源であってよい。ガスがイオン源チャンバに供給されると、イオンチャンバからイオンが引き出されてイオンビーム１２が形成される。イオンは、標準的な３電極構成を用いて引き出される。３電極構成とは、プラズマスリット電極またはアークスリット電極、サプレッション電極１４、および、サプレッション電極１４の下流に設けられる接地電極１５から構成される。これらの電極は、イオン源チャンバ１１から引き出されたイオンビーム１２を集束させるための予め定められた電場を発生させる。これらの電極が発生させる電場の強度は、所定の種類のイオンビーム１２を引き出すべく、予め定められたビーム電流量に合わせて決定され得る。イオンビーム１２は質量分析器１６に進む。質量分析器１６は、分析マグネット１３と、分析スリット１８が設けられているマスキング電極１７とを有する。分析マグネット１３は、予め定められたイオン種のイオンが分析スリット１８を通過するように、イオンビーム１２のイオンを偏向する。所望されないイオン種は、分析スリット１８を通過することなく、マスキング電極１７によってせき止められる。一実施形態によると、分析マグネット１３は、予め定められた種のイオンを、約９０度偏向する。
【００１９】
予め定められた種のイオンは、分析スリット１８を通過して、角度補正マグネット２３に進む。一部の実施形態によると、予め定められた種のイオンはさらに、減速ステージ（不図示）を通過する。角度補正マグネット２３は、予め定められたイオン種のイオンを偏向して、イオンビームを、発散イオンビームから、イオン軌道が略平行になっている帯状ビーム２４へと変換する。一実施形態によると、角度補正マグネット２３は、予め定められたイオン種のイオンを、約７０度偏向する。一部の実施形態によると、イオンビーム１２は、加速コラムを通過するとしてもよい。このような加速コラムは、イオンビーム１２のエネルギーを選択的に制御して、基板またはウェハ２６に対してイオンビーム１２を予め定められた濃度および侵入度で注入する。帯状ビーム２４はさらに、質量分析器１６と補正マグネット２３との間、または、補正マグネット２３の下流に配設されている加速コラムを通過するとしてよい。エンドステーション２５は、インサイチュイオン注入の対象となるウェハ等の処理対象物２６を支持するチャック３２を有する。チャック３２は、予め定められた種のイオンがウェハ２６に注入されるように、帯状ビーム２４の経路と位置合わせされている。エンドステーション２５はさらに、ウェハ２６の全面にイオンを照射させるべく、帯状ビーム２４の断面の長辺と垂直にウェハ２６を移動させるか、または、その他の方向に１次元にスキャンするスキャナを有するとしてよい。チャック３２はさらに、ウェハ２６を回転させたり、直交方向にスキャンを補正するように構成されるとしてよい。
【００２０】
イオン注入装置１０は、例えば、シリコン、酸素、ゲルマニウム、キセノン、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、二酸化炭素、窒素、その他の化学的に活性な種または化学的に不活性な種、その他のモノマーイオン、その他のイオン化分子、または原子クラスタを注入することによって、基板の接合面を活性化する。この注入は、十分に低いエネルギー（種に応じて異なるが、０．２から５ｋｅＶ）および十分に高いドーズ（３Ｅ１５から１Ｅ１７）で行われるとしてよく、各ウェハの薄い表面層を活性化する。表面活性化をする際の注入を低エネルギーで行うことによって、薄い表面層より下方のウェハ材料にはイオン注入の影響がないようにすることができる。このようなイオン注入による表面活性化の影響を受ける表面層の深さはさらに、イオンビームに対してウェハをチルトさせることによっても制御され得る。ウェハをチルトさせることによって、チャネリングに影響を与えて、イオンがウェハ内に注入される深さが深くなりすぎないようにする。また、ウェハをチルトさせることによって、ウェハの表面からの単位深さ当たりの相互作用の数を大きくする。ウェハをチルトさせることによってさらに、ウェハの表面の近傍の予め定められた領域における衝突を増大させる。このように、イオン注入時にウェハをチルトさせることによって、ビーム注入に好ましいエネルギー範囲で処理が行われるように制御する。ウェハ２６の表面活性化はさらに、室温以外の温度でイオン注入を行うことによっても改善され得る。例えば、摂氏マイナス５０度から摂氏２００度の範囲内の温度でウェハ２６を加熱することで、図１に示した化合物４１のような表面の種を揮発させる。
【００２１】
図３は、本発明に係るイオン注入装置１０を用いて活性化された後の図１の格子構造を示す概略図である。イオンビーム２４は、基板２６の表面に対して、注入または照射される。この結果、基板の表面から化合物４１が除去されて、他の材料または基板と結合可能な原子４０が残される。基板２６の表面は、「活性化状態」であり、接合処理を促進する。このような活性化処理によって、別の基板に接合され得るダングリングボンドが形成される。ダングリングボンドとは、実質的に分断された共有結合で、この場合、シリコンウェハの表面には、表面の格子の原子４０毎に２つのダングリングボンドが見られる。図３には１つの基板２６の表面を活性化する様子を図示しているが、接合されるべきそれぞれの基板の表面に対してイオン注入を行うとしてもよい。基板２６の表面を活性化するべく利用されるイオンビーム２４は、帯状ビームであってよいが、点状ビームであってもよいし、その他の形状のイオンビームであってもよい。また、プラズマドーピングツールにおいてプラズマから生成されるイオンを用いて、接合することを目的として基板を活性化するとしてもよい。
【００２２】
表面活性化は、接合後の分割処理の内容を決定するための注入工程と共に一連の注入工程に組み込まれるとしてよい。接合後の分割処理は、例えば、ＳＯＩ構造を製造する際に利用され得る。具体的には、酸化物膜をウェハ上に形成して、水素および／またはヘリウムを、接合させるべき複数のウェハのうち１つのウェハの上面に注入して、当該ウェハ内に微細気泡層を形成する。イオン注入面が酸化物膜を介して別のシリコンウェハと密着するように、イオン注入が行われたシリコンウェハを別のシリコンウェハの上に重ねる。薄膜シリコン層を形成することを目的として、微細気泡層を剥離面としてウェハのうち１つのウェハの一部分を剥離するべく、ウェハを熱処理する。これに代えて、気泡層を形成する水素および／またはヘリウムの注入に先立って、イオン表面活性化を実行するとしてもよい。実施形態に応じて、表面活性化を実行するのは、酸化物層が形成されている表面であってもよいし、または、酸化物層が形成されていない表面であってもよい。また、分割後のウェハは、別のＳＯＩウェハを形成するべく再利用され得る。別の実施形態によると、アニール工程等の熱処理工程の後に、接合を行う。このように、イオン注入装置は、接合強度を高めると共にウェハ接合を低温で行うという利点を実現する一方、表面活性化を、水素等の種による分割のためのイオン注入と共に一連のイオン注入工程に組み込むことができる。また、分割のための種の注入と表面活性化のための注入は、同じイオン注入装置で実行される。接合後分割処理は、例えば、３次元積層チップ、集積回路、またはその他の多層チップ製造技術で利用され得る。接合後分割処理は、薄膜製造等、層転写に基づく処理であればどのような処理でも利用され得る。薄膜製造は、ＧａＮ等の高価な材料に対して行われ、この高価な材料はその後、安価なハンドルウェハに接着される。接合後分割処理はさらに、例えば、Ｓｉ上にＧａＡｓを形成する基板、または、Ｓｉ上にＧｅを形成させる基板等、新型の半導体基板を設計する際に利用され得る。
【００２３】
図４から図７は、処理チャンバと、イオン注入装置１０によるイオン活性化によってＳＯＩウェハを形成するべく接合される２つのウェハとを例示する図である。図４から図７に図示されている処理チャンバは、イオンビーム２４を利用するエンドステーション２５に代えて、または、当該エンドステーション２５に加えて利用され得る。イオン注入装置１０の処理チャンバは、イオン活性化によって、真空内で活性化された２つの基板表面を結合するという、より良好な機能を実現する。このため、大気に基板を暴露することが不要となり、および／または、接合工程を実行する際に別の処理ツールにウェハを輸送することも不要となる。このように、イオン注入装置を用いて接合前に表面活性化を行うことによって、プラズマ活性化および／または湿性化学物質への暴露のための専用処理ツールを特別に用意することが不要になるので、製造プロセスが効率化されると共に対応する製造コストが小さくなる。
【００２４】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る処理チャンバ５０を示す図である。処理チャンバ５０は、ビーム２４を入射させるための開口を１以上有する。処理チャンバ５０は、基板５２を保持するチャック５１と、基板５４を保持するチャック５３とを有する。基板５２は、例えば、ＳＯＩ製造において利用される補助用処理対象物であってよく、基板５４は、へき開、または、上述したような接合後分割処理が行われる基板であるとしてよい。このため、本実施形態では、へき開または接合後分割処理を行うための、例えば、水素またはヘリウムの注入は、既に実行されている。チャック５１およびチャック５３は、処理チャンバ５０内を移動可能なように構成されている。具体的には、チャック５１および５３のうち少なくとも一方または両方が、ビーム２４の経路に配置されるとしてよい。基板５２および５４は、少なくとも一方がイオン注入によって活性化されて、位置合わせ後に予め定められた温度で互いに対して当接させられる。処理チャンバ５０はさらに、基板５２および基板５４の温度を、最高で摂氏５００度になるように制御する。これに代えて、チャンバ５０ではなく、チャック５１および５３が、摂氏５００度までの温度制御を行うように構成されるとしてもよい。
【００２５】
図５は、図４の処理チャンバ５０を示す別の図であり、基板５２および５４が予め定められた期間にわたって予め定められた温度で互いに接触している様子を示している。チャック５３が基板５４を離脱させ、結合された基板５２および基板５４は、単一部材として、処理チャンバ５０から取り出される。これに代えて、基板５２および基板５４を予め定められた時間にわたって予め定められた温度で互いに接触させた後、分割を開始するべく温度を上げることもできる。チャック５１は、新たに形成されたへき開層が上部に結合された補助用ウェハを保持し、チャック５３は、残りの分割後の層を保持する。別の実施形態によると、チャック５１および５３のうち一方のみが処理チャンバ５０内部に備えられ、ウェハ取り扱いロボットが別の基板に接合される第２の基板を保持する。これに代えて、処理チャンバ５０は、１以上のチャックおよび複数のウェハ取り扱いロボットを備え、２つの基板５２および５４を接合する処理を円滑に進めるとしてもよい。
【００２６】
図６および図７は、基板接合用に別のチャンバ５５が設けられ、チャンバ５０はビーム２４によるイオン注入に利用される別の実施形態を示す図である。接合用チャンバ５５は、真空リンクによって、処理チャンバ５０に接続されている。図７に示すように、チャック５１およびチャック５３は、処理チャンバ５０と接合用チャンバ５５との間で移動するように構成されている。具体的に説明すると、処理チャンバ５０において基板５２および５３に対して１以上のイオン注入工程が実行され、チャック５１および５３はそれぞれ、真空環境を維持したまま、別のチャンバ５５に基板５２および５４を移動させる。その後、基板５２および５４は、接合用チャンバ５５内において、予め定められた時間にわたって予め定められた温度で互いに接触した状態を維持する。チャック５３は基板５４を離脱させて、チャック５１によって支持された結合後の基板５２および基板５４は、単一部材として、接合用チャンバ５５から取り出される。結合後の基板を分割する必要がある場合は、チャンバ５５内の温度を昇温させて、分割処理を開始させることができる。その後チャック５３をチャック５１に近接した位置から離して、チャック５１は、新たに形成されたへき開層が上部に結合されたウェハを支持し、チャック５３は、残りの分割後の層を保持する。処理チャンバ５５もまた、基板５２および基板５４の温度を、最高摂氏５００度まで制御できるように構成される。これに代えて、チャンバ５５ではなく、チャック５１および５３が、摂氏５００度までの温度制御を行うように構成されるとしてもよい。別の実施形態によると、表面活性化を行うことによって、処理チャンバ５０の外部にある別のチャンバで接合を実行させることも可能となり得る。別の実施形態によると、処理チャンバ５０が備えるチャックは１つのみである。ウェハ取り扱いロボットを利用して、接合処理を実行する対象の第２の基板を保持する。接合用チャンバ５５はさらに、処理チャンバ５０から接合用チャンバ５５まで基板５２および５４を輸送する２つのウェハ取り扱いロボットを有するとしてよい。これに代えて、処理チャンバ５０は、処理チャンバ５０から接合用チャンバ５５まで基板５２および５４を輸送するべく、少なくとも１つのウェハ取り扱いロボットと１以上のチャックとを有するとしてよい。
【００２７】
図８は、本発明の実施形態に係る、図２のイオン注入装置に関する活性化プロセスを示すフローチャートである。接合させるべき基板およびさまざまな処理条件に応じて、多岐にわたる用途に適応させて、当該方法を変更し得ることは、当業者には明らかであろう。ステップＳ１において、基板５２および５４を、イオン注入装置の接合用チャンバ５０に載置する。ステップＳ２において、イオン源チャンバ１１にドーパントガスを供給して、接合前に行う基板表面活性化に適切な種のイオンを生成する。ステップＳ３において、基板５２および／または５４をそれぞれチャック５１および５３に載置して、少なくとも１つの基板の表面を、生成された種のイオンから形成されるイオンビームに暴露する。ステップＳ４において、予め定められた温度で２つの基板５２および５４を位置合わせして、ステップＳ５において基板を互いに接合させる。ステップＳ６において、結合された基板をチャンバ５０から取り出す。これに代えて、ステップＳ７において、接合された基板はそのままチャンバ５０内に留まって、チャンバの温度を昇温させて、接合後の分割処理を開始させる。その後、ステップＳ８において、接合後分割処理によって得られた層はへき開層から離されて、基板をチャンバから取り出す。
【００２８】
具体的な実施形態を参照して本発明を開示したが、本願請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、上述した実施形態を多くの点で変形、変更、および修正することが可能である。したがって、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲は請求項の文言および請求項の均等物によって定義されるものとする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの基板をインサイチュ接合する方法であって、
イオンターゲットチャンバに前記少なくとも２つの基板を載置する段階と、
前記少なくとも２つの基板のうち第１の基板の少なくとも１つの表面をイオンビームに暴露して、前記少なくとも２つの基板のうち第２の基板に接合するための準備として、前記少なくとも１つの表面の種を低減する段階と、
前記チャンバ内において、予め定められた温度で、前記第１の基板および前記第２の基板を位置合わせする段階と、
前記第１の基板の表面のうち暴露された前記少なくとも１つの表面を前記第２の基板の表面に接触させて、接合基板を形成する段階とを備える方法。
【請求項２】
前記チャンバから前記接合基板を取り出す段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記チャンバの温度を昇温させて、前記接合基板の接合後分割層を開始する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記接合基板からへき開層を形成する段階をさらに備える請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記へき開層から前記接合後分割層を分離させる段階をさらに備える請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の基板は、二酸化シリコン層を有するシリコンウェハである請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の基板の少なくとも１つの表面をイオンビームに暴露して、前記第１の基板に接合するための準備として、前記少なくとも１つの表面の種を低減する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の基板の前記少なくとも１つの表面は、注入エネルギーが０．２ｋｅＶから５ｋｅＶの範囲の前記イオンビームに暴露される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の基板を前記イオンビームに暴露する場合に、前記イオンビームに対して角度を持つように前記第１の基板をチルトさせる段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも２つの基板を接合する方法であって、
前記少なくとも２つの基板を第１のチャンバに載置する段階と、
前記少なくとも２つの基板のうち第１の基板の少なくとも１つの表面をイオンビームに暴露して、前記少なくとも２つの基板のうち第２の基板に接合するための準備として、前記少なくとも１つの表面の種を低減する段階と、
前記第１のチャンバ内において、予め定められた温度で、前記第１の基板および前記第２の基板を位置合わせする段階と、
前記第１の基板および前記第２の基板を、前記第１のチャンバから第２のチャンバへと移動させる段階と、
前記第２のチャンバにおいて、前記第１の基板の表面のうち暴露された前記少なくとも１つの表面を前記第２の基板の表面に接触させて、接合基板を形成する段階と
を備え、
前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間には、真空環境が維持される方法。
【請求項１１】
前記第２のチャンバの温度を昇温させて、前記接合基板の接合後分割層を開始する段階をさらに備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記接合基板からへき開層を形成する段階をさらに備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記へき開層から前記接合後分割層を分離させる段階をさらに備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の基板を前記イオンビームに暴露する場合に、前記イオンビームに対して角度を持つように前記第１の基板をチルトさせる段階をさらに備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
供給ガスが導入されて、特定のエネルギーおよび質量を持つイオンを生成し、前記イオンを引き出すためのスリットを有するイオン源チャンバと、
前記イオン源の下流に配置されており、前記イオンビームが導入されるターゲットチャンバと、
前記ターゲットチャンバ内に配置されており、前記イオンビームに対して位置合わせされた第１の基板が載置される第１のチャックアセンブリと、
前記ターゲットチャンバ内に配置されており、第２の基板が載置される第２のチャックアセンブリと
を備え、
前記イオンビームは、イオンが前記第１の基板の表面層を活性化する特定の注入エネルギーを持つ
イオン注入処理システム。
【請求項１６】
前記ターゲットチャンバは第１のチャンバであり、
前記イオン注入処理システムはさらに、前記第１のチャンバに接続されている第２のチャンバを備え、
前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間には、真空環境が維持されている
請求項１５に記載のイオン注入処理システム。
【請求項１７】
前記第１のチャックおよび前記第２のチャックは、前記第１の基板および前記第２の基板を、互いに接触するように配置する
請求項１５に記載のイオン注入処理システム。
【請求項１８】
前記第１のチャックおよび前記第２のチャックは、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で移動し、前記第２のチャンバ内において前記第１の基板および前記第２の基板を互いに接触するように配置する
請求項１６に記載のイオン注入処理システム。
【請求項１】
少なくとも２つの基板をインサイチュ接合する方法であって、
イオンターゲットチャンバに前記少なくとも２つの基板を載置する段階と、
前記少なくとも２つの基板のうち第１の基板の少なくとも１つの表面をイオンビームに暴露して、前記少なくとも２つの基板のうち第２の基板に接合するための準備として、前記少なくとも１つの表面の種を低減する段階と、
前記チャンバ内において、予め定められた温度で、前記第１の基板および前記第２の基板を位置合わせする段階と、
前記第１の基板の表面のうち暴露された前記少なくとも１つの表面を前記第２の基板の表面に接触させて、接合基板を形成する段階とを備える方法。
【請求項２】
前記チャンバから前記接合基板を取り出す段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記チャンバの温度を昇温させて、前記接合基板の接合後分割層を開始する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記接合基板からへき開層を形成する段階をさらに備える請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記へき開層から前記接合後分割層を分離させる段階をさらに備える請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の基板は、二酸化シリコン層を有するシリコンウェハである請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の基板の少なくとも１つの表面をイオンビームに暴露して、前記第１の基板に接合するための準備として、前記少なくとも１つの表面の種を低減する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の基板の前記少なくとも１つの表面は、注入エネルギーが０．２ｋｅＶから５ｋｅＶの範囲の前記イオンビームに暴露される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の基板を前記イオンビームに暴露する場合に、前記イオンビームに対して角度を持つように前記第１の基板をチルトさせる段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも２つの基板を接合する方法であって、
前記少なくとも２つの基板を第１のチャンバに載置する段階と、
前記少なくとも２つの基板のうち第１の基板の少なくとも１つの表面をイオンビームに暴露して、前記少なくとも２つの基板のうち第２の基板に接合するための準備として、前記少なくとも１つの表面の種を低減する段階と、
前記第１のチャンバ内において、予め定められた温度で、前記第１の基板および前記第２の基板を位置合わせする段階と、
前記第１の基板および前記第２の基板を、前記第１のチャンバから第２のチャンバへと移動させる段階と、
前記第２のチャンバにおいて、前記第１の基板の表面のうち暴露された前記少なくとも１つの表面を前記第２の基板の表面に接触させて、接合基板を形成する段階と
を備え、
前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間には、真空環境が維持される方法。
【請求項１１】
前記第２のチャンバの温度を昇温させて、前記接合基板の接合後分割層を開始する段階をさらに備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記接合基板からへき開層を形成する段階をさらに備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記へき開層から前記接合後分割層を分離させる段階をさらに備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の基板を前記イオンビームに暴露する場合に、前記イオンビームに対して角度を持つように前記第１の基板をチルトさせる段階をさらに備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
供給ガスが導入されて、特定のエネルギーおよび質量を持つイオンを生成し、前記イオンを引き出すためのスリットを有するイオン源チャンバと、
前記イオン源の下流に配置されており、前記イオンビームが導入されるターゲットチャンバと、
前記ターゲットチャンバ内に配置されており、前記イオンビームに対して位置合わせされた第１の基板が載置される第１のチャックアセンブリと、
前記ターゲットチャンバ内に配置されており、第２の基板が載置される第２のチャックアセンブリと
を備え、
前記イオンビームは、イオンが前記第１の基板の表面層を活性化する特定の注入エネルギーを持つ
イオン注入処理システム。
【請求項１６】
前記ターゲットチャンバは第１のチャンバであり、
前記イオン注入処理システムはさらに、前記第１のチャンバに接続されている第２のチャンバを備え、
前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間には、真空環境が維持されている
請求項１５に記載のイオン注入処理システム。
【請求項１７】
前記第１のチャックおよび前記第２のチャックは、前記第１の基板および前記第２の基板を、互いに接触するように配置する
請求項１５に記載のイオン注入処理システム。
【請求項１８】
前記第１のチャックおよび前記第２のチャックは、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で移動し、前記第２のチャンバ内において前記第１の基板および前記第２の基板を互いに接触するように配置する
請求項１６に記載のイオン注入処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１０−５４１２１０（Ｐ２０１０−５４１２１０Ａ）
【公表日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２５９６５（Ｐ２０１０−５２５９６５）
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７６８４０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０３９２６４
【国際公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（５００３２４７５０）バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド (88)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７６８４０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０３９２６４
【国際公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（５００３２４７５０）バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド (88)
【Ｆターム（参考）】
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