(57)【要約】      （修正有）【課題】歪が低減されたヘテロ構造を準備する装置およびプロセスを提供する。【解決手段】ヘテロ構造は、比較的低欠陥のヘテロ構造を形成するために、その構造とは異なる結晶格子定数を有する表面層に適合した半導体構造を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、基板上に配置された表面層、および基板と表面層との間の界面を含むヘテロ構造であって、基板は中心軸、中心軸とほぼ直交する裏面、および中心軸を通って基板を横切って延びる直径を含むヘテロ構造中の歪を緩和するプロセスであって、
基板中に転位源層を形成する工程と、
基板を半径方向に拡張し、転位を形成して、転位源層から表面層に向かって転位を滑らす工程と、を含むプロセス。
【請求項２】
転位は、基板と表面層との界面に滑り、界面でミスフィット界面転位を形成する請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
構造の直径は、約１５０ｍｍ以上、約２００ｍｍ以上、約３００ｍｍ以上、または約４５０ｍｍ以上である請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
基板は、シリコン、炭化シリコン、サファイア、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、窒化アルミニウム、砒化ガリウム、インジウムガリウム砒素、またはそれらの組み合わせからなるグループから選択された材料からなる請求項１〜３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項５】
表面層は、シリコン、炭化シリコン、サファイア、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、窒化アルミニウム、砒化ガリウム、インジウムガリウム砒素、またはそれらの組み合わせからなるグループから選択された材料からなる請求項１〜４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項６】
表面層は、シリコンゲルマニウムからなる請求項１〜４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項７】
基板は、シリコンからなる請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
基板は、シリコンからなる請求項１〜３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項９】
転位源層は、半導体材料を含むインゴットから基板をスライスして形成した請求項１〜８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１０】
転位源層は、基板の裏面をラッピングして形成した請求項１〜８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１１】
転位源層は、基板の裏面をサンドブラストして形成した請求項１〜８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１２】
転位源層は、基板の裏面を通って基板中にイオンを注入して形成した請求項１〜８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１３】
基板は、ヘテロ構造を半径方向に拡張するとともに、少なくとも約５５０℃に加熱し、または、ヘテロ構造を半径方向に拡張するとともに、少なくとも約６５０℃、少なくとも約７００℃、約５５０℃から約１０００℃、約６５０℃から約１０００℃、または約７００℃から約１０００℃の温度に加熱する請求項１〜１２のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１４】
半径方向の拡張中に、応力がヘテロ構造に適用され、応力は、少なくとも約５ＭＰａ、少なくとも約１０ＭＰａ、約５ＭＰａから約１００ＭＰａ、約１０ＭＰａから約１００ＭＰａ、約１０ＭＰａから約５０ＭＰａ、または約１０ＭＰａから約２５ＭＰａである請求項１〜１３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１５】
基板は、少なくとも約１０秒間、約１０秒間から約５時間、または約１０分間から約２０分間、半径方向に拡張される請求項１〜１４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１６】
基板を半径方向に拡張する工程は、ヘテロ構造を半径方向に拡張する工程を含む請求項１〜１５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１７】
半径方向に拡張する間に、応力Ｓ１がヘテロ構造に適用され、このプロセスは更に、応力Ｓ１から応力Ｓ２に低減する工程を含み、Ｓ２はＳ１より小さく、Ｓ２は転位が転位源層から形成される閾値より小さな応力であり、かつ転位を活性化して基板と表面層との界面に向かって滑らせる閾値より上であり、実質的に転位の無い基板を形成する請求項１〜１６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１８】
表面層は、実質的に貫通転位が無く、または約１０４貫通転位／ｃｍ２より少ない貫通転位の濃度を有する請求項１〜１７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１９】
表面層は、基板の直径を横切って連続して延びる請求項１〜１８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項２０】
表面層は、不連続なセグメントを含む請求項１〜１８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項２１】
緩和されたヘテロ構造を準備するプロセスであって、
半導体基板の表面の上に表面層を堆積し、これにより表面層と基板との間に歪を形成する工程と、
請求項１〜２０のいずれかのプロセスにより、表面層と基板の中の歪を緩和する工程と、を含むプロセス。
【請求項２２】
半導体基板は格子定数ａＳを有し、表面層は格子定数ａＳＬを有し、ａＳＬ／ａＳの比は、約１より大きく、約１．０１から約１．１６、約１．０１から約１．１０、約１．０１から約１．０８、約１．０１から約１．０５、約１．０２から約１．１６、または約１．０５から約１．１６である請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２３】
表面層は不連続なセグメントを含み、プロセスは更に、基板を半径方向に拡張した後に、半導体基板の表面上に半導体材料を堆積する工程を含み、堆積工程は基板の表面上に連続した表面層を形成する工程である請求項２１または２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
表面、裏面、および周縁エッジを有する半導体構造を半径方向に拡張する装置であって、
基板の周縁エッジと隣り合う構造と接触する、上部プレートと底部プレートとを含む構造ホルダーであって、上部プレートは構造の表面に接触するように適用され、底部プレートは構造の裏面に接触するように適用され、上部プレートと底部プレートは、さらに、上部プレート、底部プレート、および構造の周縁エッジの間に周辺チャンバを形成するように適用される構造ホルダーを含む装置。
【請求項２５】
上部プレートと底部プレートは、構造とシールを形成し、装置の中で容易に差圧を形成する請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
構造ホルダーは、さらに、周辺リング、底部プレート、および構造の周縁エッジの間にチャンバを形成するために適用される周辺リングを含む請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項２７】
さらに、メインチャンバを含み、構造ホルダーはメインチャンバの中に配置される請求項２４〜２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
さらに、メインチャンバと周辺チャンバとの間に差圧を形成するために、メインチャンバに流体接続されたポンプを含む請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
さらに、構造に応力を働かせるのに十分な差圧を、構造を横切って形成するために、メインチャンバと流体接続されたポンプを含む請求項２５〜２８のいずれか記載の装置。
【請求項３０】
さらに、構造を加熱する加熱要素を含む請求項２４〜２９のいずれかに記載の装置。
【請求項３１】
構造ホルダーは、周辺チャンバ中を加圧または真空にするために、周辺チャンバと流体接続されたベントを含む請求項２４〜３０のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
さらに、構造の表面に接触して、構造上に力を働かせる圧縮プレートを含む請求項２４〜３１のいずれかに記載の装置。
【請求項３３】
上部プレートは、構造の表面と接触する突起部を含む請求項２４〜３２のいずれかに記載の装置。
【請求項３４】
構造と組み合わせて、構造は、上部プレートおよび／または底部プレートに接触するように設けられたコーティングを有する請求項２４〜３３のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
コーティングは、構造の表面および／または裏面の上の全体には延びない請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
上部プレートは、上部プレートと構造の表面との間に中央チャンバを形成するために設けられたリセスを含む請求項２４〜３５のいずれかに記載の装置。
【請求項３７】
構造と組み合わせて、リセスは半径を有し、構造は歪んだ半径を有し、リセスの半径は構造の歪んだ半径より小さい請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
上部プレートは、中央チャンバと周辺チャンバとの間に差圧を形成するために、ポンプに流体接続されたベントを含む請求項３６または３７に記載の装置。
【請求項３９】
底部プレートは、構造を受けるために設けられたリセスを含み、リセスは、環状の壁で規定され、環状の壁は、構造の拡張中に、構造の拡張を制限するために設けられた請求項２４〜３８のいずれかに記載の装置。
【請求項４０】
構造と組み合わせて、リセスは半径を有し、構造は歪んだ半径を有し、リセスの半径は構造の歪んだ半径より大きい請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
構造ホルダーは、さらに、周辺チャンバ中に孔のあいた壁を含み、孔のあいた壁は、構造の拡張中に、構造の拡張を制限するように設けられた請求項２４〜４０のいずれかに記載の装置。
【請求項４２】
装置は、複数の半導体構造を、同時に、半径方向の拡張するように形成された請求項２４〜４１のいずれかに記載の装置。
【請求項４３】
底部プレートは、構造を、隣り合った構造の周縁エッジに接触させるように設けられ、構造ホルダーは複数の上部プレートを含む請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
装置中で半導体構造を半径方向に拡張するための方法であって、構造は、表面、裏面、および周縁エッジを有し、装置は、構造と隣り合う構造の周縁エッジに接触させるための上部プレートと底部プレートを含み、上部プレートは構造の上面に接触するように設けられ、底部プレートは構造の裏面に接触するように設けられ、この方法は、
上部プレート、底部プレート、および構造の周縁エッジの間に周辺チャンバを形成する工程と、
周辺チャンバ中の圧力を変えて、構造を半径方向の拡張する工程と、を含む方法。
【請求項４５】
周辺チャンバは、底部プレートの上に半導体構造を配置する工程と、上部プレートを構造上に下げる工程により形成される請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
圧力は、周辺チャンバ中の圧力を低減することにより変えられる請求項４４または４５に記載の方法。
【請求項４７】
装置は、構造ホルダーがその中に設けられるメインチャンバを含み、この方法は、メインチャンバと周辺チャンバとの間に差圧を形成する工程を含む請求項４４〜４６のいずれかに記載の方法。
【請求項４８】
メインチャンバ中の圧力は、周辺チャンバ中の圧力より少なくとも約１０ＭＰａ大きく、または周辺チャンバ中の圧力より少なくとも約２０ＭＰａ、少なくとも約５０ＭＰａ、少なくとも約７５ＭＰａ、約１０ＭＰａから約１００ＭＰａ、約１０ＭＰａから約５０ＭＰａ、または約１０ＭＰａから約２５ＭＰａ大きい請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
メインチャンバ中の圧力を増加することにより、メインチャンバ中の圧力を変化させる請求項４７または４８に記載の方法。
【請求項５０】
さらに、構造の半径方向の拡張中に、構造を加熱する工程を含む請求項４４〜４９のいずれかに記載の方法。
【請求項５１】
装置は圧縮プレートを含み、この方法は、さらに、構造の表面層を圧縮プレートに接して、構造の上に圧力を作用させる工程を含む請求項４４〜５０のいずれかに記載の方法。
【請求項５２】
上部プレートは、環状の壁で規定されたリセスを含み、この方法は、
上部プレートと構造の表面との間に中央チャンバを形成する工程と、
中央チャンバ中の圧力を増やすことより、中央チャンバ中の圧力を変える工程と、を含む請求項４４〜５１のいずれかに記載の方法。
【請求項５３】
底部プレートは、環状の壁で規定されるリセスを含み、この方法は、
リセス中の底部プレートの上に半導体構造を配置する工程と、
環状の壁まで構造を半径方向に拡張する工程と、を含む請求項４４〜５２のいずれかに記載の方法。
【請求項５４】
構造ホルダーは、周辺チャンバ中に孔のあいた壁を含み、この方法は、周辺チャンバまで構造を半径方向に拡張する工程を含む請求項４４〜５３のいずれかに記載の方法。
【請求項５５】
複数の半導体構造が、同時に半径方向に拡張される請求項４４〜５４のいずれかに記載の方法。
【請求項５６】
複数の構造を底部プレートの上に配置する工程と、１またはそれ以上の上部プレートを構造上に下げる工程と、を含む請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
半導体構造は、基板とエピタキシャル層とを含み、基板とエピタキシャル層は、基板とエピタキシャル層との界面を形成する請求項４４〜５６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１２年１２月３１日に出願した米国仮出願６１／７４７，６１３、２０１３年３月１５日に出願した米国仮出願６１／７９３，９９９、２０１３年３月１５日に出願した米国仮出願６１／７９０，４４５、および２０１３年３月１５日に出願した米国仮出願６１／７８８，７４４の利益を享受し、これらのそれぞれは、参照することによりここに援用される。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般に、歪が低減された半導体ヘテロ構造の準備に関し、特に、基板とは異なる結晶格子定数を有する表面層に適合した半導体基板を有し、これにより比較的低欠陥ヘテロ構造を形成するヘテロ構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
デバイス品質の表面を有するデバイス層と、デバイス層の材料と異なる結晶格子構造を有する基板とを含む多層構造は、多くの異なる目的のために有用である。それらの多層構造は、一般に、異なる格子定数を有する多層の材料を含む。層の間の格子不整合は、層を歪ます。ミスフィット転位が、デバイス層中に自然に形成され、層の間の歪を緩和する。そのような転位は、多層半導体構造の品質や実用性を低下させる。
【０００４】
格子不整合半導体層の間の歪を緩和するための方法と、本質的に転位の無い基板とデバイス層を得るための方法が、常に必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の１つの形態は、基板、基板上に配置された表面層、および基板と表面層との間の界面を含むヘテロ構造中の歪を緩和するプロセスに関する。基板は、中心軸、中心軸にほぼ垂直な裏面、および中心軸を通って基板を横切って延びる直径を含む。転位源層は、基板中に形成される。基板は、半径方向に拡張して転位を形成し、転位源から表面層に向かって転位を滑らせる。
【０００６】
本開示の他の形態は、緩和されたヘテロ構造を準備するためのプロセスに関する。表面層は半導体基板の表面上に配置され、これにより表面層と基板との間に歪を形成する。転位源は、基板の中に形成される。表面層および基板の中の歪は、基板の半径方向の拡張により、転位を形成し、転位源から表面層に向かって転位を滑らせることにより緩和される。
【０００７】
本開示の更なる形態は、表面、裏面、および周縁エッジを有する半導体構造を半径方向に拡張させる装置に関する。装置は、上部プレートと、構造の周縁エッジに隣接する構造に接するための底部プレートとを含む構造ホルダーを含む。上部プレートは、構造の表面に接触するように取り付けられ、底部プレートは構造の裏面に接するように取り付けられる。上部プレートと底部プレートは、更に上部プレート、底部プレート、および構造の周縁エッジの間で周辺チャンバを形成するように取り付けられる。
【０００８】
本開示の追加の形態は、表面、裏面、周縁エッジ、および中心軸を有する半導体構造を半径方向に拡張する装置に関する。装置は、中心軸に向かって内部を指す三角形のセグメントを含む。セグメントは、中心軸から外方に動いて、構造を拡張するように形成される。流体経路がそれぞれのセグメントに形成され、セグメントと構造との間で真空を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】シリコンヘテロ構造の断面の模式図である。
【図２】ヘテロ構造を準備するプロセスを示すフローダイアグラムである。
【図３】半導体構造と半導体構造を拡張するための構造ホルダーの断面図である。
【図４】半導体構造と半導体構造を拡張するための構造ホルダーの断面図である。
【図５】半導体構造と半導体構造を拡張するための他の具体例の構造ホルダーの断面図である。
【図６】コーティングをその上に有する半導体構造と図３の構造ホルダーの断面図である。
【図７】コーティングをその上に有する半導体構造と図３の構造ホルダーの断面図である。
【図８】半導体構造と、その中に搭載された図３の構造ホルダーを用いて構造を拡張するための装置の断面図である。
【図９】半導体構造と半導体構造を拡張するための他の具体例の構造ホルダーの断面図である。
【図１０】半導体構造と半導体構造を拡張するための圧縮プレートを有する構造ホルダーの断面図である。
【図１１】半導体構造と半導体構造を拡張するための他の具体例の構造ホルダーの断面図である。
【図１２】半導体構造と半導体構造を拡張するための他の具体例の構造ホルダーの断面図である。
【図１３】半導体構造と半導体構造を拡張するための圧縮プレートを有する構造ホルダーの断面図である。
【図１４】複数の半導体構造と半導体構造を拡張するための構造ホルダーの断面図である。
【図１５】複数の半導体構造と半導体構造を拡張するための他の具体例の構造ホルダーの断面図である。
【図１６】半導体構造を拡張するための他の具体例の構造ホルダーの上面図である。
【図１７】半導体構造と半導体構造を拡張するための他の具体例の構造ホルダーの断面図である。
【図１８】溝を有する半導体構造と半導体構造を拡張するための他の具体例の構造ホルダーの断面図である。
【図１９】半導体構造と上部プレートを有する図１８の構造ホルダーの断面図である。
【図２０】２つの溝を有する半導体構造と半導体構造を拡張するための他の具体例の構造ホルダーの断面図である。
【図２１】半導体構造とフランジを有する他の具体例の構造ホルダーの断面図である。
【００１０】
対応する参照符号は、図面を通して対応する部分を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１またはそれ以上の本開示の形態に関して、基板と、基板とは異なる格子定数を有する表面層との間の歪を低減したヘテロ構造は、図２のようなプロセスで準備される。表面層は、ここでは「エピタキシャル層」、「ヘテロエピタキシャル層」、「堆積膜」、「膜」、「ヘテロ層」、または「堆積層」と呼ばれる。実質的に緩和された表面層と、貫通転位とも呼ばれるミスフィット転位の低減された濃度とを有する、ヘテロ構造が形成されても良い。
【００１２】
一般に、本開示のプロセスは、半導体基板の中に転位源層を形成する工程と、転位源層の形成前または形成後に基板の上にヘテロ層を堆積する工程と、ヘテロ構造を半径方向に拡張して転位を形成（活性化）し、転位源層から表面層に向かって転位を滑らせる工程とを含む。転位源層の活性化と、転位源層から堆積層との界面に向かう転位の滑りは、基板に応力（例えば引っ張り）を加えることにより、同時に行っても良い。１またはそれ以上の工程で、様々な組み合わせで応力が加えられ、転位を活性化して滑らせ、これによりヘテロ構造を実質的に伸ばす。
【００１３】
ヘテロ層は、基板の自然な結晶格子定数ａＳとは異なる結晶格子定数ａＳ１を有し、基板の表面上に膜を形成する。一般に、ヘテロ層の結晶格子定数ａＳＬは、基板の自然な結晶格子定数ａＳより大きく、拡張により基板中の転位ループの形成や滑りを制御することにより、基板は塑性的に変形し、膜の結晶格子とより好ましく整列し、これにより膜が完全に緩和し、基板上の貫通転位の密度を低減できる。
【００１４】
本開示の方法は、ヘテロ層を緩和する従来の方法に対して多くの利点を有する。従来の方法では、膜と基板との間の応力が非対称となる。これは、応力の最も大きな場所、即ち膜において、転位を発生させる。転位ループを膜中に留めることにより、転位は後方にセグメントを残し、これは貫通転位を分解する。そのような貫通転位の密度を低減するために、多くの努力が行われてきた。
【００１５】
これに比べて、本開示の方法は、基板中で転位を形成する応力が非対称となる（例えば、基板を弱くして、基板を弱くしつつ比較的薄い膜を用いてその膜での転位形成を無効にする）。これは、転位を基板に閉じ込め、一方で、基板と膜との間の界面でミスフィット転位層を形成する。様々な制御された方法で転位を導入して基板を弱くした場合、永久応力がシステムに与えられ、転位を活性化する。これは、比較的大きな内在した内部応力により、自己緩和（即ち、外部応力の適用無しに緩和）する従来の方法とは異なる。本開示の方法は、自己緩和による以外の緩和を含み、弱くして、特定の温度で、比較的薄い膜に外部応力を適用することにより、自己緩和は起きない。
【００１６】
Ｉ．半導体基板
図１を参照すると、半導体基板１は、化学気相堆積によるエピタキシャル層の堆積のような、表面層の支持のための基板として使用するのに適した、いずれの単結晶半導体材料でも良い。一般に、半導体基板は、シリコン、炭化シリコン、サファイア、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、窒化アルミニウム、砒化ガリウム、インジウムガリウム砒素、またはそれらの組み合わせからなるグループから選択される材料から形成される。一般に、半導体基板は、シリコンからなる。
【００１７】
半導体基板１は、表面層を堆積するための基板として、および以下により詳しく述べる基板材料に応力を与えるのに適した層としての、双方に適したいずれの形状でも良い。一般に、半導体基板は、中心軸２、堆積層７との界面３と裏面４を有し、基板と表面層との界面３と裏面４は、一般に中心軸２に対して直交し、半導体基板は更に、界面から基板の裏面までの距離に対応する膜厚ｔ、周縁エッジ５、および中心軸を通って基板を横切る直径Ｄを有する。なお、図示目的で、裏面４は、そこまたはその近傍で転位源が形成される対向する面として記載され、ここでは、「対向面」および／または「損傷面」と呼ばれても良い。これについて、ヘテロ構造自体および以下に記載の堆積層７は、一般に基板１と同心円であり、また中心軸２、周縁エッジ５、および中心軸を通ってヘテロ構造（および表面層）を横切って延びる直径Ｄを含む。
【００１８】
基板１は、その上に半導体層が堆積される基板として使用するのに適した直径を有する。一般に、基板１は、約１５０ｍｍ以上の直径を有する。一般に、基板１は、約２００ｍｍ以上、約３００ｍｍ以上、さらに約４５０ｍｍ以上の直径を有する。なお、基板の直径は、ヘテロ構造が塑性変形する前であり、この場合、以下でより詳しく検討するように、塑性変形後に、直径はこれら値より大きくなる。代わりに、塑性変形前の基板は、上で述べた値より小さい直径を有し、塑性変形後の直径が上で述べた値におおよそ等しくても良い。
【００１９】
同様に、基板１は、その上に半導体層を堆積するために用いるのに適した膜厚ｔを有しても良い。例えば、基板は、約５００μｍから約１０００μｍ、一般には約６００μｍから約１０００μｍ、約７００μｍから約１０００μｍ、約７００μｍから約９００μｍ、またはさらに約７００μｍから約８００μｍの膜厚ｔを有しても良い。
【００２０】
幾つかの具体例では、基板１は、チョクラルスキー結晶成長法により成長した単結晶シリコンインゴットからスライスされた単結晶シリコンウエハであり、約１５０ｍｍ以上、約２００ｍｍ以上、約３００ｍｍ以上、またはさらに約４５０ｍｍ以上の直径と、約６７５μｍから約１０００μｍ、またはさらに約７２５μｍから約９２５μｍの膜厚を有する。
【００２１】
その上にエピタキシャル層が堆積される基板表面は、エピタキシャル層を堆積するのに適するように研磨されても良く、または化学気相堆積に先立って調整されても良い。対向面は、研磨され、または、代わりに、本開示の範囲から離れることなく、研磨せずに、即ちアズグランド（as-ground）、アズラップ（as-lapped）またはアズラップおよびエッチ（as-lapped and etched）でも良い。幾つかの具体例では、反対面は研磨しない状態で残され、アズグランド、アズラップ、またはアズラップおよびエッチした表面が、転位源層として使用される。代わりまたは追加として、反対面は損傷が与えられ、以下で詳細に述べるように転位源層を形成する。
【００２２】
なお、チョクラルスキー成長シリコンは、約５×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３から約９×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３までの範囲の酸素濃度を有する（ＡＳＴＭ標準Ｆ−１２１−８３）。一般に、本開示の基板として使用される単結晶シリコンウエハは、チョクラルスキプロセスで一般に達成できる範囲内、または範囲外の酸素濃度を有し、酸素濃度は欠陥の活性化や滑りを阻止するほど過剰ではない。
【００２３】
ＩＩ．堆積された表面層
表面層７は、基板１の表面上に配置されても良い。堆積された層７は、化学気相堆積によりエピタキシャル層として堆積するのに適した単結晶半導体材料でも良い。一般に、ヘテロ層は、基板の自然結晶格子定数ａＳより大きい結晶格子定数ａＳＬを含む。堆積された層は、いずれかの適した材料からなり、幾つかの具体例として、シリコン、炭化シリコン、サファイア、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、窒化アルミニウム、砒化ガリウム、インジウムガリウム砒素、またはそれらの組み合わせからなるグループから選択される材料からなる。基板がシリコンからなる具体例では、より大きな格子定数を有するヘテロ層は、例えば、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ポリタイプの炭化シリコン、砒化ガリウム、およびインジウムガリウム砒素を含む。
【００２４】
１つの好適な具体例では、堆積された層はシリコンゲルマニウムであり、ここではＳｉＧｅとも呼ばれる。堆積されたＳｉＧｅ層の特定の組成は、本開示の範囲から離れることなく、変化しても良い。一般に、ＳｉＧｅ層は、少なくとも約１０％のＧｅを含み、幾つかの場合は、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）のＧｅを含む。１つの好適な具体例では、しかしながら、ＳｉＧｅ層は、少なくとも約１０％から約５０％まで、または少なくとも約１５％から約３５％までのＧｅ濃度を含み、約２０％のＧｅ濃度を有することが好ましい。
【００２５】
本質的に、当業者に知られた技術は、堆積層（例えば、ＳｉＧｅ層）を形成するために使用され、例えば公知のエピタキシャル堆積技術の１つである。一般的にいうと、堆積層の膜厚は、本開示の範囲から離れることなく、大きく変えても良い。膜厚は、例えば、実質的に均一な膜厚を有し、その平均膜厚は少なくとも約０．１μｍ、少なくとも約０．５μｍ、少なくとも約１．０μｍ、および少なくとも約２．０μｍである。代わりに、範囲で膜厚を表すことが望まれる。例えば、平均膜厚は、一般に、約０．１μｍから約２．０μｍまでの範囲、例えば約０．５μｍから約１．０μｍの範囲である。
【００２６】
なお、堆積層は、異なる格子定数を有する基板上に成長させるため、等しいが反対の応力が、堆積層と基板の双方に形成される。界面の直上および直下の、堆積層中の応力の相対量は、堆積層と基板の相対膜厚に比例する。結果として、界面直上の堆積層中の応力は、界面直下の基板中の応力とは、桁違いに大きい。例えば、約２２％のＧｅを含む５００ｎｍＳｉＧｅ層が、７００μｍ膜厚のシリコン半導体基板上に成長された場合、界面直上のＳｉＧｅは、約１．７ＧＰａの圧縮にあり、界面直下のシリコンは、単に５ＭＰａの引っ張りである。堆積層中の応力は、堆積層中でのミスフィット転位または貫通転位の形成により、自己緩和するまで、成長中に増加する。堆積層の自己緩和を避けるために、それゆえに、少なくとも最初に基板上に薄い堆積層を形成することが好ましい。一般には、単結晶シリコン基板上にＳｉＧｅ層が堆積される場合、堆積層は、約１ｎｍから約１００ｎｍ、より典型的には約１ｎｍから約５０ｎｍ、より典型的は約１０ｎｍから約２０ｎｍの膜厚で成長される。次に、以下でより詳しく検討するように、基板中の転位を活性化および拡大することにより、薄い層は、その自然格子定数まで、または近くまで、緩和または部分的に緩和される。より厚い堆積層が望まれる場合、層が十分に緩和された後に、追加の材料を堆積しても良い。
【００２７】
本質的に、当業者に一般に知られた技術は、基板上に堆積層を形成するために使用しても良い。例えば、エピタキシャル堆積技術（例えば、常圧化学気相堆積（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）、または原子層堆積（ＡＬＤ））が、例えばＳｉＧｅ材料の堆積のために、ここで使用されても良い。エピタキシャル成長システムは、単一ウエハ、または複数ウエハのバッチリアクタを含んでも良い。
【００２８】
表面層７は、ヘテロ構造の表面８を形成する面を含む。図１に示すように、表面層７は、基板１の全直径を横切って連続して延びる。幾つかの具体例では、表面７は、基板１の上で連続して延びないが、むしろ、更に以下で述べるような、基板上に堆積された複数の不連続な半導体材料のセグメントまたは「アイランド」を含む。例えば、表面層は、基板の、約９５％より少なく覆うように堆積されても良く、または他の具体例のように、約８０％より少なく、約６０％より少なく、約４０％より少なく、または約２０％より少なくても良い。
【００２９】
ＩＩＩ．転位源層の準備
転位源層６は、基板１内に配置され、その上にエピタキシャル層が堆積される基板の表面から間隔を隔てても良い。一般には、転位源層６は、エピタキシャル層が堆積された、または堆積される表面と反対の面またはその近傍にある。例えば、エピタキシャル層が基板の表面上に堆積される場合、転位源層６は、基板の裏面４、またはその近傍になる。そのような例では、基板の表面は、基板と堆積層７との界面である。
【００３０】
転位源層６は、基板の実質的に半径の幅の上に有り、または挿入される。図１に示された具体例では、転位源層６は基板の全直径を横切って延びる。この具体例が好ましいが、他の具体例では、転位源層は、全直径を横切って延びなくても良い。それゆえに、一般に、転位源層６は、一般にはウエハの半径の少なくとも約７５％、より一般には少なくとも約８５％、さらに一般には少なくとも約９５％の半径幅を有し、またはウエハの半径の少なくとも９９％の半径幅を有する。幾つかの具体例では、転位源層６は、例えば周縁エッジの約１ｍｍ内側のように、周縁エッジの数ミリメーター内側まで延びる。
【００３１】
エピタキシャル層がその上に堆積される表面を含まない限り、一般に、転位源層６は基板のいずれの部分を含んでも良い。一般に、転位源層６は、約１００μｍ以下、約５０μｍ以下、約２５μｍ以下、または約１０μｍ以下（例えば、約１μｍから約１００μｍ、約１μｍから約５０μｍ、約１μｍから約２５μｍ、または約５μｍから約２５μｍ）の膜厚を有する。転位源層６は、基板の裏面を含み、そこから延びても良い。なお、転位源層６は、ウエハの裏面を含む必要はなく、裏面の深さから、基板の表面に向かって延びても良い。
【００３２】
転位源層６は、十分に高い温度で十分に高い応力を加えた場合、測定可能な濃度の転位を形成可能ないずれの層でも良い。基板中での転位の活性化に関して以下でより詳細に検討するように、一般に、転位源層６は、約５ＭＰａと約１００ＭＰａの間の引っ張り（一般には、約５００℃と約１０００℃との間の温度で約１５ＭＰａ近傍）を加えた場合、測定可能な濃度の転位が形成可能である。
【００３３】
転位源層６は、表面層７の堆積の前、またはこれに続いて基板１の中に形成されても良い。基板が、単結晶インゴットからスライスされたウエハである具体例では、転位源層６は、全体のウエハプロセスの一部として含まれるスライスプロセス、グラインディングプロセス、またはラッピングプロセスで機械的にダメージが与えられる。
【００３４】
代わりに、または追加として、転位源層６は、基板の裏面の機械的なダメージにより、一部または全体に形成されても良く、機械的なダメージは、裏面のグラインディング、裏面のラッピング、裏面をサンドブラストすることによる軽いダメージの導入、裏面上のぎざぎざの形成、裏面へのイオンの注入、および／またはそれらの組み合わせ、からなるグループから選択される１またはそれ以上のプロセスにより形成される。
【００３５】
幾つかの具体例では、転位源層６は、ウエハの裏面上にアレイ状のポイントピンを押しつけて、裏面にぎざぎざを形成することにより形成しても良い。ぎざぎざは、表面を横切って不均一に形成されても良く、または所定のパターンで形成されても良い。そのようなパターンは、ウエハの結晶方向に対して特定の関係で配置されても良い。例えば、四角のマトリックスパターンは、１１０方向に対して浅い角度で配置できる。これは、例えば、それらのサイトで形成された転位は、平行な滑らかな面に沿って滑ることが可能で、互いに関連しない。更に、転位ループ密度の正確な制御が、そのような処理でできる。
【００３６】
幾つかの具体例では、転位源層６は、基板の裏面を通ってイオンを注入することにより形成しても良い。注入イオンは、電気的に等電子、中性、または不活性で、基板の電気特性への影響は最小となる。例えば、注入イオンは、シリコン、ゲルマニウム、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択されても良い。
【００３７】
イオンは、裏面に対して深さＤｉの目標深さに注入される。しかしながら、実際的な問題として、注入イオンのいくつかはこの距離に到達せず、他はより遠くに到着する（即ち、裏面より深くに到達する）。実際の注入深さは、Ｄｉから約５％、１０％、１５％、２０％、２５％またはそれ以上ばらつく。これは、比較的高濃度の注入イオンをＤｉまたはその近傍に含み、この濃度はＤｉから表面３の方向および反対の方向に減少する、アモルファス材料の領域または層を形成する。目的深さＤｉは、注入イオンの投影飛程とよばれる。
【００３８】
注入深さは、注入されるイオン種により、少なくとも部分的に影響される。所定の注入エネルギーに対して、軽いイオンは基板中をより通り抜ける傾向にあるからである。このように、例えば、５０ＫｅＶの注入エネルギーでは、シリコンイオンは、約７５０Åの平均注入深さを有し、一方、ゲルマニウムは、約４００Åの平均注入深さを有する。一般に、イオンは、好適には、少なくとも約３０ｋｅＶのエネルギーで、例えば少なくとも４０ｋｅＶで、または少なくとも約５０ｋｅＶのエネルギーで注入される。一つの応用では、イオンは少なくとも約４５ｋｅＶで、約５５ｋｅＶ以下のエネルギーで注入される。選択されるイオンおよび注入エネルギーは、転位源層として機能する基板中のアモルファス層を形成するのに十分なように選択される。
【００３９】
シリコンのアモルファス層を形成するのに十分な濃度のイオンを注入するために、十分なエネルギーが使用された場合、一般に、転位ループは、続くアニール工程で、注入イオンの範囲の端に形成される。一般に、転位ループは、正確な深さはより多いか少なくとも、注入されたイオンの下で、少なくとも約１００Åから約３００Åに形成される。一般に、より低い質量の元素を用いてアモルファス材料を形成することは、より困難である。このように、より高濃度の低質量の元素が、十分なダメージを誘起するため使用され、一方、より低濃度の高質量の元素はアモルファスシリコンを形成するために十分である。例えば、注入イオンがシリコンイオンの場合、注入ドーズは、好適には少なくとも約２×１０１４ａｔｏｍ／ｃｍ２であり、例えば少なくとも約５×１０１４ａｔｏｍ／ｃｍ２であり、または少なくとも約１×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２である。好適な具体例では、注入イオンドーズは少なくとも約２×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２である。比較すると、注入イオンがより高質量のゲルマニウムイオンの場合、注入ドーズは少なくとも約６×１０１３ａｔｏｍ／ｃｍ２であり、例えば少なくとも約１×１０１４ａｔｏｍ／ｃｍ２であり、または少なくとも約５×１０１４ａｔｏｍ／ｃｍ２である。好適な具体例では、注入イオンドーズは少なくとも約１×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２である。
【００４０】
幾つかの好ましい具体例では、転位源層６は、基板の裏面をグラインディングして形成される。裏面は、チョクラルスキー単結晶シリコンインゴットからスライスされた後に、シリコンウエハの裏面を成形するために、半導体シリコン産業で一般に使用されるグラインディングプロセスにより形成される。特別な好適な具体例では、裏面は、約６００のグリットサイズ（grit size）を用いるグラインディングプロセスを用いてグラインドされる。
【００４１】
ＩＶ．転位の活性化と滑り
転位源層は、活性化され、基板と表面層との界面に向かって滑る転位を、転位源層またはその近傍に形成する。本開示の具体例に関して、転位の活性化と滑りは、表面層が基板上に堆積されて、基板および／または表面層が歪んだ後に行われる。
【００４２】
転位源層は、高温で基板を拡張（または、「延ばし」、「引っ張り」、または「引っ張り応力」とも呼ばれる）して、転位を形成することにより転位源層に応力を与え（および一般には基板に応力を与え）ることで活性化される。拡張は、基板全体に、軸に直交する方向に、即ち、半径方向に、１またはそれ以上の適切な装置を用いて適用される。即ち、ウエハは周縁エッジから外方に半径方向に引き延ばされる。この方法で、転位は転位源層またはその近傍に形成され、転位は反対面に向かって滑る。
【００４３】
一般に、より多くダメージを与えた転位源層は、より低い応力レベルおよびより低温で活性化し、一方、より少なくダメージを与えた転位源層は、より高い応力レベルおよびより高温で活性化する。一般に、少なくとも約５ＭＰａ、一般には約５ＭＰａから約１００ＭＰａ、または約１０ＭＰａから約１００ＭＰａの引っ張りにより与えられた応力は、約５５０℃と約１０００℃の間の温度で転位源層に与えられる。より一般には、引っ張りは、約１０ＭＰａから約５０ＭＰａ、または約１０ＭＰａから約２５ＭＰａである。一般には、転位の活性化および／または滑りは、約６５０℃から約１０００℃の温度で、または約７００℃から約１０００℃の温度で行われる。例えば、ラッピングおよび／またはグラインディングにより形成された転位源層を活性化するために与えられる一般的な応力は、約６００℃より高い温度で、より一般的には約７００℃より高い温度で、約１５ＭＰａである。他に、より多くダメージが与えられた層は、より低い応力レベルで活性化する。
【００４４】
基板は、昇温して引っ張った状態で、転位を活性化し滑らすのに十分な間維持される。一般に、基板は、少なくとも約１０秒間、上述のように、昇温して引っ張った状態で維持され、それらの状態で、少なくとも５時間、少なくとも１０時間、またはより長時間、維持されても良い。一般に、基板は、昇温して引っ張った状態で、少なくとも１分間、約５分間から約６０分間、更に一般には約１０分間から約４５分間、幾つかの具体例では約１０分間から約２０分間、維持される。より高い引っ張りレベルおよびより高温では、それぞれ転位を活性化し滑らすのに必要な時間が短くなる傾向にある。
【００４５】
拡張は、基板のみに与えられても良く、他の具体例では、ヘテロ構造全体（即ち、基板とヘテロ層の双方）に与えられても良い。更に、拡張により与えられる応力は、ヘテロ構造を通して（例えば、半径方向および円周方向に）比較的均一（方向および／または大きさ）であることが好ましい。なお、応力の均一な程度は、基板を拡張するのに使用される装置により制限され、いくつかのばらつき（半径方向または円周方向のばらつき）が応力の不均一な分散によりもたらされる。幾つかの具体例では、少なくとも５ＭＰａの応力が基板の周縁全体に沿って与えられ、または他の具体例では、少なくとも約１０ＭＰａの応力が基板の周縁全体に沿って与えられる。
【００４６】
十分な応力を与えた場合、転位は連続して転位源層に形成され、基板と界面層との界面に向かって滑る。応力を与える間に所定の時点で、転位は、一般に、基板の厚さを通って均一に分布する。基板と界面層との界面に到達した場合、転位は、界面でミスフィット界面転位を形成する。ミスフィット転位は、基板の拡張中に、界面において密度が増加し、表面層と基板との間に歪を緩和し続ける。歪は、十分な密度のミスフィットの増加により、均等に釣り合う。
【００４７】
転位源層から形成され、基板と界面層との界面に向かって滑る転位は、ヘテロ構造の裏面と表面に対して実質的に平行である（即ち、横方向に配置される）。比較的少ない量の貫通転位が転位源層から形成され、または貫通転位は形成されないと信じられる。
【００４８】
転位の更なる形成と滑りにより転位が表面層を貫通するため、歪がバランスする点またはその近傍で、基板の転位は停止することが好ましい。一旦、基板の転位が停止すれば、基板中を移動する転位は界面に滑るのを停止し、それ以上転位は形成されない（即ち、転位は凍結される）。
【００４９】
応力と熱が与えられた所定の点において、基板中に存在する転位の数は、少なくとも１×１０５転位／ｃｍ２、または少なくとも５×１０５転位／ｃｍ２（例えば、約１×１０５転位／ｃｍ２から約５×１０７転位／ｃｍ２、または約５×１０５転位／ｃｍ２から約１×１０７転位／ｃｍ２）でも良い。転位の密度は、例えば、基板をサンプリングし、サンプルを表現エッチャント（delineating etchant）に入れてから、観察して顕微鏡で転位ループを数える。
【００５０】
幾つかの具体例では、基板の拡張により基板に適用された応力が、転位が転位源層から形成される閾値より小さいが、界面に向かって滑るように更に転位を活性化できる値まで低減される。この方法で、実質的に転位の無い基板を有するヘテロ構造が作製される。そのような具体例では、初期応力Ｓ１が、基板の拡張により基板に与えられ、転位源層から基板と表面層との界面の転位を形成し滑らせる。適用された応力は、次にＳ２まで低くされる（即ち、Ｓ２はＳ１より低い）。適用される応力Ｓ２は、転位が転位源層から形成される閾値より小さく、これは残った転位を更に界面に向かって滑らせて、実質的に転位の無い基板を形成する。Ｓ１は、少なくとも約５ＭＰａであり、少なくとも１０ＭＰａであり、または少なくとも２５ＭＰａである（例えば、約５ＭＰａから約１００ＭＰａ、または約１０ＭＰａから約１００ＭＰａである）。Ｓ２は、約１０ＭＰａ以下であり、約５ＭＰａ以下であり、または約１ＭＰａ以下である。一般に、約１ＭＰａのオーダーの応力でも、転位は、約８５０℃の温度で約１μｍ毎秒の速度で滑り、または約９００℃の温度で約２．５μｍ毎秒の速度で滑る。
【００５１】
応力が基板に与えられる場合の応力の大きさ、応力を与える時間、および／または温度は、基板の格子定数ａＳと、表面層の半導体材料の格子定数ａＳＬとの間の違いにより変わる。選択される基板の材料、およびその上に堆積される半導体材料に依存して、ａＳＬおよびａＳは変わる。一般に、ａＳＬがａＳより大きい場合、即ちａＳＬ／ａＳが１より大きい場合に、拡張がヘテロ層の緩和に有効である。ａＳＬ／ａＳの比は、約１．０１から約１．１６であり、または他の具体例では、約１．０１から約１．１０、約１．０１から約１．０８、約１．０１から約１．０５、約１．０２から約１．１６、または約１．０５から約１．１６である。
【００５２】
転位を界面に滑らすことにより、表面層は、少なくとも８５％緩和され、少なくとも９０％緩和され、少なくとも９５％緩和され、または完全に緩和され、即ち１００％緩和される。表面層は、実質的に貫通転位が無く、または約１０４貫通転位／ｃｍ２より少ない貫通転位の密度を有する。
【００５３】
表面層が連続ではなく、基板の表面上に配置された不連続なセグメント（即ち、アイランド）を含む具体例では、転位源層からアイランドとの界面に転位を形成して滑らし、それぞれのアイランドと基板との間にミスフィット界面転位を形成することにより、不連続なセグメントは緩和される。アイランドの間の基板の表面に到達した転位は、表面で消滅し、拡張が完了した場合に、アイランドの間に転位が実質的に無い領域を形成する。アイランドの緩和後、半導体材料が更に堆積され、基板の直径全体に連続して延びる表面層を形成する。そのような具体例では、アイランドの下方の転位は、新しく堆積された材料と、基板との間の界面で横方向に伝わり、これにより新しく堆積した材料と、連続する表面層を全体として緩和する。
【００５４】
上述の方法のいずれかで形成された緩和されたヘテロ構造は、ウエハボンディング法や層転写法を用いる集積回路用シリコン・オン・インシュレータ構造を形成するために、または続いて歪シリコン・オン・インシュレータ構造を形成するために、使用されても良い。
【００５５】
追加の層が、緩和された表面層の上に堆積されて、基板上の緩和層の上に歪層を有するヘテロエピタキシャル構造を形成しても良い。そのような構造は、または、緩和された層と歪層の双方を他の基板に転写するために使用され、これにより埋め込み歪層、または代わりにインシュレータ上に埋め込み歪層を有するヘテロエピタキシャル構造を形成する。即ち、ヘテロエピタキシャル構造は、基板または基板上の絶縁層のいずれかの上の、半導体材料の歪層の上に、半導体材料の緩和層を有しても良い。
【００５６】
加えて、本開示の方法で使用された構造は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）層構造または変調ドープ電界効果トランジスタ（ＭＯＤＦＥＴ）層構造を形成するのに使用しても良い。緩和されたＳｉＧｅ層は、また、熱電冷却デバイスのような、多様な他の応用に使用しても良い。
【００５７】
Ｖ．拡張装置
これに関して、基板の拡張に関連してここで述べるプロセスは、以下で述べられたいずれの装置を使用して行っても良い。
【００５８】
図３〜１５を参照して、基板の拡張が、チャンバおよび／または基板に差圧を与える流体通路を含む基板ホルダーを用いて達成しても良い。
【００５９】
ここで図３〜４を参照すると、基板９の拡張は、構造ホルダー１１の使用により達成される。構造ホルダー１１は、上部プレート１３を含む。図３〜４に示すように、上部プレート１３はリングである。上部プレート１３は、他の形状を有しても良く、制限無しに基板９の全体を横切って延びても良い。上部プレート１３は、構造の周縁エッジ５において、構造９の表面に接するように取り付けられる。
【００６０】
構造ホルダー１１は、周縁エッジ５に隣接する構造９の裏面に接触するための、底部プレート１５を含む。底部プレート１５は、上部プレート１３に向かって上部に延びる周辺リング２０を含む。しかしながら、他の具体例では、周辺リング２０は、上部プレート１３の一部であり、または上部プレート１３および底部プレート１５の双方から分離されても良い。底部プレート１５、上部プレート１３、および周辺リング２０は組み立てられ、上部プレート１３、底部プレート１５（周辺リングを含む）および構造９の周縁エッジ５の間に周辺チャンバ１８を形成する。一般に、底部プレート１５と上部プレート１３は、構造９とシールを形成し、以下に記載するように、周辺チャンバ１８中の圧力を、ホルダー１１の外部の圧力に比較して低減できる。周辺チャンバ１８は、底部プレート１５の上に半導体構造９を配置し、上部プレート１３、底部プレート１５、および構造９の周縁エッジ５の間にシールが形成されるまで、底部プレート１５の上に上部プレート１３を下げることにより形成できる。
【００６１】
ホルダー１１は、周辺チャンバ１８中の圧力を調整するために、底部プレート１５中にベント２２を含む。代わりに、ベントは、上部プレート１３および／または周辺リング２０を通って延びても良い。ベント２２は、ポンプ（図示せず）と流体接続され、周辺チャンバ１８中の圧力を低減しても良い。
【００６２】
ここで図８を参照して、ホルダー１１は、構造９を拡張する装置３６の一部でも良い。装置３６は、またホルダー１１が配置されるメインチャンバ２７を形成するハウジング３５を含んでも良い。装置３６は、メインチャンバ中の圧力Ｐ１を調整するために、ポンプ（図示せず）に流体接続されたベント３２を含む。構造ホルダー１１中のベント２２は、ハウジング３５を通って延びる。この方法では、圧力Ｐ１が、メインチャンバ２７中で維持され、異なる圧力Ｐ２が、構造ホルダー１１の周辺チャンバ１８中で維持されても良い。周辺チャンバ１８中の圧力Ｐ２より大きな圧力Ｐ１がメインチャンバ２７中で維持されることにより、構造９が拡張されても良い（即ち基板の半径が大きくされても良い）。
【００６３】
これに関して、図３〜１５中で圧力Ｐ１および／または圧力Ｐ２で表される矢印は、例示目的で使用され、特定の圧力特性に装置（即ち、周辺チャンバまたはメインチャンバ中の真空または圧力）を限定するものと考えるべきではない。
【００６４】
構造９の拡張中、Ｐ１は、Ｐ２より、少なくとも約１０ＭＰａ大きくても良く、他の具体例では、Ｐ２より、少なくとも約２０ＭＰａ、少なくとも約５０ＭＰａ、または少なくとも約７５ＭＰａ大きくても良い（例えば、約１０ＭＰａから約１００ＭＰａ、約１０ＭＰａから約５０ＭＰａ、または約１０ＭＰａから約２５ＭＰａ）。幾つかの具体例では、Ｐ１は大気圧である。そのような具体例では、メインチャンバ２７とハウジング３５は、除去されて、ハウジングが周辺環境（即ち、大気圧）に露出しても良い。
【００６５】
加熱要素３０は、転位源層を活性化するために、拡張中に構造９を加熱するのに使用されても良い。上述のように、構造は、約６５０℃から約１０００℃の温度、または約７００℃から約１０００℃の温度に加熱しても良い。
【００６６】
構造ホルダー１１１の他の具体例が、図５に示される。なお、図５に示されるホルダーの構成要素で、図３に示される構成要素と類似のものは、図３の対応する参照番号に１００を加えて示される（例えば、部分１５は、部分１１５となる）。図５に示すように、上部プレート１１３は、構造９の上面８に接触する突起部１１７を含む。突起部１１７は、構造９とシールを形成し、周辺チャンバ１１８中の圧力の増減を可能にする。
【００６７】
幾つかの具体例では、図６〜７に示すように、構造９は、構造表面の少なくとも一部の上に、コーティング３９（図６）またはコーティング４０（図７）を有する。図６に示すように、コーティング３９は、構造９の周縁エッジ５と、周縁エッジ５近傍の表面８および裏面４の一部の上に延びる。図７に示すように、コーティング４０は、基板の裏面４全体を超えて延びても良い。代わりまたは追加で、コーティングは、構造ホルダーの１またはそれ以上の面の上に延びても良い。コーティング３９またはコーティング４０（または構造ホルダーの上に延びたコーティング）は、グラファイト、六方晶窒化ホウ素、ＭＳ２、ＷＳ２、ＳｉＣＮ、ＡｌＣｒ（Ｖ）Ｎ、ＴｉＡｌ（Ｙ）Ｎ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、またはＢａＣｒＯ４のような低摩擦材料からなる。幾つかの具体例では、構造９は、構造の表面上にコーティングを有し、構造の揮発性の膜成分の蒸発を低減または防止する。蒸発を低減するのに適したコーティングは、アモルファスシリコンを含む。
【００６８】
構造ホルダー２１１の他の具体例が、図９に示される。なお、図９に示されるホルダーの構成要素で、図３に示される構成要素と類似のものは、図３の対応する参照番号に２００を加えて示される（例えば、部分１５は部分２１５になる）。構造ホルダー２１１の上部プレート１１３は、構造ホルダー２１１の使用中に、上部プレート２１３と構造９の上面８との間に、中央チャンバ２４０を形成するために適用されたリセスを含む。中央チャンバ２４０は、半導体構造９の上に上部プレート２１３を下げることにより形成される。リセスは、構造の歪みのかかった半径より小さい半径を有する。ここで使用するように、「歪んだ半径」は、構造ホルダー２１１の使用による構造９の拡張（変形）前の、構造の半径をいう。
【００６９】
上部プレート２１３は、ポンプ（図示せず）と流体接続して中央チャンバ２４０中の圧力Ｐ１を維持するベント２４６を含む。この方法では、中央チャンバ２４０と周辺チャンバ２１８との間に差圧が維持され、構造９を半径方向に拡張しても良い。周辺チャンバ２１８中の圧力Ｐ２より大きな圧力に、中央チャンバ２４０中の圧力Ｐ１を維持することにより、構造が拡張されても良い。圧力Ｐ１および／または圧力Ｐ２は、上述の範囲内である。
【００７０】
半径方向に拡張するための自己制御構造のホルダーの具体例が図１１に示される。図１１に示されるホルダーの構成要素で、図３に示される構成要素と類似のものは、図３の対応する参照番号に３００を加えて示される。構造ホルダー３１１の底部プレート３１５は、構造の拡張中に、構造の拡張を制限するための取り付けられた環状の壁３５２により規定されたリセスを含む。底部プレート３１５のリセスの半径は、構造の歪んだ半径より大きい。拡張中、構造９の半径は、構造が環状の壁３５２に接触するまで増加する。環状の壁３５２に接触した場合、構造９の拡張は停止する。
【００７１】
構造９を半径方向の拡張するための自己制御構造のホルダーの他の具体例が図１２に示される。図１２に示されるホルダーの構成要素で、図３に示される構成要素と類似のものは、図３の対応する参照番号に４００を加えて示される。構造ホルダー４１１は、構造９の拡張中に、構造の拡張を制限するように取り付けられた、周辺チャンバ４１８中の孔のあいた壁４５５を含む。壁４５５に形成された孔は、周辺チャンバ４１８を通って圧力を釣り合わせる。孔のあいた壁４５５は、半径方向の拡張中に、構造９の拡張を制限する。
【００７２】
構造を半径方向の拡張するための自己制御構造のホルダーの他の具体例が図１３に示される。図１３に示されるホルダーの構成要素で、図３に示される構成要素と類似のものは、図３の対応する参照番号に５００を加えて示される。構造ホルダー５１１の底部プレート５１５の周辺リング５２０は、使用前に、緩和された構造の比較的近傍まで延びる。拡張中、構造９は、周辺リング５２０に接触して、構造の拡張を制限するまで、半径方向に延びる。
【００７３】
構造を拡張する（即ち、引っ張る）ために、メインチャンバ中でより高い圧力が使用される代わりにまたは追加して、圧縮プレート６５９（図１０）が下方に向かって圧力ｐ１を構造に与えるために使用されても良い。図１０に示されるホルダーの構成要素で、図３に示される構成要素と類似のものは、図３の対応する参照番号に６００を加えて示される。圧力Ｐ２が、周辺チャンバ６１８中で維持される。構造９を拡張するための差圧を維持するために、Ｐ２はＰ１より小さい。上述のように、Ｐ１は少なくとも約１０ＭＰａだけＰ２より大きく、または他の具体例では、少なくとも約２０ＭＰａ、少なくとも約５０ＭＰａ、または少なくとも約７５ＭＰａ、Ｐ２より大きい（例えば、約１０ＭＰａから約１００ＭＰａ、約１０ＭＰａから約５０ＭＰａ、約１０ＭＰａから約２５ＭＰａ）。水力学、空気力学、または電気駆動を用いるような、いずれかの好適な方法で、圧縮プレート６５９を介して構造９に、力が加えられても良い。上述の自己制御の抑制は、圧縮プレート６５９と組み合わせて用いても良い。
【００７４】
構造を半径方向に拡張する構造ホルダーは、図１４に示すように、複数の構造を同時に拡張するように取り付けても良い。図１４に示されるホルダーの構成要素で、図３に示される構成要素と類似のものは、図３の対応する参照番号に７００を加えて示される。ホルダー７１１は、構造の周縁エッジ５に隣接する構造９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄに接触するように取り付けられた底部プレート７１５を含む。ホルダー７１１は、構造の周縁エッジ５に隣接する構造９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄに接触するように取り付けられた上部プレート７１３を含む。周辺チャンバ７１８は、底部プレート７１５、上部プレート７１３、および構造９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの周縁エッジ５の間に形成される。上部プレート７１３は、構造９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの表面に拡がるチャンバ７６０を含み、メインチャンバ（図示せず）中の圧力Ｐ１に構造を曝す。周辺チャンバ７１８は、圧力Ｐ２に維持される。
【００７５】
Ｐ２よりＰ１を大きく維持することにより、構造９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは半径方向に拡張する。Ｐ１とＰ２との差は、少なくとも１０ＭＰａであり、上述の範囲のいずれかにある。Ｐ１は、大気圧でも良く、そのような具体例では、上部プレート７１３は、分離したチャンバ７６０を含まない連続した部分でも良い。一方、図１４に示された基板ホルダーは、底部プレートと上部プレートのみを有するように記載され示されているが、ホルダーは、個々の構造や構造のグループをシールする複数の分離した底部プレートまたは上部プレートを有しても良いことを理解すべきである。さらに図１４に示される基板ホルダー７１１は、４つの構造を半径方向に拡張できるが、ホルダーは、制限なしに、より多くのまたは少ない構造が同時に拡張できるように配置しても良い。
【００７６】
複数の構造を処理するための自己制御構造ホルダーの具体例が、図１５に示される。図１５に示されるホルダーの構成要素で、図３に示される構成要素と類似のものは、図３の対応する参照番号に８００を加えて示される。底部プレート８１５は、構造９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを受けるように設けられた複数のリセスを含む。リセスは、環状の壁８５２ａ、８５２ｂ、８５２ｃ、８５２ｄにより規定される。環状の壁８５２ａ、８５２ｂ、８５２ｃ、８５２ｄは、構造９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの半径方向の拡張を制限するように機能する。
【００７７】
上述の装置に加えて、（クランプまたは他のグリップ要素を用いて周縁エッジにおいて）構造を掴み、構造を拡張する（引き延ばす）装置が、以下で述べる装置のように、ヘテロ構造を緩和するために用いられても良い。ここで図１６〜２１を参照して、構造に対して半径方向に移動可能な構造ホルダーを用いて、構造の拡張が達成可能である。そのような具体例では、構造ホルダーは、構造を拡張するための装置の一部でも良い。そのような装置は、図８に示す装置３６に類似し、その装置は、ホルダーがその中に配置されるメインチャンバ２７を形成するハウジング３５を含む。装置は、転位源層を活性化するために、図１６〜２１のいずれかの構造を用いることにより、拡張中に、構造９を加熱する加熱要素３０を含んでも良い。
【００７８】
ここで図１６を参照して、構造ホルダー１７２０は、ホルダーの中心軸Ａに向かう、複数の三角型のセグメント１７８５を含んでも良い。それぞれのセグメントは、少なくとも１つの、その中に形成された流体経路１７８７を有し、基板を真空に引く。セグメント１７８５は、中心軸Ａから外方に動いて、基板を拡張するように載置される。
【００７９】
図１７を参照して、装置９１１は、上部プレート９３１と底部プレート９３２を含み、基板９の上に保持力を与えるクランプでも良い。図１７に示すように、上部プレート９３１と底部プレート９３２は、リングである。上部プレート９３１は、他の形状を有しても良く、制限無しに基板９の全体を横切って延びても良い。上部プレート９３１と底部プレート９３２は、空気力学、水力学モーター等の使用を含むいずれかの機械的方法で、装置の中心から半径方向に外方に移動可能である。なお、そのような機械的方法は、以下に記載された構造ホルダー中の上部プレートおよび／または底部プレートのいずれかを動かすために使用しても良い。
【００８０】
ここで図１８を参照して、他の具体例では、構造ホルダー１０１１は、構造９の裏で、溝１１４８中に受け入れられるような大きさおよび形状の環状の突起１１４７を含む、ほぼ平坦な底部プレート１１４６を含む。突起１１４７は、構造９を拡張するように移動可能である。
【００８１】
幾つかの具体例で、図１９に示すように、構造ホルダー１２２０は、上部プレートから延びる環状のリング１２５２を有する上面プレート１２５０を含む。リング１２５２は、構造９に下方への力をかけ、加熱中に、構造の拡張中に、突起１２４７から除去されるのを防止する。この機能を達成する他の構造は、本発明の範囲内にあるものと考えられる。
【００８２】
他の具体例や図２０に示されるように、構造ホルダー１３２０は図１８、１９に示されるものと、同一または類似の底部プレート１３４６および突起１３４７を含む。基板ホルダー１３２０は、また、上部プレート１３５１と、構造９の表面で、溝１３５７中に受け入れられるような大きさおよび形状の表面突起１３５５を含む。
【００８３】
図２１を参照すると、構造ホルダー１６２０は、おおむね平坦な底部プレート１６８１とフランジ１６８３を含む。構造９は、構造の周縁エッジに近い構造の底部プレートに取り付けられたリング１６８０を含む。フランジ１６８３は、リング１６８０に噛み合うように配置される。サポート１６８１およびフランジ１６８３は、構造に対して動いて構造を拡張する。
【００８４】
幾つかの具体例では、構造を横切る差圧を減少させることにより（例えば、周辺チャンバまたはメインチャンバ中の圧力を増減することにより）、または装置が基板を掴む具体例中で与えられた応力を低減することにより、上述の装置により適用される応力が循環する。そのような循環は、構造で形成された弾性応力を開放しても良い。
【００８５】
ここで使用するように、「約」、「実質的に」、「本質的に」および「おおよそ」の用語は、寸法、濃度、温度、または他の物理特性または化学特性または特徴とともに使用した場合、特性または特徴の範囲の上限および／または下限に存在するばらつきをカバーすることを意味し、これは、例えば、四捨五入、測定方法、または他の統計的ばらつきの結果のばらつきを含む。
【００８６】
本開示またはその好適な具体例の要素を紹介する場合、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「その（ｓａｉｄ）」は、１またはそれ以上の要素があることを意味する。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」の用語は、包括的であることを意図し、列挙された要素の他に追加の要素があることを意味する。
【００８７】
上記装置および方法において、本開示の範囲から離れることなく、様々な変形が可能であるため、上記開示に含まれ、添付の図面に示された、全ての事項は、例示的で、限定する意図無しに解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年3月14日(2018.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、基板上に配置された表面層、および基板と表面層との間の界面を含むヘテロ構造であって、基板は中心軸、中心軸とほぼ直交する裏面、および中心軸を通って基板を横切って延びる直径を含むヘテロ構造中の歪を緩和するプロセスであって、
基板中に転位源層を形成する工程と、
基板を半径方向に拡張し、転位を形成して、転位源層から表面層に向かって転位を滑らす工程と、を含むプロセス。
【請求項２】
転位は、基板と表面層との界面に滑り、界面でミスフィット界面転位を形成する請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
基板は、シリコン、炭化シリコン、サファイア、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、窒化アルミニウム、砒化ガリウム、インジウムガリウム砒素、またはそれらの組み合わせからなるグループから選択された材料からなり、
表面層は、シリコン、炭化シリコン、サファイア、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、窒化アルミニウム、砒化ガリウム、インジウムガリウム砒素、またはそれらの組み合わせからなるグループから選択された材料からなる請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
基板は、シリコンからなり、表面層は、シリコンゲルマニウムからなる請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項５】
転位源層は、半導体材料を含むインゴットから基板をスライスして、
基板の裏面をラッピングして、
基板の裏面をサンドブラストして、または
基板の裏面を通って基板中にイオンを注入して、形成した請求項１〜４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項６】
基板は、ヘテロ構造を半径方向に拡張するとともに、少なくとも約５５０℃に加熱する請求項１〜５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項７】
半径方向の拡張中に、応力がヘテロ構造に適用され、応力は、少なくとも約５ＭＰａである請求項１〜６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項８】
基板は、少なくとも約１０秒間、半径方向に拡張される請求項１〜７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項９】
基板を半径方向に拡張する工程は、ヘテロ構造を半径方向に拡張する工程を含む請求項１〜８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１０】
半径方向に拡張する間に、応力Ｓ１がヘテロ構造に適用され、このプロセスは更に、応力Ｓ１から応力Ｓ２に低減する工程を含み、Ｓ２はＳ１より小さく、Ｓ２は転位が転位源層から形成される閾値より小さな応力であり、かつ転位を活性化して基板と表面層との界面に向かって滑らせる閾値より上であり、実質的に転位の無い基板を形成する請求項１〜９のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１１】
表面層は、基板の直径を横切って連続して延びる請求項１〜１０のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１２】
表面層は、不連続なセグメントを含む請求項１〜１０のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１３】
緩和されたヘテロ構造を準備するプロセスであって、
半導体基板の表面の上に表面層を堆積し、これにより表面層と基板との間に歪を形成する工程と、
請求項１〜１２のいずれかのプロセスにより、表面層と基板の中の歪を緩和する工程と、を含むプロセス。
【請求項１４】
半導体基板は格子定数ａＳを有し、表面層は格子定数ａＳＬを有し、ａＳＬ／ａＳの比は、約１より大きい請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
表面層は不連続なセグメントを含み、プロセスは更に、基板を半径方向に拡張した後に、半導体基板の表面上に半導体材料を堆積する工程を含み、堆積工程は基板の表面上に連続した表面層を形成する工程である請求項１３または１４に記載のプロセス。
【外国語明細書】
2018129514000001.pdf