(57)【要約】  本発明は、向上した表面特性、例えば、減少した粗さ、低濃度のＬＰＤ、およびより少ない汚染を有するシリコン・オン・インシュレータ（ＳＳＯＩ）構造、およびそのような構造物の製造方法に関する。
2009506533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪みシリコン・オン・インシュレータ構造（ＳＳＯＩ）の製造方法であって、以下の工程：
ドナーウエハの表面に緩和シリコン含有層を形成する工程；
緩和シリコン含有層の表面に歪みシリコン層を形成する工程；
ハンドルウエハの表面に誘電体層を形成する工程；
ドナーウエハとハンドルウエハとを結合させて結合構造物を形成し、該結合構造物において歪みシリコン層と誘電体層との間に結合界面を生じさせる工程；
ハンドルウエハ上の歪みシリコン層がその表面に少なくとも約１０ｎｍの厚さの残留緩和シリコン含有層を有するように、緩和シリコン含有層内の分離面に沿って結合構造物を分離する工程；および
分離ハンドルウエハをエッチングして、残留シリコン含有層を実質的に除去して、歪みシリコン層の表面を露出させる工程
を有してなる方法。
【請求項２】
緩和シリコン含有層が、純粋シリコンの格子定数と実質的に異なる格子定数を有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
緩和シリコン含有層が、ＳｉＧｅを含んでなる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
エッチングが、３：１より大きいＳｉＧｅ：Ｓｉ選択性比率を有するエッチング剤に、ＳｉＧｅ層を接触させることを含んでなる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
歪みシリコン・オン・インシュレータ構造（ＳＳＯＩ）の製造方法であって、以下の工程：
少なくとも約１０％のＧｅを有するＳｉＧｅを含んでなる緩和シリコン含有層を、ドナーウエハの表面に形成する工程；
緩和シリコン含有層の表面に歪みシリコン層を形成する工程；
ハンドルウエハの表面に誘電体層を形成する工程；
ドナーウエハとハンドルウエハとを結合させて、歪みシリコン層と誘電体層との間に結合界面を生じさせる工程；
ハンドルウエハ上の歪みシリコン層がその表面に残留緩和シリコン含有層を有するように、緩和シリコン含有層内の分離面に沿って結合構造物を分離させる工程；および
分離ハンドルウエハをエッチングして、残留シリコン含有層を実質的に除去して、歪みシリコン層の表面を露出させること、および少なくとも約３：１のＳｉＧｅ：Ｓｉの選択性比率を有するエッチング剤にハンドルウエハを暴露することを該エッチングが含む工程
を有してなる方法。
【請求項６】
前記エッチングには、アンモニアを含むエッチング剤に残留緩和シリコン含有層を接触させることを含んでなる請求項１または５に記載の方法。
【請求項７】
メガソニック攪拌を用いてエッチングを行う請求項１または５に記載の方法。
【請求項８】
エッチング後に、露出した歪みシリコン層表面が、約１．０ｎｍ未満のＲＭＳ粗さを有する請求項１または５に記載の方法。
【請求項９】
エッチング後に、露出した歪みシリコン層表面が、約０．３５ ＬＰＤ／ｃｍ２未満を有する請求項１または５に記載の方法。
【請求項１０】
エッチング後に、露出した歪みシリコン層が、約１×１０１０Ｇｅ原子／ｃｍ２未満のＧｅ濃度を有する請求項１または５に記載の方法。
【請求項１１】
緩和シリコン含有層の表面から少なくとも約１０ｎｍの深さにて、実質的に分離面に沿って緩和シリコン含有層にイオンを注入する請求項１または５に記載の方法。
【請求項１２】
ハンドルウエハおよびドナーウエハが少なくとも約２００ｍｍの直径を有する請求項１または５に記載の方法。
【請求項１３】
エッチング後に、歪みシリコン層が約１ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有する請求項１または５に記載の方法。
【請求項１４】
歪みシリコン層、ハンドルウエア、およびそれらの間の誘電体層を有するシリコン・オン・インシュレータ構造であって、歪みシリコン層の表面が約０．３５ＬＰＤ／ｃｍ２未満を有するシリコン・オン・インシュレータ構造。
【請求項１５】
歪みシリコン層の表面が、約１．０ｎｍ未満のＲＭＳ粗さを有する請求項１４に記載のシリコン・オン・インシュレータ構造。
【請求項１６】
歪みシリコン層が、約１×１０１０Ｇｅ原子／ｃｍ２未満のＧｅ濃度を有する請求項１４に記載のシリコン・オン・インシュレータ構造。
【請求項１７】
歪みシリコン層、ハンドルウエア、およびそれらの間の誘電体層を有するシリコン・オン・インシュレータ構造であって、歪みシリコン層の表面が約１ｎｍ未満のＲＭＳ粗さおよび約１×１０１０Ｇｅ原子／ｃｍ２未満のＧｅ濃度を有するシリコン・オン・インシュレータ構造。
【請求項１８】
歪みシリコン層の表面が、約０．７５ｎｍ未満のＲＭＳ粗さを有する請求項１４または１７に記載のシリコン・オン・インシュレータ構造。
【請求項１９】
ハンドルウエハが、少なくとも約２００ｍｍの直径を有する請求項１４または１７に記載のシリコン・オン・インシュレータ構造。
【請求項２０】
歪みシリコン層が、約７．５×１０９Ｇｅ原子／ｃｍ２未満のＧｅ濃度を有する請求項１４または１７に記載のシリコン・オン・インシュレータ構造。
【請求項２１】
歪みシリコン層が、約１ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有する請求項１４または１７に記載のシリコン・オン・インシュレータ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、歪みシリコン・オン・インシュレータ（ＳＳＯＩ）構造に関する。本発明は、特に、歪みシリコン層が向上した表面特性を有するＳＳＯＩ構造物に関する。本発明は、さらに、そのような構造物の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）構造物は、ハンドルウエハ、半導体デバイス層、およびハンドルウエハとデバイス層との間の誘電体絶縁層を一般に有する。ＳＯＩ構造物のハンドルウエハからデバイス層を絶縁することによって、デバイス層は、減少した漏れ電流およびより低いキャパシタンスを生じる。半導体デバイス用のシリコン・オン・インシュレータ（ＳＳＯＩ）構造は、ＳＯＩ技術および歪みシリコン技術の利点を合わせ持ち、歪みシリコン層は、向上したキャリヤ移動度を与える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
シリコン・オン・インシュレータ（ＳＳＯＩ）構造は、多くの方法で加工または製造することができる。例えば、１つの方法において、緩和シリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層を、以下のようなこの技術分野において既知の処理技術：（ｉ）酸素の注入による分離（「ＳＩＭＯＸ」として既知、例えば米国特許第５４３６１７５号参照）；（ｉｉ）ウエハ結合およびその後のバックエッチング；（ｉｉｉ）ウエハ結合およびその後の水素剥離層（hydrogen exfoliation layer）移動；または（ｉｖ）無定形材料の再結晶、の１つによって絶縁体上に形成する。次に、ＳｉＧｅ層上に、歪みシリコン層をエピタキシャル蒸着または成長させる。絶縁体上緩和ＳｉＧｅ層は、Ｓｉ層に歪みを誘発するテンプレートとして機能し、生じる歪みは一般に約１０−３よりも大きい。
【０００４】
しかし、そのような構造物には限界がある。例えば、絶縁物質上の層は、デバイス操作中の層の完全空乏（full depletion）を可能にするために、充分な薄さ（例えば、約３００オングストローム未満の薄さ）を有することが必要であって、絶縁体上完全空乏歪み半導体デバイスの製造に、該構造物は寄与しない。さらに、緩和ＳｉＧｅ層は、絶縁物質上の層の全厚さを増加させ、従って、絶縁体上完全空乏シリコンデバイスの製造に必要とされる厚さを得ることを困難にする。
【０００５】
そのような課題は、歪みＳＯＩ構造物が絶縁物質上に直接的に歪みＳｉ層を有する場合に、軽減することができる（例えば、米国特許出願公開第２００４／０００５７４０号参照；その全ての内容は本明細書に組み入れられる）。これは、例えば、注入法によりウエハ結合および分離の両方を使用することによって達成することができる。具体的には、例えばＳｉＧｅの緩和層（relaxed layer）を、１つのウエハまたは基材の表面に形成することができる。次に、歪みシリコン層（strained silicon layer）を、例えば、緩和層の表面におけるエピタキシャル蒸着によって形成することができる。次に、この技術分野において一般に既知のいずれかの方法、例えば、米国特許第６７９０７４７号に開示されている方法によって、水素イオンを緩和層にインプラント（または注入（implant)）して、劈開（cleave）面または分離面をその中に規定することができる。その後に、表面に誘電体絶縁層を有する第２のウエハまたは基材に、得られたウエハを結合させることができ、歪み層の表面は誘電体層表面に結合される。いったん結合させたら、得られた構造物を、劈開面または分離面に沿って分離させてＳＳＯＩ構造物が得られる。
【０００６】
しかし、このようにしてＳＳＯＩ構造物を製造することに課題がないわけではない。例えば、得られる構造物は、歪みシリコン層の表面に存在する一部の緩和ＳｉＧｅ層を依然として有しており、これを後に除去しなければならない。現在まで一般に使用されている緩和層の除去方法は、望ましくない表面特性を生じるエッチング剤の使用を含む。例えば、得られる歪みシリコン層表面は、許容できないほど粗い場合が多く、かつ／または容認できない数のライト・ポイント・デフェクト（ＬＰＤ）を含有し、かつ／または許容できない汚染物質濃度を有する。さらに、現在まで一般に使用されているエッチング剤は、そのコスト、および／またはその有害成分故に取らなければならない安全対策および環境対策により、処理の全コストを増加させる。最後に、エッチングは単独で使用されず；むしろ、例えば、グラインディング、ラッピング、ポリッシングおよび／または湿式酸化をさらに含んでなる多段階法の一部として、緩和ＳｉＧｅ層を除去するのに使用することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
従って、簡単に言えば、本発明は、歪みシリコン・オン・インシュレータ構造（strained silicon on insulator structure）の製造方法に関する。この方法は、ドナーウエハの表面に緩和シリコン含有層を形成すること；緩和シリコン含有層の表面に歪みシリコン層を形成すること；ハンドルウエハの表面に誘電体層を形成すること；ドナーウエハとハンドルウエハとを結合させて結合構造物を形成し、該結合構造物において歪みシリコン層と誘電体層との間に結合界面を生じさせること；前記結合構造物を緩和シリコン含有層内の分離面に沿って分離させ、それによって該ハンドルウエハ上の歪みシリコン層が、その表面に、少なくとも約２０ｎｍの厚さを有する残留緩和シリコン含有層を有すること；分離ハンドルウエハをエッチングして、残留シリコン含有層を実質的に除去して、歪みシリコン層の表面を露出させることを含んでなる。
【０００８】
もう１つの要旨において、本発明は、ドナーウエハの表面に緩和シリコン含有層を形成すること；緩和シリコン含有層の表面に歪みシリコン層を形成すること；ハンドルウエハの表面に誘電体層を形成すること；ドナーウエハとハンドルウエハとを結合させ、それにおいて、歪みシリコン層と誘電体層との間に結合界面を生じさせること；結合構造物を、緩和シリコン含有層内の分離面に沿って分離させ、それによって該ハンドルウエハ上の歪みシリコン層が、その表面に、残留緩和シリコン含有層を有すること；分離ハンドルウエハをエッチングして、残留シリコン含有層を実質的に除去して、歪みシリコン層の表面を露出させ、その際にエッチングは分離ハンドルウエハをメガソニック攪拌に暴露することを含んでなる歪みシリコン・オン・インシュレータ構造の製造方法に関する。
【０００９】
さらにもう１つの要旨において、本発明は、少なくとも約１０％のＧｅを含んでなるＳｉＧｅを含有する緩和シリコン含有層を、ドナーウエハの表面に形成すること；緩和シリコン含有層の表面に歪みシリコン層を形成すること；ハンドルウエハの表面に誘電体層を形成すること；ドナーウエハとハンドルウエハとを結合させ、その際に歪みシリコン層と誘電体層との間に結合界面を生じさせること；結合構造物を、緩和シリコン含有層内の分離面に沿って分離し、それによって、該ハンドルウエハ上の歪みシリコン層が、その表面に、残留緩和シリコン含有層を有するようにすること；分離ハンドルウエハをエッチングし、残留シリコン含有層を実質的に除去して、歪みシリコン層の表面を露出させ、その際に少なくとも約３：１のＳｉＧｅ：Ｓｉの選択性比率を有するエッチング剤（etchant）にハンドルウエハを暴露することを含んでなる歪みシリコン・オン・インシュレータ構造の製造方法に関する。
【００１０】
本発明はさらに、ドナーウエハの表面に緩和シリコン含有層を形成すること；緩和シリコン含有層の表面に歪みシリコン層を形成すること；ハンドルウエハの表面に誘電体層を形成すること；ドナーウエハとハンドルウエハとを結合させ、その際に、歪みシリコン層と誘電体層との間に結合界面を生じさせること；結合構造物を、緩和シリコン含有層内の分離面に沿って分離させ、それによって、該ハンドルウエハ上の歪みシリコン層が、その表面に、少なくとも約２０ｎｍの厚さを有する残留緩和シリコン含有層を有するようにすること；分離ハンドルウエハをエッチングして、残留シリコン含有層を実質的に除去して、歪みシリコン層の表面を露出させ、その際に暴露された歪みシリコン層表面は約０．３５ＬＰＤ／ｃｍ２未満を有することを含んでなる歪みシリコン・オン・インシュレータ構造の製造方法にも関する。
【００１１】
本発明は、歪みシリコン層、ハンドルウエハ、およびそれらの間の誘電体層を含んでなるシリコン・オン・インシュレータ構造であって、歪みシリコン層の表面が約０．３５ＬＰＤ／ｃｍ２未満を有するシリコン・オン・インシュレータ構造にも関する。
【００１２】
さらにもう１つの要旨において、本発明は、歪みシリコン層、ハンドルウエハ、およびそれらの間の誘電体層を含んでなるシリコン・オン・インシュレータ構造であって、歪みシリコン層の表面が、約１×１０１０Ｇｅ原子／ｃｍ２未満のＧｅ濃度および約１ｎｍ未満のＲＭＳ粗さを有するシリコン・オン・インシュレータ構造にも関する。
【００１３】
本発明のもう１つの目的および特徴は、一部は明らかであり、一部は以下に記載する。
【００１４】
図に関して、複数の図面をについて対応する参照符号は対応する部材を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（好ましい実施態様の詳細な説明）
本発明によれば、ハンドルウエハもしくは支持ウエハ上に存在する誘電体層に歪みシリコン層（strained silicon layer）が直接的に接触している歪みシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造を、いかなる緩和層（relaxed layer）も実質的に有することなく歪みシリコン層の表面が向上した表面特性を有するように、製造することができることが見出された。以下に詳しく記載するように、誘電体層上に（例えば、蒸着によりまたは移動により）歪みシリコン層が一旦形成されたら、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２およびＨ２Ｏを含んでなるエッチング剤を用いて、歪みシリコン層上に存在する緩和層の残留部分を効率的かつ選択的に除去することができることが見出された。
【００１６】
歪みシリコン層の表面に緩和層を存在させる一般に既知の基本的にいずれかのＳＳＯＩ構造物の製造方法を、本発明に使用することができることに留意すべきである（例えば、米国特許第６７９０７４７号、米国特許出願公開第２００４／０００５７４０号および第２００４／００３１９７９号参照）。これらの方法は、例えば、結合および層移動（または結合および分離）法、および結合および研磨またはエッチバック法を包含する。しかし、好ましくは、本発明の方法は、ウエハ結合および層移動法を使用する。従って、これらのウエハ結合および層移動法に関して本発明を以下に詳しく説明する。しかし、これは例示目的であり、従って、限定するものではないことを理解すべきである。さらに、本発明の実施において、これらの方法は、この技術分野において周知の種々の装置および工程条件を用いて適切に実施でき、場合によっては、本発明の範囲を逸脱せずに、省くかまたは他の方法および条件と組み合わせることができることも理解すべきである。
【００１７】
歪みシリコン層の形成
一般的に言えば、本発明の歪みシリコン・オン・インシュレータ構造の製造に用いられるウエハ結合および層移動の技術は、２つの分離構造物の製造、結合界面に沿ったそれらの結合、およびその後の、注入法によって形成された、結合界面とは異なる、分離面に沿ったそれらの剥離を含む。各構造物は基材または支持ウエハを含んで成り、該基材または支持ウエハは、純粋シリコンと異なる格子定数を有するいずれかの物質を含んでなることができるか、またはその上に形成されたそのような物質の層を有することができ、その後に、その上に純粋シリコンを形成することができる。例えば、基材または支持ウエハは石英またはサファイアから形成することができるが、より一般的には、半導体物質、例えば、シリコン（例えば単結晶シリコン；これは例えばチョクラルスキー法によって製造される）、ゲルマニウム、またはシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含んでなる。１つの好ましい実施態様において、基材は単結晶シリコンウエハを有して成り、ウエハは少なくとも約７５ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍまたはそれ以上の直径を有する。
【００１８】
１つの基材は、以下に「ハンドルウエハ」と称される。ハンドルウエハは、その表面に直接的に蒸着した誘電体層を有し、最終的なＳＳＯＩ構造物の基材としての役割を果たす。もう１つの基材は、以下において「ドナーウエハ」と称される。ドナーウエハは、その表面に直接的に蒸着させた完全または部分緩和（以下に、一般に「緩和（relaxed）」と称する）層を有し、１つの実施態様において、ウエハ結合工程前に歪みシリコン層がその上に形成される基材としての役割を果たす。ドナーウエハの緩和層は、歪みシリコン層をその上に形成し得るいずれかの物質、例えば、Ｇｅ、ＳｉＧｅまたは他のＩＩＩ−Ｖ族化合物を含んでなることができることに留意すべきである。１つの好ましい実施態様において、緩和層はシリコン含有層である。以下の記載は特に、この好ましい実施態様に関するが、潜在的物質の範囲はシリコン含有物質に限定されないものと理解すべきである。
【００１９】
ドナーウエハ構造物
図１Ａを参照すると、ドナーウエハ構造物は、ドナーウエハまたは基材１２、その表面上の緩和シリコン含有層１３（この層は緩和シリコン結晶格子とは異なる格子定数を有する）、および緩和シリコン含有層の表面上の歪みシリコン層１４を有する。一般に、緩和シリコン含有層は、緩和シリコン結晶格子定数と少なくとも約０．２５％異なる格子定数を有する。１つの好ましい実施態様において、シリコン含有層はＳｉＧｅである。緩和ＳｉＧｅ層の特定の組成は、歪みシリコン層に生じさせる格子歪みの所望レベルに応じて変動させることができる。一般に、ＳｉＧｅ層は、少なくとも約１０％のＧｅを含んで成り、場合によっては、約１５％、約２０％、約２５％、約３５％、約５０％またはそれ以上（例えば、６０％、７０％、８０％、９０％またはそれ以上）を含んでなる。しかし、１つの好ましい実施態様においては、ＳｉＧｅ層は少なくとも約１０％から約５０％未満、または少なくとも約１５％から約４５％未満のＧｅ濃度を有し、少なくとも約２０％から約４０％未満のＧｅ濃度が好ましい。Ｇｅの実際の比率、または緩和層の正確な組成は、所望の適用に依存して、本発明の範囲を逸脱せずにこれらのＳｉＧｅ組成と異なっていてもよいことに留意すべきである。
【００２０】
基本的に、この技術分野において一般に既知のいずれかの方法を用いて、緩和シリコン含有（例えばＳｉＧｅ）層を形成することができる；例えば、米国特許第５２２１４１３号、第５４４２２０５号および第６５７３１２６号を参照。例えば、既知のエピタキシャル蒸着法の１つを用いて、そのような緩和層を形成し得る。一般的に言えば、結晶格子が少なくとも部分的に塑性緩和（plastic relaxation）を示す限り、緩和層を薄くすることができる。しかし、一般に、緩和層は少なくとも約０．１ミクロンの、実質的に均一な厚さを有する。例えば、厚さは、一般に、約０．１ミクロン〜約１０ミクロン、または約０．５ミクロン〜約５ミクロンである。
【００２１】
例えばシリコンの歪み層１４を、緩和（例えばＳｉＧｅ）層１３上に形成するかまたは蒸着し、例えば歪みシリコン層と緩和ＳｉＧｅ層との間の格子定数の差によって歪みが生じる。ＳｉＧｅを緩和層として用いて歪みを誘発する場合に、シリコン歪み層（silicon strained layer）に引張歪み（tensile strain）が生じる。或いは他の緩和層組成によって、歪み層に圧縮歪み（compressive strain）を誘発することができる。
【００２２】
緩和層と同様に、基本的にこの技術分野において一般に既知のいずれかの方法を用いて、蒸着後に層の中に歪みが存在するように、緩和層上に歪み層を形成し得るかまたは蒸着し得る。１つの好ましい実施態様において、既知のエピタキシャル蒸着法の１つ（例えば、大気圧化学気相蒸着（ＡＰＣＶＤ）；低圧または減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）；超高真空ＣＶＤ（ＵＨＶＣＶＤ）；分子線エピタキシ（ＭＢＥ）；または原子層蒸着（ＡＬＤ））が、場合により、先駆物質、例えば、シラン、ジシラン、トリシラン、モノクロロシラン、ジクロロシランおよびトリクロロシランと共に使用される。エピタキシャル成長システムは、単一ウエハまたは複数ウエハバッチ反応装置であってよい。成長システムは、層成長反応速度を高めるために低エネルギープラズマも使用することができる。歪み層と緩和層との界面の規定を助けるために、歪み層を比較的低い温度（例えば７００℃未満）で形成することができる。そのような規定界面は、その後の緩和層からの歪み層の分離または除去を促進することができる。歪み層が実質的に１００％のシリコンを含有する実施態様において、この層が、例えばＧｅソースガスに暴露されない蒸着装置の専用チャンバー内で形成され、それによって、交差汚染を回避することを助け、かつ、歪み層と緩和層との界面の質を向上することができる。さらに、歪み層は、常套のＳｉと対比してより高い熱伝導性を有する同位体的に純粋なシリコン先駆物質から形成することができる。より高い熱伝導性は、歪み層上にその後に形成されるデバイスから熱を散逸させることを助けることができ、それによって、歪み層によって付与される向上したキャリヤ移動度（carrier mobility）を維持することができる。
【００２３】
一般的に言えば、歪み層１４は、後のデバイス製造に充分であるが、露出シリコン表面における結晶格子が重大な塑性緩和を受けるのに充分な厚さではない、実質的に均一な厚さへ成長する。従って、一般に、歪み層は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、好ましくは約２ｎｍ〜約８０ｎｍ、より好ましくは約１０ｎｍ〜約６０ｎｍの厚さに成長される。１つの好ましい実施態様において、シリコン層の厚さは約２０ｎｍである。
【００２４】
再び図１Ａを参照すると、歪み層１４を形成する前か後に、イオン、例えば水素イオン（即ち、Ｈ＋またはＨ２＋）を、緩和層１３の表面から実質的に均一な深さに注入して、緩和層中に分離面または劈開面１７を規定する。以下に詳しく記載するように、イオンは、一般に、緩和層の表面から少なくとも約１０、１５、２０ナノメートル（ｎｍ）またはそれ以上の深さ（または、歪み層が存在する場合は緩和層と歪み層との界面）に注入される。イオン注入は、この技術分野において既知の方法を用いて行ってよい。例えば、この注入は、米国特許第６７９０７４７号に開示されているものと同様の方法で行ってよい。注入パラメータは、例えば約２０〜約１００ｋｅＶのエネルギーにおいて、約２〜約５×１０１６イオン／ｃｍ２の適用量での水素イオン（Ｈ２＋）の注入を包含し得る（例えば、Ｈ２＋を、２０ｋｅＶのエネルギーおよび２．４×１０１６イオン／ｃｍ２の適用量で、歪み層を通って緩和層へ注入し得る）。
【００２５】
この点に関して、別の態様例において、適用量およびエネルギーを調節して、他の注入種、例えばＨ＋またはＨｅ＋を使用し得ることに留意すべきである。
【００２６】
歪み層の形成前に注入を行う場合、その後における緩和層への歪み層の成長または蒸着を、緩和層における平面１７に沿った早過ぎる時期（即ち、ウエハ結合プロセス段階の前）の分離または劈開を防止するために充分に低い温度にて行うことが好ましいということにも留意すべきである。分離または劈開温度は、注入種、注入適用量および注入物質に複合的に関係している。しかし、一般に、早期分離または劈開は約５００℃未満の蒸着または成長温度を維持することによって防止することができる。
【００２７】
ハンドルウエハ構造物
次に図１Ｂを参照すると、ハンドルウエハ構造物１１はその表面に誘電体層１５を有するハンドルウエハまたは基材１６を有しており、最終的なＳＳＯＩ構造物における絶縁層を提供する。誘電体層は、ＳＳＯＩ構造物に使用するのに好適ないずれかの電気的絶縁物質、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウムを含んでなる物質であってよい。１つの好ましい実施態様において、誘電体層はＳｉＯ２である。しかし、場合によっては、純粋ＳｉＯ２の融点より高い（即ち、約１７００℃より高い）融点を有する物質を、誘電体層に使用することが好ましいこともある点に留意すべきである。そのような物質の例は、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウムおよび酸化マグネシウムである。特定の理論に束縛されるものではないが、デバイス製造中に典型的に用いられる温度（約１０００〜１２００℃）では下側の誘電体層が軟化する可能性があるため、より高い融点を有する誘電体層を用いることは、その後の処理中に生じ得る移動歪み層の緩和の可能性を防止することの助けとなり得ると一般に考えられる。
【００２８】
誘電体層は、この技術分野において既知のいずれかの方法、例えば、熱酸化、湿式酸化または熱窒化によって適用し得る。一般的に、最終ＳＳＯＩ構造物に所望の絶縁特性を付与するのに充分な、実質的に均一な厚さへ誘電体層を成長させる。しかし、一般に、誘電体層は少なくとも約１ｎｍ、好ましくは少なくとも約１０ｎｍ、より好ましくは少なくとも約５０ｎｍ、またはさらには約１００ｎｍの厚さを有する。１つの好ましい実施態様において、誘電体層は約１４５ｎｍの厚さを有する。
【００２９】
ウエハ結合および歪み層の移動
ドナーウエハ構造物１０およびハンドルウエハ構造物１１が一旦製造されたら、最終ＳＳＯＩ構造物の形成は、ハンドルウエハ構造物の誘電体層上にドナーウエハ構造物の歪みシリコン層を移動させることを含む。図２を参照すると、一般に、この移動は、誘電体層の表面を歪み層の表面に接触させて単一結合構造物２０を形成し（２つの表面の間に結合界面１８が形成される）、次に、緩和層における分離面または劈開面１７に沿って結合構造物を劈開または分離させることによって行われる。
【００３０】
結合の前に、この技術分野において既知の方法を用いて、誘電体層および／または歪みシリコン層の表面を、清浄化および／または短時間エッチング、平坦化（planarization）、またはプラズマ活性化に任意に付して、結合のための表面を調製することができる。特定の理論に束縛されるものではないが、最終ＳＳＯＩ構造物における歪みシリコン層の表面の品質は、部分的に、結合前の表面の品質の関数であると考えられる。さらに、結合前の両表面の品質は、得られる結合界面の品質または強度に直接的に影響を及ぼす。
【００３１】
従って、場合によっては、結合の前に、例えば小さな表面粗さ（例えば、約０．５ｎｍＲＭＳ（二乗平均平方根）未満の粗さ）を得るために、歪み層および／または誘電体層を、以下の処理：（ｉ）例えばＣＭＰによる平坦化処理、および／または（ｉｉ）例えば親水性表面調製法のような湿式化学清浄化処理による清浄化処理の１つまたはそれ以上に付することができる。上記の湿式化学清浄化処理による清浄化処理は、例えば、ＲＣＡ  ＳＣ１清浄化処理であって、表面を、水酸化アンモニウム、過酸化水素および水を、例えば１：２：５０の比率で含有する溶液に、約６５℃にて約２０分間で接触させ、その後に脱イオン水洗浄および乾燥を行う処理である。湿式清浄化処理の後でまたはそれに代えて、場合により、１つまたは両方の表面をプラズマ活性化に付して、得られる結合強度を向上させることができる。プラズマ環境は、例えば、酸素、アンモニア、アルゴン、窒素、ジボランまたはホスフィンを含有し得る。
【００３２】
図２に示すように、歪み層１４の表面と誘電体層１５の表面とを一体にして結合界面１８を形成することによって、ドナーウエハ構造物がハンドルウエハに結合される。一般的に言えば、ウエハ結合は、この技術分野において既知のいずれかの方法を用いて行うことができる。但し、結合界面の形成に用いられるエネルギーが、その後の処理（即ち、緩和層における劈開面または分離面１７に沿った分離による層移動）の間に、結合界面の完全性を維持するのに充分であることを条件とする。しかし、一般に、ウエハ結合は、歪み層の表面および誘電体層の表面を、減圧（例えば、約５０ｍＴｏｒｒ）下に、室温で接触させ、次に、高温（例えば、少なくとも約２００℃、３００℃、４００℃、またはさらには５００℃）で、充分な時間（例えば、少なくとも約１０秒、１００秒、１０００秒、またはさらには１０，０００秒）にわたって加熱することによって行われる。例えば、加熱を、約３００℃で約３６００秒間にわたって行ってよい。得られる界面は、約５００ｍＪ／ｍ２、約１０００ｍＪ／ｍ２、約１５００ｍＪ／ｍ２または約２０００ｍＪ／ｍ２より高い結合強度を有し得る。
【００３３】
次に、図３を参照すると、結合界面１８を形成した後に、得られた結合構造物２０を、緩和層１３における分離面または劈開面１８に沿った破断を誘発するのに充分な条件に付す。一般的に言えば、この破断は、この技術分野において既知の方法、例えば熱的または機械的に誘発させる劈開技術を用いて行うことができる。しかし、一般に、破断は、少なくとも約２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、またはさらには８００℃の温度（温度は、例えば、約２００℃〜約８００℃、または約２５０℃〜約６５０℃の範囲である）で、少なくとも約１０秒、１００秒、１０００秒、またはさらには１０，０００秒（より高い温度はより短い時間を必要とし、逆も同様）にわたって、不活性（例えば、アルゴンまたは窒素）雰囲気下または周囲条件下に、結合構造物をアニーリングすることによって行われる。
【００３４】
このことに関して、別の態様例において、この分離は、単独かまたはアニーリングに加えた機械的力によって、誘発し得るかまたは行うことができることに留意すべきである。
【００３５】
再び図３を参照すると、分離の際に、２つの構造物（３０および３１）が形成される。結合構造物２０の分離は、緩和層１３における分離面または劈開面１７に沿って生じるので、緩和層の一部は両方の構造物の一部として留まる（即ち、緩和層の一部が歪み層と共に移動する）。構造物３０は、ドナーウエハ１２および緩和層１３の一部３２からなる。構造物３１は、ハンドルウエハ１６、誘電体層１５、および歪みシリコン層１４を有して成り、該歪みシリコン層の表面に緩和層１３の残留部分３３が存在する。
【００３６】
残留緩和層３３の厚さ（Ｔ）は、ウエハ結合前にイオンが緩和層に注入された深さにほぼ等しい。従って、Ｔは一般に、約１０ｎｍ、１５ｎｍ、またはさらには２０ｎｍより大である。例えば、ある場合に、残留層は、少なくとも約３０ｎｍ、５０ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍまたはそれ以上の厚さであってもよい。
【００３７】
分離を行った後に、得られた構造物３１（即ち、分離後に、歪み層を有する構造物）を、高温（例えば、約６００〜１２５０℃の範囲の温度）でさらにアニーリングして、歪み層と誘電体層との結合をさらに強化してもよい。
【００３８】
層移動後の歪みシリコン層の仕上げ
次に、図３および４を参照すると、歪みシリコン層１４がハンドルウエハ１６に移動した後に、構造物３１を追加的処理に付して、そのウエハ上におけるデバイス製造に望ましい特徴を有する歪みシリコン表面を形成する。そのような特徴は、以下に詳しく規定され、例えば、減少した表面粗さ、および／または減少したライト・ポイント・デフェクト濃度、および／または歪み層の表面にＧｅを実質的に含まないことである。特に、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２およびＨ２Ｏを含んでなるエッチング剤を使用する湿式エッチング法によって、実質的に全ての残留緩和シリコン含有層３３が除去される。このエッチング剤は種々の配合のものが商業的に入手可能であり、一般に「ＳＣ１」エッチング剤と称される。図４に示すように、最終ＳＳＯＩ構造物４０は、シリコンハンドルウエハ１６および歪みシリコン層１４、それらの間の誘電体層１５を有して成り、歪み層の表面は緩和層３３を実質的に有さない。
【００３９】
適切なエッチング剤組成は、残留緩和層（例えば、ＳｉＧｅ層）の厳密な組成およびエッチング剤の選択性を包含する種々の要因によって選択され、ここで「選択性」とは、エッチング剤が、本発明の歪み層物質に対して緩和層物質を除去する優先的比率を意味する。１つの好ましい実施態様において、エッチング剤の選択性は、歪みシリコン層が除去される比率と対比した緩和ＳｉＧｅ層が除去される比率について評価される。このＳｉＧｅ：Ｓｉ除去比率は、少なくとも部分的に、緩和ＳｉＧｅ層におけるＧｅの濃度ならびにエッチング剤組成に依存する。一般的に言えば、できるだけ多くの歪みシリコン層を保持しながら残留緩和ＳｉＧｅ層を素早く除去し得るように、より高い選択性が好ましい。即ち、エッチング工程は、残留緩和層を除去する間は素早く行うが、いったん実質的に全ての緩和層が除去されると直ぐに停止することが好ましい。
【００４０】
上述したように、残留層におけるＧｅの濃度は、少なくとも約１０％Ｇｅであり、場合によっては、少なくとも約１５％、約２０％、約２５％、約３５％、約５０％またはそれ以上（例えば、６０％、７０％、８０％、９０％またはそれ以上）であってよい。しかし、１つの好ましい実施態様において、ＳｉＧｅ層は、少なくとも約１０％〜約５０％未満、または少なくとも約１５％〜約３５％未満の範囲のＧｅ濃度を有し、約２０％Ｇｅの濃度が最も好ましい。
【００４１】
一般に、エッチング剤は、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２およびＨ２Ｏを、ハンドルウエハから残留緩和ＳｉＧｅ層を、少なくとも約３：１のＳｉＧｅ：Ｓｉの選択性で除去するのに充分な比率にて含んでなる。尤も、エッチング剤は、少なくとも約３．５：１、より好ましくは少なくとも約４：１、さらに好ましくは少なくとも約４．５：１、さらに好ましくは少なくとも約５：１またはそれ以上の選択性を達成するのに充分な比率にて、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２およびＨ２Ｏを含んでなることが好ましい。
【００４２】
一般に、エッチング剤は、約１：１：２００〜約１：１：１０、または約１：１：１００〜約１：１：２５の比率のＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏを含んでなる。または、エッチング剤は、約１：２：２００〜約１：２：１０、または約１：２：１００〜約１：２：２５の比率のＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏを含んでなる。１つの好ましい実施態様において、エッチング剤は、約１：２：５０の比率のＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏを含んでなる。
【００４３】
一般的に言えば、エッチング工程の時間およびエッチング工程を行う温度は、本明細書の他の部分に詳しく記載されているように、残留緩和ＳｉＧｅ層を実質的に除去するのに充分な時間および温度である。しかし、一般に、ハンドルウエハをエッチング剤に約１０分〜約５００分間、好ましくは約１０分〜約４００分間、より好ましくは約１０分〜約３００分間にわたって暴露する。さらに、ハンドルウエハを、一般に、約１０℃〜約１００℃、好ましくは約２０℃〜約９０℃、さらに好ましくは約３０℃〜約８０℃の温度でエッチングする（より低い温度の場合は、より長いエッチング時間を使用し、その逆も同様）。１つの実施態様において、エッチングは約６５℃で約２００分間にわたって行われる。
【００４４】
エッチング工程の間に、攪拌を一般に適用して、残留緩和ＳｉＧｅ層の除去を促進し、それによって、エッチング時間をより短くすることができる。１つの好ましい実施態様において、メガソニック攪拌（megasonic agitation）または処理を行う。メガソニックエッチングは、本発明によって一般に約５〜約１５００ワットの電力レベルで行われる。しかし、他の実施態様において、メガソニックエッチングの電力は、約１０〜約１２５０ワット、約２５〜約１０００ワット、約５０〜約７５０ワット、または約２００〜約６００ワットであってよい。
【００４５】
本発明のエッチング工程は、後のデバイス製造に望ましい特徴を持つ表面を有するＳＳＯＩ構造物を生じる。そのような特徴の１つは、残留緩和層が「実質的に除去されている」度合、即ち、ＳＳＯＩ表面が残留緩和層を「実質的に有さない」度合である。この特徴は、エッチング工程後にＳＳＯＩ表面に残留している非シリコン成分のレベルを測定することによって評価できる。この場合、検出は、緩和層に元々含まれていた非シリコン成分に焦点を合わせる。例えば、ＳｉＧｅが緩和層である本発明の実施態様において、緩和ＳｉＧｅから残留するＳＳＯＩ表面の残留Ｇｅレベルを測定する。残留Ｇｅは、後のデバイス製造または操作を妨げうる。従って、本発明によれば、エッチング後に、歪みシリコン表面は緩和層を実質的に有さず、即ち、約１．０×１０１０Ｇｅ原子／ｃｍ２未満のＧｅ濃度を有し、好ましくは、約７．５×１０９Ｇｅ原子／ｃｍ２未満、約５．０×１０９Ｇｅ原子／ｃｍ２未満、約７．５×１０８Ｇｅ原子／ｃｍ２未満、またはさらには約５．０×１０８Ｇｅ原子／ｃｍ２未満のＧｅ濃度を有する。最も好ましくは、ＳＳＯＩ表面は、検出可能なＧｅ原子を本質的に含有しない（現在の検出限界は約３．０×１０８Ｇｅ原子／ｃｍ２である）。
【００４６】
このことに関して、歪み層における残留Ｇｅ濃度は、この技術分野において既知の方法、例えば、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）（例えば、Agilent TechnologyによるＨＰ４５００ＩＣＰ−ＭＳ）によって測定し得ることに留意すべきである。
【００４７】
本発明の他の要旨において、得られる歪みシリコン層のエッチング面は、減少した濃度のライト・ポイント・デフェクトまたはＬＰＤをも有する。ライト・ポイント・デフェクトは、所定のウエハからか、または本発明の場合は歪みシリコン・オン・インシュレータ構造から得られる実現可能なデバイスの歩留りを制限する多くの欠陥の１つである。そのような欠陥はこの技術分野において既知の方法、例えばＫＬＡ−ＴｅｎｃｏｒによるＳｕｒｆＳｃａｎ  ＳＰ１を用いて検出できる。
【００４８】
最も重要な目的は、ＳＳＯＩ表面上のＬＰＤを完全に除去することであるが、ＬＰＤは処理中にも形成し得る。従って、そのようなＬＰＤの大きさおよび濃度は、できるだけ減少させることが好ましい。言い換えれば、いくつかのシリコン技術は、好ましいものとして最小の大きさの高濃度のＬＰＤか、または低濃度の比較的大きいＬＰＤを生じるが、本発明は、低濃度の比較的小さいＬＰＤを有するＳＳＯＩ表面を生じる。具体的には、本発明によれば、ＳＳＯＩ表面は約０．３５ＬＰＤ／ｃｍ２未満を有し、該ＬＰＤは、約１ミクロン未満、好ましくは約０．５ミクロン未満、さらに好ましくは約０．３ミクロン未満の平均ラテックス球相当直径を有する。好ましくは、ＳＳＯＩ表面は、約０．３０ＬＰＤ／ｃｍ２未満、約０．２５ＬＰＤ／ｃｍ２未満、約０．２ＬＰＤ／ｃｍ２未満、約０．１５ＬＰＤ／ｃｍ２未満、または約０．１０ＬＰＤ／ｃｍ２未満を有する。最も好ましくは、ＳＳＯＩ表面は実質的に検出可能なＬＰＤを有さない（ＬＰＤは、現在の検出限界において検出可能であるためには、少なくとも０．３ミクロンの直径でなければならない）。
【００４９】
本発明のさらに他の要旨において、歪みシリコン表面は低い表面粗さを有し、これによって、該表面への高信頼デバイス製造を可能にする。一般に、歪みシリコン表面のＲＭＳ粗さは、約１．０ｎｍ未満である。好ましくは、歪みシリコン表面のＲＭＳ粗さは、約０．７５ｎｍ未満、より好ましくは約０．５ｎｍ未満、さらに好ましくは約０．２５ｎｍ未満である。
【００５０】
本発明によって製造される歪みシリコン・オン・インシュレータ構造は、減少した漏れ電流、より低いキャパシタンス、および向上したキャリヤ移動度を望ましい特徴とするいずれかのデバイスの製造に使用することができる。例えば、本発明のＳＳＯＩ構造物は、ＥＭＯＳ、ＰＭＯＳ、ＭＯＳＦＥＴ、ＦｉｎＦＥＴ、ＣＭＯＳおよびバイポーラＣＭＯＳデバイスの製造に使用するのに好適である。尤も、この例は限定的または包括的なものではない。
【００５１】
本発明を以下の実施例によってさらに説明する。
【実施例】
【００５２】
（実施例）
粗ＳＯＩ構造物を当分野において一般的な方法によって製造し、それによって、分離後に得られた構造物は、ハンドルウエハ、ＳｉＯ２層、その上の歪みシリコン層、および歪みシリコン層上の残留緩和ＳｉＧｅ層を有しており、残留緩和層は１２０ｎｍの厚さを有していた。その後に、歪み層の表面から残留緩和層を実質的に除去するために、この構造物を、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ比が１：２：５０のエッチング剤に、約６５℃にて２４０分間で暴露し、その間に約１５００Ｗのメガソニック処理を適用した。
【００５３】
得られた歪みシリコン層表面を、ＲＭＳ粗さ、残留Ｇｅ濃度、およびＬＰＤ濃度について評価した。シリコン表面は、３０μｍ×３０μｍの視野を用いて約０．８ｎｍのＲＭＳ粗さを示した。さらに、残留Ｇｅ濃度は、約１．０×１０１０Ｇｅ原子／ｃｍ２であった。最後に、ＬＰＤ濃度は約０．３５ＬＰＤ／ｃｍ２であり、直径は約０．１５μｍまたはそれ以上のラテックス球相当直径であった。
【００５４】
本発明は、前記の実施態様に限定されず、さまざまに改変することができる。好ましい実施態様についての前記の説明は、当業者に本発明、その原理およびその実際の適用を知らせるものにすぎず、従って、当業者は、特定の使用の条件に最も適するように本発明を多くの形態において適合させ、適用することができる。
【００５５】
本明細書全体（特許請求の範囲を含む）における「有してなる」または「含んでなる」（「comprise」または「comprises」または「comprising」）という語の使用に関して、文脈がそうでないこと要求する場合を除いて、それらの語は、排他的ではなく包括的に解釈されるべきであるという基礎的かつ明確な理解に基づいて使用され、かつ、これらの語はそれぞれ、この明細書全体の解釈においてそのように理解されるべきであることに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】図１Ａは、緩和シリコン含有層（１３）および歪みシリコン層（１４）を表面に有するドナーウエハ（１２）の断面の模式図である。緩和シリコン含有層（１３）における破線（１７）は、その中に存在する分離面または劈開面を表す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ウエハ１Ａとの結合前における、表面に配置された誘電体層（１５）を有するハンドルウエハ（１６）の断面の模式図である。
【図２】図２は、（図１Ａに示す）ドナーウエハ上の歪みシリコン層（１４）の表面を、（図１Ｂに示す）ハンドルウエハの誘電体層（１５）の表面に接触させることによって得られた結合構造物（２０）の断面の模式図である。
【図３】図３は、緩和シリコン含有層（１３）内の分離面または劈開面（１７）に沿って、結合構造物（２０）を分離し、それによって、緩和シリコン含有層の残留部分（３３）と共に、歪みシリコン層（１４）が、ハンドルウエハ（１６）の誘電体層（１５）上に移動することを示す断面の模式図である。
【図４】図４は、緩和シリコン含有層の残留部分が、移動した歪みシリコン層（１４）の表面から実質的に除去されている、本発明の歪みシリコン・オン・インシュレータ構造（４０）の断面の模式図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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