(57)【要約】【課題】  本発明は、面内膜厚が均一で、表面粗さと結晶欠陥の少ないＧｅ層を有するＧｅＯＩウェーハを製造する方法を提供する。【解決手段】  シリコン単結晶ウェーハ上にＢＯＸ層とＳＯＩ層が順次形成されたＳＯＩウェーハのＳＯＩ層表面にＧｅ層をエピタキシャル成長させ、  Ｇｅ層を通して水素イオン等を注入することによりシリコン単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成し、  前記Ｇｅ層の表面とハンドルウェーハの表面とを絶縁膜を介して貼り合わせた後、前記イオン注入層で剥離し、ハンドルウェーハ上に、絶縁膜、Ｇｅ層、ＳＯＩ層、ＢＯＸ層、シリコン単結晶ウェーハの一部とが順次積層された貼り合わせウェーハを作製し、  シリコン単結晶ウェーハの一部、ＢＯＸ層、ＳＯＩ層を順次除去してＧｅ層を露出させて、ハンドルウェーハ上に、絶縁膜とＧｅ層とが順次積層されたＧｅＯＩウェーハを作製することを特徴とするＧｅＯＩウェーハの製造方法。【選択図】図１
2014138097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶ウェーハ上に埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層）とＳＯＩ層が順次形成されたＳＯＩウェーハのＳＯＩ層表面にＧｅ層をエピタキシャル成長させ、
該Ｇｅ層を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより前記シリコン単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成し、
前記Ｇｅ層の表面とハンドルウェーハの表面とを絶縁膜を介して密着させて貼り合わせた後、前記イオン注入層で剥離することによって、前記ハンドルウェーハ上に、前記絶縁膜、前記Ｇｅ層、前記ＳＯＩ層、前記埋め込み酸化膜層、前記シリコン単結晶ウェーハの一部とが順次積層された構造を有する貼り合わせウェーハを作製し、
その後、前記シリコン単結晶ウェーハの一部、前記埋め込み酸化膜層、前記ＳＯＩ層を順次除去して前記Ｇｅ層を露出させることによって、前記ハンドルウェーハ上に、前記絶縁膜と前記Ｇｅ層とが順次積層されたＧｅＯＩウェーハを作製することを特徴とするＧｅＯＩウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記シリコン単結晶ウェーハの一部の除去をアルカリエッチング又はＣＭＰ（化学機械研磨）で行い、前記埋め込み酸化膜層の除去をＨＦ含有溶液で行い、前記ＳＯＩ層の除去をエッチング液、選択エッチング液、ＣＭＰ又は犠牲酸化処理のいずれかで行うことを特徴とする請求項１に記載のＧｅＯＩウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記ＳＯＩ層の膜厚を１０ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＧｅＯＩウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記ハンドルウェーハをシリコン単結晶ウェーハとし、該シリコン単結晶ウェーハの表面に前記絶縁膜としてのシリコン酸化膜を形成し、該シリコン酸化膜の表面と前記Ｇｅ層の表面とを貼り合わせることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＧｅＯＩウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧｅＯＩウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゲルマニウム（Ｇｅ）単結晶は、シリコン（Ｓｉ）単結晶よりも電子・正孔の移動度が高く、ＧｅＯＩ（Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）は次世代のＣＭＯＳ用基板として有用と考えられている。従来、ＧｅＯＩの作製方法として数々の方法が提案されてきた。
【０００３】
第一の公知の方法は、イオン注入剥離法を利用する方法で、ゲルマニウム単結晶からなるドナーウェーハからの層転写を使用するものである（特許文献１）。シリコン単結晶からなるハンドルウェーハ（支持基板）の酸化された表面はドナーウェーハに接合される。ドナーウェーハおよびハンドルウェーハは次いで、Ｇｅの薄層が酸化シリコン上に残るように劈界面に沿って分離（剥離）される。但し、転写されたＧｅ層の表面粗さをＣＭＰ（化学機械研磨）により加工する必要があり、膜厚均一性の良好なＧｅ層を形成することは困難である。
【０００４】
また、第２の公知の方法は、シリコンドナーウェーハにＳｉＧｅグレーデッド層をエピタキシャル成長させ、かつＳｉＧｅグレーデッド層上にＧｅ層をエピタキシャル成長させるものである（特許文献２）。次いでイオン注入剥離法によりハンドルウェーハ上にＧｅ層又はＳｉＧｅ／Ｇｅ層が転写される。しかし、ＳｉＧｅグレーデッド層の上に成長されるＧｅ層の貫通転位密度は１０６〜１０８ｃｍ−２程度あり、デバイスの性能を低下させる要因となる。また、転写後のＳｉＧｅ／Ｇｅ層からＧｅ層を露出するため、高いＧｅ含有量を有するＳｉＧｅグレーデッドの転写層のみを選択エッチングすることは困難である。
【０００５】
第３の公知の方法は、ＳｉＧｅＯＩ基板から出発し、Ｇｅ層の酸化濃縮法によってＧｅＯＩウェーハを作製する方法である（特許文献３）。しかし、この方法においては酸化濃縮時に温度を上げる必要がある為、高密度の欠陥が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２１１１２８
【特許文献２】特開２００８−１４１２０６
【特許文献３】特開２００５−１４２２１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、面内膜厚が均一で、表面粗さと結晶欠陥の少ないＧｅ層を有するＧｅＯＩウェーハを製造する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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、
シリコン単結晶ウェーハ上に埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層）とＳＯＩ層が順次形成されたＳＯＩウェーハのＳＯＩ層表面にＧｅ層をエピタキシャル成長させ、
該Ｇｅ層を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより前記シリコン単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成し、
前記Ｇｅ層の表面とハンドルウェーハの表面とを絶縁膜を介して密着させて貼り合わせた後、前記イオン注入層で剥離することによって、前記ハンドルウェーハ上に、前記絶縁膜、前記Ｇｅ層、前記ＳＯＩ層、前記埋め込み酸化膜層、前記シリコン単結晶ウェーハの一部とが順次積層された構造を有する貼り合わせウェーハを作製し、
その後、前記シリコン単結晶ウェーハの一部、前記埋め込み酸化膜層、前記ＳＯＩ層を順次除去して前記Ｇｅ層を露出させることによって、前記ハンドルウェーハ上に、前記絶縁膜と前記Ｇｅ層とが順次積層されたＧｅＯＩウェーハを作製することを特徴とするＧｅＯＩウェーハの製造方法を提供する。
【０００９】
本発明は、Ｇｅ層を通してＳＯＩウェーハのシリコン単結晶ウェーハ（ベースウェーハ）の内部にイオン注入層を形成させるものであり、Ｇｅ層に劈開面（剥離面）がないので、剥離に基づくＧｅ層の表面粗さをＣＭＰ（化学機械研磨）により加工する必要がなく、膜厚均一性の良好なＧｅ層を有するＧｅＯＩウェーハを製造することができる。また、ＳＯＩ層のＳｉの膜厚が薄く、膜厚分布の良好な超薄膜ＳＯＩウェーハ（ＳＯＩ膜厚≦２０ｎｍ）を用いれば、最終段のＳｉ層除去の取り代が少なくて済み、Ｓｉ層除去に伴うＧｅ層の表面粗さの悪化や膜厚均一性の劣化を抑制することができる。
【００１０】
このとき、前記シリコン単結晶ウェーハの一部の除去をアルカリエッチング又はＣＭＰ（化学機械研磨）で行い、前記埋め込み酸化膜層の除去をＨＦ含有溶液で行い、前記ＳＯＩ層の除去をエッチング液、選択エッチング液、ＣＭＰ又は犠牲酸化処理のいずれかで行うことが好ましい。
【００１１】
このようにすれば、Ｇｅ層上の多層膜（Ｓｉ／ＢＯＸ／ＳＯＩ層）を良好に剥離することができ、効果的にＧｅ層のみを残してＧｅＯＩウェーハを作製することができる。
【００１２】
さらにこのとき、前記ＳＯＩ層の膜厚を１０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００１３】
このような超薄膜ＳＯＩ層を用いることにより、ＳＯＩ層を除去するための研磨に要する時間は極めて短時間であるので、研磨における取り代も少なくて済み、膜厚が均一なＧｅ層を有するＧｅＯＩウェーハを確実に製造することができる。また、このような超薄膜ＳＯＩ層を用いることにより、エッチングに要する時間を極めて短時間にすることができるので、Ｇｅ層の表面荒れが少ないＧｅＯＩウェーハを確実に製造することができる。これらの効果は、ＳＯＩ層を薄くするほど、より高い効果を得ることができる。
【００１４】
さらにこの場合、前記ハンドルウェーハをシリコン単結晶ウェーハとし、該シリコン単結晶ウェーハの表面に前記絶縁膜としてのシリコン酸化膜を形成し、該シリコン酸化膜の表面と前記Ｇｅ層の表面とを貼り合わせることが好ましい。
【００１５】
このようにすれば、膜厚が均一なＧｅ層を有するＧｅＯＩウェーハを、効果的に製造することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、面内膜厚が均一で、表面粗さと結晶欠陥の少ないＧｅ層を有するＧｅＯＩウェーハが作製できる。その結果、デバイスの高速化や低消費電力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のＧｅＯＩウェーハの製造方法の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、
シリコン単結晶ウェーハ上に埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層）とＳＯＩ層が順次形成されたＳＯＩウェーハのＳＯＩ層表面にＧｅ層をエピタキシャル成長させ、
該Ｇｅ層を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより前記シリコン単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成し、
前記Ｇｅ層の表面とハンドルウェーハの表面とを絶縁膜を介して密着させて貼り合わせた後、前記イオン注入層で剥離することによって、前記ハンドルウェーハ上に、前記絶縁膜、前記Ｇｅ層、前記ＳＯＩ層、前記埋め込み酸化膜層、前記シリコン単結晶ウェーハの一部とが順次積層された構造を有する貼り合わせウェーハを作製し、
その後、前記シリコン単結晶ウェーハの一部、前記埋め込み酸化膜層、前記ＳＯＩ層を順次除去して前記Ｇｅ層を露出させることによって、前記ハンドルウェーハ上に、前記絶縁膜と前記Ｇｅ層とが順次積層されたＧｅＯＩウェーハを作製することを特徴とするＧｅＯＩウェーハの製造方法であれば、面内膜厚が均一で、表面粗さと結晶欠陥の少ないＧｅ層を有するＧｅＯＩウェーハを製造することができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１９】
以下、本発明のＧｅＯＩウェーハの製造方法について、図１を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定するものではない。
まず、Ｇｅ層を形成させるドナーウェーハとしてＳＯＩウェーハ（ＳＯＩ層３／ＢＯＸ層２／ベースウェーハ１）を用い、ＳＯＩ層３の表面にＧｅ層４をエピタキシャル成長させる（図１（Ａ））。
このとき、ＳＯＩ層３のＳｉの膜厚が薄く、膜厚分布の良好な超薄膜ＳＯＩウェーハ（ＳＯＩ膜厚≦２０ｎｍ、特には１０ｎｍ以下）を用いれば、最終段のＳｉ層除去の取り代が少なくて済み、Ｓｉ層除去に伴うＧｅ層の表面粗さ悪化や膜厚均一性の劣化を抑制することが出来るので、好都合である。ここでは、超薄膜ＳＯＩウェーハを用いた場合を例に挙げて説明する。
【００２０】
尚、ＳＯＩ層の表面にエピタキシャル成長するＧｅ層の膜厚を厚くすると、ＳｉとＧｅの格子定数の差に起因したミスフィット転位の発生が顕著になるので、Ｇｅ層の膜厚は２０ｎｍ以下とすることが好ましく、１０ｎｍ以下とすることがより好ましい。
また、ＳＯＩウェーハのベースウェーハとして用いる半導体単結晶基板としては、シリコン単結晶ウェーハを用いる。
【００２１】
次に、Ｇｅ層４を通してイオンを注入し、ベースウェーハ１の内部にイオン注入層５を形成する（図１（Ｂ））。このとき、イオンの注入深さを前記ＳＯＩウェーハのベースウェーハ１で剥離する深さにする。
このようなイオン注入層は、水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入して形成するものである。ここでは、水素イオンを注入する場合（水素イオン注入層５）を例に挙げて説明する。
【００２２】
上記のように、本発明ではＧｅ層４にはイオン注入層が形成されないので、劈開面（剥離面）はＧｅ層４に形成されない。このため、剥離によるＧｅ層４の表面粗さをＣＭＰ（化学機械研磨）により加工する必要がなく、膜厚が均一性の良好なＧｅ層を有するＧｅＯＩウェーハを製造することができる。
【００２３】
次に、別途ハンドルウェーハ６を熱酸化し、ハンドルウェーハ６の表面に絶縁膜（シリコン酸化膜）７を形成する（図１（Ｃ））。
ハンドルウェーハとして用いる半導体単結晶基板としては、シリコン単結晶ウェーハを用いることが好ましい。ここでは、シリコン単結晶ウェーハを用いた場合について説明する。
【００２４】
次に、例えば２０〜３０℃の室温において、Ｇｅ層４とハンドルウェーハ６の表面とを絶縁膜（シリコン酸化膜）７を介して貼り合わせ、貼り合わせウェーハを作製する（図１（Ｄ））。この場合、貼り合わせの前に、Ｇｅ層４、ハンドルウェーハ６の少なくとも一方の貼り合わせ面にプラズマ処理等の表面活性化処理を行うことによって、貼り合わせ強度を向上させることもできる。
【００２５】
次に、貼り合わせウェーハに低温アニールを施して（図１（Ｅ））、剥離処理を行い、水素イオン注入層５で剥離することによって、ハンドルウェーハ６上の絶縁膜（シリコン酸化膜）７上にＳｉ／ＢＯＸ／ＳＯＩ／Ｇｅ層を転写させる（図１（Ｆ））。
【００２６】
次に、剥離後の最表層のＳｉ（ＳＯＩウェーハのベースウェーハ１の一部）を除去する（図１（Ｇ））。このとき、アルカリエッチング等のエッチングまたはＣＭＰを用いれば、エッチング速度や研磨速度の低下を利用してＳｉＯ２層（ＳＯＩウェーハのＢＯＸ層２）でエッチング又はＣＭＰを停止することができるため、表面側のＳｉ層のみを除去できるので好ましい。
【００２７】
次に、ＳｉＯ２層（ＳＯＩウェーハのＢＯＸ層２）を除去する（図１（Ｈ））。除去方法は特に限定されないが、エッチングをする場合は、ＳｉＯ２層を容易にエッチングし、Ｓｉ層（ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層３）をエッチングしづらいＨＦ含有溶液をエッチング溶液として用いることが好ましい。ここでは、ＨＦ含有溶液をエッチング溶液として用いたが、ＨＦ含有水蒸気によりエッチングしてもよい。
【００２８】
最後に、Ｓｉ層（ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層３）を除去する（図１（Ｉ））。除去方法は、例えばエッチング液、選択エッチング液、ＣＭＰ又は犠牲酸化処理が挙げられ、ＳＣ１溶液（ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２の混合水溶液）等のＳｉ層をエッチングするエッチング液、又はＳｉ層を容易にエッチングし、Ｇｅ層はエッチングしづらい選択エッチング液により薄膜化しても良いし、ＣＭＰによってＳｉ層を除去するか、熱酸化を行ってＳｉ層全体をＳｉＯ２層に変化させた後、そのＳｉＯ２層をエッチング除去することによって、Ｇｅ層４を残留させることができる。
【００２９】
この時、本発明では、ＳＯＩ層は例えば２０ｎｍ以下、特には１０ｎｍ以下と薄くしているので、エッチング、あるいは研磨で除去する必要がある取り代も２０ｎｍ以下と少なくすることができる。従って、露出したＧｅ層表面をほとんど研磨、エッチングすることなしにＳＯＩ層を除去できる。従って、露出したＧｅ層の表面は、粗さを劣化させることがなく、剥離面でもないので欠陥もない。さらに、研磨により多くの取り代で除去されていないため、膜厚均一性も良好に維持されている。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１）
ドナーウェーハとして、ＳＯＩ／ＢＯＸ層＝１０ｎｍ／１４５ｎｍのＳＯＩウェーハにＧｅ層を１０ｎｍエピタキシャル成長させた基板を用意し、水素イオンを注入深さが、ＳＯＩウェーハのベースウェーハのバルク中になるように、注入エネルギー：５０ｋｅＶ、ドーズ量：５×１０１６ｃｍ−２（５ｅ１６ｃｍ−２）で注入した。一方、ハンドルウェーハとしては、Ｓｉ単結晶ウェーハに１５０ｎｍの酸化膜（シリコン酸化膜）を形成した基板を用意し、貼り合わせ前に、ドナーウェーハ、およびハンドルウェーハにプラズマ処理を施し、その後貼り合わせを行った。
【００３２】
貼り合わせ後のウェーハにＡｒ雰囲気下、５００℃、３０分の剥離処理を行い、ハンドルウェーハ上のシリコン酸化膜上にＳｉ／ＢＯＸ／ＳＯＩ／Ｇｅ層を転写させた。
【００３３】
その後、ＣＭＰを用いて最表面のＳｉ層（ＳＯＩウェーハのベースウェーハの一部）を除去し、ＢＯＸ／ＳＯＩ／Ｇｅ層を残留させた。その後、ＨＦ含有水溶液によりＳｉＯ２層（ＳＯＩウェーハのＢＯＸ層）を除去し、ＳＯＩ／Ｇｅ層を残留させた。その後、Ｓｉ層（ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層）を除去する方法として、ＣＭＰ（取り代＝１４ｎｍ）を用いて該Ｓｉ層を除去し、Ｇｅ層厚が６ｎｍのＧｅＯＩウェーハを作製した。
【００３４】
（実施例２）
実施例１と同様にしてＳＯＩ／Ｇｅ層を残留させた後、Ｓｉ層（ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層）の除去をＳＣ１溶液（ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２の混合水溶液）でエッチング（エッチング代＝１２ｎｍ）することより行い、Ｇｅ層厚が８ｎｍのＧｅＯＩウェーハを作製した。
【００３５】
（実施例３）
実施例１と同様にしてＳＯＩ／Ｇｅ層を残留させた後、Ｇｅの融点（９３４．７℃）以下の８００℃の酸化熱処理によりＳＯＩ層を酸化した後、酸化されたＳＯＩ層をＨＦ含有水溶液でエッチングする事により除去し、Ｇｅ層厚が８ｎｍのＧｅＯＩウェーハを作製した。
【００３６】
（比較例１）
Ｓｉ単結晶ウェーハに、傾斜ＳｉＧｅ（グレーデッドＳｉＧｅ（Ｇ−ＳｉＧｅ））層を形成した後、Ｇｅ層をエピタキシャル成長させた基板をドナーウェーハとし、イオン注入剥離法でＧｅ層で剥離後ＣＭＰによりＧｅ層を薄膜化してＧｅＯＩウェーハを形成した。
【００３７】
実施例１〜３、比較例１においてＧｅＯＩウェーハ作製後のＧｅ層（ＧｅＯＩ層）の膜厚均一性、表面粗さ、欠陥密度を測定した結果を表１に示す。
【００３８】
尚、表１において、ＧｅＯＩ層の膜厚はエリプソメーターを使用して面内４１点の測定を行い、その最大膜厚と最小膜厚の差を膜厚レンジ（Ｒａｎｇｅ）として評価し、表面粗さはＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて１μｍ角のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ：自乗平均平方根）により評価した。
【００３９】
また、ＧｅＯＩ層の欠陥密度は、各ＧｅＯＩウェーハをＨＦ水溶液に浸漬し、ＧｅＯＩ層の欠陥を通して下地の酸化膜に形成されたピンホールを光学顕微鏡で観察してその密度を測定して評価した。
【００４０】
【表１】
2014138097.tif 000003
【００４１】
表１に示すように、実施例１〜３は、比較例１に比べて、ＧｅＯＩ層の面内膜厚の均一性、欠陥密度が著しく良いとともに、表面粗さも良好で全てがバランス良く優れる顕著な結果を得ることができた。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に含有される。
【符号の説明】
【００４３】
１…ベースウェーハ、  ２…ＢＯＸ層、  ３…ＳＯＩ層、  ４…Ｇｅ層、
５…水素イオン注入層、  ６…ハンドルウェーハ、  ７…絶縁膜（シリコン酸化膜）。
【図１】
2014138097.tif 000004