(57)【要約】  本発明は、ドナー板（１０）から移転された層（２）が設けられた構造（３０）を形成する方法に関し、ドナー板は、移転の前に、第１のＳｉ１−ｘＧｅｘ層（１）と、Ｓｉ１−ｙＧｅｙで形成された、第１の層（１）の上に置かれた第２の層（２）と（ｘ，ｙは、それぞれ、０〜１の範囲であり、ｘはｙと異なる）を備える、方法において、ａ）原子種を注入し、第２の層（２）の下に平衡領域（４）を形成するステップと、ｂ）ドナー板（１０）を、レシーバウエハ（２０）に結合するステップと、ｃ）エネルギーを供給して、ドナー板（１０）から、平衡領域（４）において移転層（１’，２）を分離するステップと、ｄ）約１０００℃以上の温度で、５分を超えない期間にわたって、高速熱アニーリングを行なうステップと、ｅ）第２の層（２）に対する第１の層の残り部分（１’）を、選択的にエッチングするステップと、を備える。
2008527752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドナーウエハから取られた半導体材料の移転層を備える構造を形成する方法であって、前記ドナーウエハは、移転の前に、Ｓｉ１−ｘＧｅｘで形成された第１の層と、前記第１の層の上にＳｉ１−ｙＧｅｙで形成された第２の層と（ｘ，ｙは、それぞれ、０〜１の範囲にあり、ｘはｙと異なる）を備える、方法において、
ａ）原子種を注入し、前記第２の層の下に弱領域を形成するステップと、
ｂ）前記ドナーウエハを、レシーバウエハに結合するステップと、
ｃ）エネルギーを供給して、前記ドナーウエハから、前記弱領域において前記移転層を分離するステップと、
ｄ）約１０００℃以上の温度で、５分を超えない期間、高速熱アニーリングを行なうステップと、
ｅ）前記第２の層に対する前記第１の層の残り部分を、選択的にエッチングするステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
ステップｄ）は、約１０００〜約１２００℃の範囲の温度で、約１０〜約３０秒にわたって行われる、ことを特徴とする請求項１に係る形成方法。
【請求項３】
ステップｄ）は、約１１００℃の温度で、約１０秒にわたって行われる、ことを特徴とする請求項２に係る形成方法。
【請求項４】
ステップｄ）は、還元性雰囲気において行われる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに係る形成方法。
【請求項５】
ステップｄ）は、アルゴンおよび水素の還元性雰囲気、またはアルゴンの還元性雰囲気において行われる、ことを特徴とする請求項４に係る形成方法。
【請求項６】
前記第１の層の一部の犠牲酸化が、ステップｃ）とステップｄ）の間に行われる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに係る形成方法。
【請求項７】
少なくとも１つの結合表面のプラズマ活性化が、ステップｂ）の前に行われる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに係る形成方法。
【請求項８】
前記結合を補強するための、約３０分を超える熱処理が、ステップｂ）の後に行われる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに係る形成方法。
【請求項９】
前記熱処理は、ステップｄ）の前に、約３５０〜約８００℃の範囲の温度で、約３０分〜４時間にわたって行なわれる、ことを特徴とする請求項８に係る構造を形成する方法。
【請求項１０】
前記熱処理は、約３５０〜約７００℃の範囲の温度で行われる、ことを特徴とする請求項９に係る構造を形成する方法。
【請求項１１】
前記熱処理は、約６００℃の温度で行われる、ことを特徴とする請求項１０に係る構造を形成する方法。
【請求項１２】
前記熱処理は、同一の炉内で、ステップｃ）の後に、ステップｃ）に連続して行なわれる、ことを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれかに係る構造を形成する方法。
【請求項１３】
前記熱処理は、温度を、ステップｃ）の分離温度から前記熱処理のために選択された温度まで単に変えることを備える、ことを特徴とする請求項１２に係る構造を形成する方法。
【請求項１４】
ステップｃ）は、約６００℃で、約３０分〜約２時間の期間にわたって行われる、ことを特徴とする請求項１３に係る構造を形成する方法。
【請求項１５】
前記熱処理は、ステップｅ）の後に、約１０００〜約１１００℃の範囲の温度で、約２時間にわたって行われる、ことを特徴とする請求項８に係る構造を形成する方法。
【請求項１６】
ステップａ）の間に注入される前記原子種は、単一の原子で構成される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれかに係る構造を形成する方法。
【請求項１７】
ステップａ）の間に注入される前記原子種は、水素である、ことを特徴とする請求項１６に係る構造を形成する方法。
【請求項１８】
選択される水素ドーズは、３×１０１６〜１０×１０１６原子／ｃｍ２程度であり、水素注入エネルギーは、２０〜８０ｋｅＶの範囲から選択される、ことを特徴とする請求項１７に係る構造を形成する方法。
【請求項１９】
選択される水素ドーズは、６×１０１６原子／ｃｍ２程度であり、選択される水素注入エネルギーは、３０ｋｅＶ程度である、ことを特徴とする請求項１８に係る構造を形成する方法。
【請求項２０】
ステップａ）の間に注入される前記原子種は、２つの個別の原子を備え、ステップａ）は、これにより、共注入を構成する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれかに係る構造を形成する方法。
【請求項２１】
ステップａ）の前記共注入は、ヘリウムと水素の共注入である、ことを特徴とする請求項２０に係る構造を形成する方法。
【請求項２２】
選択されるヘリウムと水素のドーズは、それぞれ、１×１０１６原子／ｃｍ２程度および１×１０１６原子／ｃｍ２程度であり、ヘリウムおよび水素のために選択される注入エネルギーは、２０〜８０ｋｅＶの範囲にある、ことを特徴とする請求項２１に係る構造を形成する方法。
【請求項２３】
ヘリウムおよび水素のために選択される注入エネルギーは、それぞれ、５０ｋｅＶ程度および３０ｋｅＶ程度である、ことを特徴とする請求項２２に係る構造を形成する方法。
【請求項２４】
前記方法は、ステップｃ）の後に、機械研磨を行うステップを備えない、ことを特徴とする請求項１乃至請求項２３のいずれかに係る構造を形成する方法。
【請求項２５】
ステップｅ）の後に、前記第２の層上に、Ｓｉ１−ｙＧｅｙを結晶成長させ、前記第２の層を厚くするステップをさらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項２４のいずれかに係る構造を形成する方法。
【請求項２６】
前記第２の層は、弾性的な歪みＳｉ１−ｙＧｅｙで形成される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項２５のいずれかに係る構造を形成する方法。
【請求項２７】
前記ドナーウエハは、バルクＳｉで形成されたサポート基板と、前記第１および第２の層の下のＳｉＧｅバッファ構造とを備える、ことを特徴とする請求項２６に係る構造を形成する方法。
【請求項２８】
前記ドナーウエハは、前記第２の層の上に、Ｓｉ１−ｘＧｅｘで形成された第３の層をさらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項２５のいずれかに係る構造を形成する方法。
【請求項２９】
ステップｅ）の後に、前記第３の層に対する前記第２の層を、選択的にエッチングするステップをさらに備える、ことを特徴とする請求項２８に係る構造を形成する方法。
【請求項３０】
前記ドナーウエハは、バルクＳｉで形成されたサポート基板と、ＳｉＧｅバッファ構造と、Ｓｉ１−ｘＧｅｘで形成された第１の層と歪みＳｉ１−ｙＧｅｙで形成された第２の層とを交互に備える多層構造と、を備え、
同一のドナーウエハから、複数の移転を行うことを可能にする、ことを特徴とする請求項１乃至請求項２５のいずれかに係る構造を形成する方法。
【請求項３１】
歪みＳｉ１−ｙＧｅｙの各層は、限界平衡厚さよりも厚い、ことを特徴とする請求項２６乃至請求項３０のいずれかに係る構造を形成する方法。
【請求項３２】
ステップａ）の前に、前記歪み層を、約４５０〜約６５０℃の範囲の堆積温度で形成するステップをさらに備え、
堆積とステップｃ）で得られた分離との間に行われる前記処理は、前記堆積温度以下の温度で実施される、ことを特徴とする請求項３１に係る構造を形成する方法。
【請求項３３】
ｙは０に等しい、ことを特徴とする請求項２６乃至請求項３２のいずれかに係る構造を形成する方法。
【請求項３４】
ステップｂ）の前に、前記ドナーウエハおよび／または前記レシーバウエハ上に、結合層を形成するステップをさらに備え、
前記結合層は、例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４またはＳｉｘＯｙＮｚなどの、電気絶縁材料を備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３３のいずれかに係る構造を形成する方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の構造を形成する前記方法の、半導体オンインシュレータ構造の形成への適用。
【発明の詳細な説明】
【技術背景】
【０００１】
本発明は、ドナーウエハから取られた半導体材料の移転層を備える構造を形成する方法に関し、ドナーウエハは、移転の前に、Ｓｉ１−ｘＧｅｘで形成された第１の層と、第１の層の上のＳｉ１−ｙＧｅｙの第２の層と（ｘ，ｙは、それぞれ、０〜１の範囲にあり、ｘはｙと異なる）を備え、方法は、
ａ）原子種を注入し、第２の層の下に弱領域を形成するステップと、
ｂ）ドナーウエハを、レシーバウエハに結合するステップと、
ｃ）熱および／または機械エネルギーを供給して、ドナーウエハから、弱領域において移転層を分離するステップと、
ｄ）移転層を処理するステップと、
を順に備える。
【０００２】
この種の層の移転は、当業者によく知られたＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）技術を使用する。このような移転方法を採用した一例が、米国特許出願公開第２００４／００５３４７７号に述べられており、この特許文献では、第２の層の結晶構造が、第１の層の構造によって、弾性的に歪められている。
【０００３】
移転層を処理するためのステップｄ）は、欠陥領域を浮かせ取り、主にステップａ）およびｃ）を実行した結果生じる表面粗さを減少させるために、多くの場合、行う必要がある。欠陥領域の厚さは、典型的には、水素原子注入に関しては、約１５０ナノメートル（ｎｍ）である。
【０００４】
例として、表面粗さを除去するために、機械研磨すなわち化学機械平坦化（ＣＭＰ，chemical mechanical polishing）、および／または欠陥領域を犠牲的に酸化させるステップを行うことが可能である。
【０００５】
ステップｂ）に基づく結合は、従来、電気絶縁材料の層を介して行われているため、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ／Ｓｉ１−ｙＧｅｙオンインシュレータ構造などの、半導体オンインシュレータ（semiconductor-on-insulator）構造を、形成することができる。
【０００６】
米国特許出願公開第２００４／００５３４７７号に述べられているように、ステップｄ）に続くステップを行って、第１の層の残り部分を浮かせ取ることができ、よって、レシーバウエハ上の第２の層のみが、保持される。よって、Ｓｉ１−ｙＧｅｙオンインシュレータ構造を、形成することができる。
【０００７】
第１の層の残り部分を浮かせ取るための作業は、適切なエッチング剤を用いた選択的な化学エッチングによって、効率的に行うことができる。選択的な化学エッチングは、最終的に、良好な表面品質を有する所望の層を、層に損傷を与える大きすぎるリスクなしに、形成することができる（これは、単一の研磨のみが行われるべきであった場合に、当てはまる）。
【０００８】
しかし、選択的な化学エッチングは、エッチング表面の事前の準備を必要とし、これは、典型的には機械研磨手段を用いて行われる。このエッチングのための準備は、貫通欠陥すなわち穴を第２の層に生じることがある、局部的に不均一すぎるエッチングをその後に生じ得る、深刻な粗さを減少させるために、依然として必要とされる。
【０００９】
しかし、研磨および化学エッチングの連続処理は、分離後の仕上げステップ（および移転手順の全体）を、長く、複雑で、経済的に高価なものにする。
【００１０】
さらに、化学エッチングは、いくつかのケースでは、少なくとも、結合界面の部分的な非結合による問題を、結果として生じる。特に、化学エッチングは、結合層の側部を剥離する、すなわち、結果として生じる構造の側面から層が露出している箇所で、層を攻撃する場合がある。挙げられる例としては、歪みＳｉの下に埋め込まれたＳｉＯ２を備えるｓＳＯＩ（strained silicon on insulator）構造のＨＦ処理、または、ｓＳｉ／ＳｉＧｅＯＩ（strained silicon on SiGe on insulator）構造上のＨ２Ｏ２：ＨＦ：ＨＡｃ処理（ＨＡｃは酢酸の略）があり、これらの構造では、ＳｉＧｅおよび埋め込まれたＳｉＯ２の層が、歪みＳｉの層の下でエッチングされやすくなっている。
【００１１】
よって、最終製品の品質に関しては、得られる結果は、満足のいくものではない。
【００１２】
この問題を克服するために考えられる１つの代替案は、エッチング剤をさらに希釈して、それらの作用をよりよく制御できるようにすることである。しかし、この解決策は、処理時間を大幅に増加させることとなるため、満足のいくものではなく、剥離の問題を完全には解決しない。
【００１３】
考えられるさらなる解決策は、エッチングの前に結合界面を補強して、界面をより化学薬品に耐えられるようにすることである。このために、分離後の安定化熱処理を、約１０００℃以上で、数時間にわたって行うことが考えられる。
【００１４】
しかし、ＳＯＩ（silicon on insulator）構造を形成する場合によく知られているこの解決策は、Ｓｉ１−ｘＧｅｘとＳｉ１−ｙＧｅｙの不均一層を移動させるには、適切ではない。実際には、このような熱処理は、Ｇｅを、最も高いＧｅ含有量を有する層から、最も低いＧｅ含有量を有する層に向けて拡散させるため、Ｇｅ含有量を、２つの層を越えて均質化する傾向があり、このため、これらの２層の物理および電気特性を差別化することができなくなる。
【００１５】
２つの層が、基本的に同一となった場合、後続のエッチングを選択的にできなくなる。
【００１６】
さらに、多くの場合、１つの層から他へのどのような拡散も、避けることが望ましい。これは、第２の層が、歪みＳｉ（すなわちｙ＝０）で形成される場合、および、前記構造の電気的特性から十分なメリットを得る（すなわち、増加した電荷の移動性）ように、最終的なｓＳＯＩ構造を得るべきである場合に、特に当てはまる。
【００１７】
このため、処理温度は、１つの層から他へのＧｅの拡散によって制限され（前記拡散は、典型的には約８００℃で開始する）、従って、低温補強は、部分的にしかできない。このようにして、剥離の問題が存続する。
【００１８】
本発明の１つの目的は、仕上げの化学エッチングを行う際に、結合層の側での剥離を避けることである。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、処理時間、経済的コスト、およびステップｃ）の後に移転層に行われる処理の数を減少させ、特に、機械研磨の使用を省くことである。
【００２０】
本発明のさらに他の目的は、歪みＳｉまたはＳｉＧｅなどの、Ｓｉよりも安定性が低い材料を含む移転層を備える半導体オンインシュレータ構造などの構造を提供することである。
【００２１】
本発明のさらに他の目的は、移転層を処理する間に犠牲にされる材料の量を減少させることである。
【００２２】
本発明のさらなる目的は、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）技術を採用した全体の移転方法に容易に統合可能な、移転層を処理する簡潔な方法を提案することである。
【００２３】
本発明は、これらの問題を、第１の態様においては、ドナーウエハから取られた半導体材料の移転層を備える構造を形成する方法を提案することによって克服することを意図しており、ドナーウエハは、移転の前に、Ｓｉ１−ｘＧｅｘで形成された第１の層と、第１の層の上にＳｉ１−ｙＧｅｙで形成された第２の層と（ｘ，ｙは、それぞれ、０〜１の範囲にあり、ｘはｙと異なる）を備え、方法は、
ａ）原子種を注入し、第２の層の下に弱領域を形成するステップと、
ｂ）ドナーウエハを、レシーバウエハに結合するステップと、
ｃ）エネルギーを供給して、ドナーウエハから、弱領域において移転層を分離するステップと、
ｄ）約１０００℃以上の温度で、５分を超えない期間、高速熱アニーリング（ＲＲＴＡ）を行なうステップと、
ｅ）第２の層に対する第１の層の残り部分を、選択的にエッチングするステップと、
を連続して備える。
【００２４】
本発明の他の可能性のある特徴は、以下の通りである。
・ステップｄ）は、約１０００〜約１２００℃の範囲の温度で、約１０〜約３０秒にわたって行われる。
・ステップｄ）は、約１１００℃の温度で、約１０秒にわたって行われる。
・ステップｄ）は、還元性雰囲気において行われる。
・ステップｄ）は、アルゴンおよび水素の還元性雰囲気、またはアルゴンの還元性雰囲気において行われる。
・第１の層の一部の犠牲酸化が、ステップｃ）とステップｄ）の間に行われる。
・少なくとも１つの結合表面のプラズマ活性化が、ステップｂ）の前に行われる。
・結合を補強するための、約３０分を超える熱処理が、ステップｂ）の後に行われる。
・ステップａ）の間に注入される原子種は、単一の原子で構成される。
・ステップａ）の間に注入される原子種は、２つの個別の原子を備え、ステップａ）は、これにより、共注入を構成する。
・方法は、ステップｃ）の後に、機械研磨を行うステップを備えない。
・方法は、ステップｅ）の後に、第２の層上に、Ｓｉ１−ｙＧｅｙを結晶成長させ、前記第２の層を厚くするステップをさらに備える。
・第２の層は、弾性的な歪みＳｉ１−ｙＧｅｙで形成される。
・ドナーウエハは、第２の層の上に、Ｓｉ１−ｘＧｅｘの第３の層をさらに備える。
・ドナーウエハは、バルクＳｉで形成されたサポート基板と、ＳｉＧｅバッファ構造と、歪みＳｉ１−ｙＧｅｙ層の第２の層と交互に位置するＳｉ１−ｘＧｅｘの第１の層を備える多層構造と、を備え、同一のドナーウエハから、複数の移転を行うことを可能にする。
・歪みＳｉ１−ｙＧｅｙの各層は、限界平衡厚さよりも厚い。
・方法は、ステップｂ）の前に、ドナーウエハおよび／またはレシーバウエハ上に、結合層を形成するステップをさらに備え、結合層は、例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、またはＳｉｘＯｙＮｚなどの、電気絶縁材料を備える。
【００２５】
第２の態様によると、本発明は、構造を形成する前記方法の、半導体オンインシュレータ構造の形成への使用を提案する。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明のさらなる特徴、目的、および利点は、非限定の例として提供され、添付の図面を参照して構成された、以下の方法の好適な実施の詳細な説明から明らかとなる。
【００２７】
以下、タイプＩＶ材料または合金、特にＳｉおよびＳｉＧｅで形成された、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）によって移転される層に基づいて、本発明の方法および本発明の使用の例を挙げる。
【００２８】
図１ａ〜図１ｅは、ドナーウエハ１０から、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（ｘ∈［０；１］とする）によって形成された第１の層１、および、Ｓｉ１−ｙＧｅｙ（ｙ∈［０；１］かつｙ≠ｘとする）によって形成された第２の層２を、移転して、レシーバウエハ２０に移動させる、本発明に係る第１の方法を示している。
【００２９】
図１ａは、Ｓｉ１−ｘＧｅｘで形成された第１の層１と、移転されるべきＳｉ１−ｙＧｅｙで形成された第２の層２とを備えるドナーウエハ１０を示している。
【００３０】
従来のように、Ｓｉ１−ｘＧｅｘを含むドナーウエハ１０は、Ｓｉで形成されたバルク基板５を備え、バルク基板５の上には、例えば結晶成長によって、異なる層で構成されたＳｉＧｅで形成されたバッファ構造（図示せず）が形成されている。特に、このバッファ構造は、そのＧｅ含有量について、バルクＳｉ基板での０％から、Ｓｉ１−ｘＧｅｘで形成された第１の層１（これも、好ましくは結晶成長で形成される）との界面での約１００×％までの漸進的な変化を持つことが可能である。Ｓｉ１−ｘＧｅｘの層の選択された厚さは、例えば、約１マイクロメートルとすることができる。
【００３１】
Ｓｉ１−ｙＧｅｙの第２の層は、Ｓｉ１−ｘＧｅｘで形成された第１の層１上に形成される。第１のケースでは、第２の層は、第１の層１の形成から直接継続して、そのままの位置で成長される。第２のケースでは、第２の層２は、例えばＣＭＰ研磨によって第１の層１の表面を準備する、短いステップの後で成長される。
【００３２】
第２の層２は、ＣＶＤおよびＭＢＥ（chemical vapor deposition（化学蒸着法）およびmolecular beam epitaxy（分子線エピタキシー））などの既知の技術を用いたエピタキシャル成長によって、有利に形成される。これにより、Ｓｉ０．８Ｇ０．２で形成された第１の層１および歪みＳｉ（すなわちｙ＝０）で形成された第２の層２に関しては、約１００〜約８００オングストロームの範囲の厚さを有する第２の層を形成することができる。
【００３３】
２つの層１および層２におけるシリコンの濃度が異なる場合、第２の層２は、第１の層１によって歪められ、その格子パラメータは、その成長基板の格子パラメータと実質的に同一となり、第２の層２に、内部的な弾性歪みを与える。前記内部の歪みは、第２の層２の合金内のシリコンの量が、第１の層１よりも大きい場合、伸張性であり、逆の場合は、圧縮性である。かなり薄い第２の層を、形成する必要があり、限界平衡厚さより上の厚すぎる層は、その膜の厚みにおける歪みを、Ｓｉ１−ｙＧｅｙの公称格子パラメータの方向に緩和させる場合があり、および／または、欠陥を生じさせる場合がある。この問題についての詳細は、フリードリッヒ  シャフラー（Friedrich Shaffler）による、“高移動性のＳｉおよびＧｅ構造（High Mobility Si and Ge structures）”と題された文献（半導体化学技術（Semiconductor Science Technology）、１２（１９９７）１５１５〜１５４９頁）を参照されたい。
【００３４】
しかし、十分に低い温度で歪み材料を堆積する特定のケースでは、前記第２の歪み層２を、限界平衡厚さ（後述する）よりも厚い厚さで形成することも、可能となるであろう。
【００３５】
ここで図１ｂを参照すると、次いで、ドナーウエハ１０内の第２の層２の下に、弱領域４が形成される。特に、前記注入は、（図１ｂに示すように）Ｓｉ１−ｘＧｅｘの第１の層１内で行うことができる。
【００３６】
この弱領域４は、原子種を注入することによって形成され、原子種のドーズ、性質およびエネルギーを選択して、注入深さおよび弱さの度合いが決定される。特に、注入エネルギーは、弱領域が第２の層２の下に形成されるように、決定される。約０．５マイクロメートル以上の厚さを有する第１の層１に対して、および、約１００〜約８００オングストロームの範囲の、例えば約２００オングストロームの厚さを有する第２の層２に対して、前記弱領域４は、約１５００〜約３０００オングストロームの間、より詳しくは約２０００オングストロームで形成することができる。
【００３７】
例えば、水素種を、２０キロエレクトロンボルト（ＫｅＶ）〜８０ｋＶの範囲のエネルギー、および３×１０１６原子／平方センチメートル（原子／ｃｍ２）〜１０×１０１６原子／ｃｍ２のドーズで、より詳しくは、３０ＫｅＶのエネルギー、および約６×１０１６原子／ｃｍ２のドーズで、注入することが可能である。このようにして、１０００〜５０００オングストローム程度の注入深さが得られる。
【００３８】
任意的なものではあるが、原子種の注入を決定するパラメータを調整して、分離後に弱領域４に現れる粗さを最小化する。実際には、分離後の粗さの度合いは、これらのパラメータに、部分的にリンクする。このため、水素と、ヘリウムまたはアルゴンあるいは他の不活性ガスとの共注入などの、原子種の共注入を選択することが可能である。共注入のケースでは、弱領域４は、多くの場合、単純な注入よりも薄いことが指摘されている（詳細については、特に、仏国特許出願第０４／０９９８０号を参照されたい）。
【００３９】
約１×１０１６／ｃｍ２、および約２０〜約８０ｋｅＶの範囲のエネルギーでのヘリウムと、１×１０１６／ｃｍ２、および約２０〜約８０ｋｅＶの範囲のエネルギーでの水素とによる共注入の場合、１０００〜５０００オングストローム程度の注入深さを得ることが可能である。
【００４０】
図１ｃを参照すると、注入を経たドナーウエハ１０の表面に、レシーバウエハ２０を結合するステップが、行われる。
【００４１】
レシーバウエハ２０は、バルクＳｉまたは他の材料から、形成してもよい。
【００４２】
結合ステップの前に、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉｘＯｙＮｚを備える層などの結合層を、結合されるべきそれぞれの表面の一方および／または他方に、形成してもよい。前記結合層を形成するために使用される技術は、第２の層２内の歪みにおけるどのような劣化または第１の層１におけるどのような結果としての拡散も避けるために、堆積であってもよい。
【００４３】
レシーバウエハ２０を、ドナーウエハ１０と接触させる前に、任意ではあるが、結合されるべき表面のうちの少なくとも一方を、ＳＣ１およびＳＣ２溶液、オゾン含有溶液、またはその他などの、表面洗浄および準備のための既知の技術を使用して、準備することができる。
【００４４】
結合されるべき２つの表面のそれぞれの親水性を考慮すると、結合自体は、そもそも、分子結合によって行われてもよい。
【００４５】
結合を行う直前に、一方または両方の結合表面のプラズマ活性化を行うことも可能であり、これは、主として、高温熱処理を行うことなく将来の結合界面を補強することを可能にする。特に、結合の後および移転の後に、最後に、結合エネルギーが、約０．８ジュール／平方メートル（Ｊ／ｍ２）以上となるように、プラズマ活性化を行うことができる。プラズマは、例えば、ＡｒまたはＮ２などの不活性ガス、あるいはＯ２などの酸化ガスから得ることができる。
【００４６】
任意的なものではあるが、結合の前に、将来の結合表面の補強のために、低温アニーリング熱処理（８００℃以下）を行ってもよい。
【００４７】
図１ｄは、弱領域４での弱い結合を破壊するのに十分な熱および／または機械エネルギーを供給することによる、弱領域４での移転層の分離を示しており、これにより、ドナーウエハ１０は、第１の層１”である残部を備える第１の部分１０’と、第１の層１’である他部および第２の層２を備える第２の部分３０とに分離される。前記熱エネルギーは、このとき、弱領域４において、密閉されたガス状の種に対する熱効果を生じて、弱結合の破裂を起こすのに十分となるかもしれない。
【００４８】
分離は、約３００〜約６００℃の範囲の温度で、温度が低いかまたは高いかに応じて、それぞれ、長い時間または短い時間、行ってもよい。
【００４９】
例として、Ｓｉ１−ｘＧｅｘとＳｉ１−ｙＧｅｙとで形成された移転されるべき層に対して、約５００〜約６００℃の温度で、１５〜３０分、最大で２時間の期間にわたって、より詳しくは約６００℃で、熱処理を行うことが可能である。
【００５０】
分離が、熱処理のみによって行われる場合、分離は、ドナーウエハ１０’の残部との接触を必ずしも引き離すことなく、起こるかもしれない。
【００５１】
この場合、任意であるが、ウエハを（分離熱処理が行われた）炉から取り出すことなく、かつ、より時間がかかり、適当な装置の使用を必要とする追加的な作業を行うことなく、分離の後に新たな熱処理を、行ってもよい。さらに、ドナーウエハ１０’の残部は、移転された第１の層１’および第２の層２を、生じ得る不純物、酸化体、または他の種から保護し、このことは、新たな熱処理を異なる雰囲気で行う可能性を、提案する。
【００５２】
熱処理は、明らかに、ウエハが物理的に分離された（かつ分離炉から取り出された）後に行なうこともできる。前記熱処理は、結合の前に行われる任意のプラズマ活性化に加えて、またはその代わりに、行うことができる。全てのケースで、結合界面６を補強するための熱処理は、約３５０〜約８００℃の範囲、特に約３５０〜約７００℃の範囲、より詳しくは約６００℃の温度で、約３０分〜約４時間にわたって維持して行われ、かつ、結合を十分に補強するために行われる（よって、移転に続いて選択的なエッチングが行われる間に、側部を剥離するリスクを避けることができる）。
【００５３】
本発明によると、先行する結合界面を補強するステップの有無によらず、分離に続いて、高速熱アニーリング（ＲＴＡ）が、１０００℃以上の温度で、約５分を超えない期間にわたって行なわれる。
【００５４】
前記ＲＴＡは、好ましくは、アルゴンと水素またはアルゴン単独の雰囲気などの、還元性雰囲気で行われる。
【００５５】
例として、前記ＲＴＡは、約１０００〜約１２００℃の間で、約１０〜約３０秒にわたって、特に約１１００℃で、約１０秒にわたって行ってもよい。
【００５６】
１０００℃以上の前記温度は、異なるＧｅ濃度を有する２つの層１および層２が存在する場合は、従来使用されなかった温度である。実際に、最も高いＧｅ濃度を有する層から、最も低い濃度を有する層へのＧｅの拡散を引き起こす温度で行われる熱処理は、Ｇｅ含有量を、２つの層にわたって均一化させる傾向があり、よって、２つの層の物理的および電気的特性は、もはや区別できなくなることが認識されている（例えば、Ｍ  グリグリオーネ（Griglione）らによる、“不活性および酸化雰囲気におけるＳｉ１−ｘＧｅｘ／Ｓｉの単一の量子井戸でのＧｅの拡散（Diffusion of Ge in Si1-xGex/Si single quantum wells in inert and oxidizing ambients）”と題された文献（２０００年８月１日付けの応用物理学ジャーナル（Journal of Applied Physics）、ｖｏｌ  ８８、ｎ°３）を参照）。前記拡散は、本発明との関係において、および従来の方法の大部分において望まれないものであり、これは特に、層１’および層２の差別化は、その後、第２の層２に対する第１の層１’の選択的なエッチングを、行うことを可能にするからである。この理由から、既知の方法は、上述したように、１０００℃未満、より詳しくは８００℃未満に止まる技術を用いて行われてきた（特に仏国特許出願第０４／０９９８０号を参照）。
【００５７】
しかし、本出願者は、分離の直後に得られたＳｉ１−ｘＧｅｘ／歪みＳｉ１−ｙＧｅｙ／ＳｉＯ２／バルクＳｉウエハ構造についての一連の試験を行い、この試験により、８００℃以上での処理の間のＧｅの拡散が、先に提案されたものほど顕著でないことが示された。特に、本出願者は、上述したようなＲＴＡを、第１の層１’および第２の層２の間での大きな拡散なしに、行うことができることを、実証した。
【００５８】
図４は、本出願者によって得られた一連の結果を示している。
【００５９】
移転層１’および２を分離した後に得られた、図１ｅに示された構造３０とそれぞれ類似する構造３０に対して、測定が行われた。この試験の状況では、第１の層１’が、２０％ゲルマニウム（すなわちｘ＝０．２）で形成され、約２００オングストロームの厚さであり、第２の層２は、歪みシリコン（すなわちｙ＝０）で形成され、約２００オングストロームの厚さであった。
【００６０】
図４のグラフの横座標は、第１の層１’の自由表面からの、テストサンプル内の測定された深さを示している。
【００６１】
図４は、第１の層１’および第２の層２の間の界面を表す縦ライン１２によって分離された、第１の層１’を表す左側部分１’と、第２の層２を表す右側部分２とに分割されている。
【００６２】
図４の“ｙ”軸は、測定によって見出されたゲルマニウムの濃度を示している。
【００６３】
測定は、７５０℃、８００℃および８５０℃の温度で４時間にわたる熱処理を経た後の３つのサンプルに対して、二次イオン質量分析によって行われた。それぞれの結果は、拡散プロファイル６２、６３、および６４で示されている。
【００６４】
従来技術で観察されたものによると、約８００℃から上昇された温度が高くなるほど、Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２の層１’の下にあるシリコンの層２の厚み内のゲルマニウムの拡散が大きくなることが観察されている。
【００６５】
図４は、Ｍ  グリグリオーネ（Griglione）らによる、“不活性および酸化雰囲気におけるＳｉ１−ｘＧｅｘ／Ｓｉの単一の量子井戸でのＧｅの拡散（Diffusion of Ge in Si1-xGex/Si single quantum wells in inert and oxidizing ambients）”と題された文献（２０００年８月１日付けの応用物理学ジャーナル（Journal of Applied Physics）、ｖｏｌ  ８８、ｎ°３）において提供されたデータから論理的に計算された拡散プロファイルも含んでおり、この文献では、緩和シリコン／Ｓｉ０．８５Ｇｅ０．２５の層の試験が行われている。次いで、７５０℃、８００℃、８５０℃の各温度での４時間にわたる熱処理を、計算に統合した後、拡散プロファイル５２，５３，５４が見出された。
【００６６】
測定された拡散プロファイル６２，６３，６４と、対応する熱拡散プロファイル５２，５３，５４とをそれぞれ比較することにより、緩和Ｓｉの第２の層２の論理的ケースよりも、本出願者により行われた測定の状況での歪みＳｉの第２の層２内で、第１の層１’との界面１２から離れるに連れて、著しく少ないＧｅが見出されたことが分かる。測定値と論理値の間における、このＧｅ濃度の差は、２つの層間の界面１２から離れるにつれて、いっそう大きくなる。特に、界面１２より下の約１０オングストロームの深さから、論理と測定の差が大きくなる。前記差は、以下の表にまとめられており、論理的に計算されたＧｅ濃度と、本出願者によって測定されたＧｅ濃度との間の比率が示されている。
【表１】
2008527752.tif 000003
【００６７】
論理値と測定値の間の差は、７５０℃で行われた従来の熱処理のケースでは、より小さかった―拡散プロファイル６２および５２を参照されたい。さらに、熱処理を経てないサンプルでの測定は、７５０℃で処理されたサンプルに対して生成されたプロファイルと実質的に同一の拡散プロファイルを生成した。よって、本出願者は、拡散プロファイルが周囲温度と７５０℃の間で実質的に変化しないことを確認した。
【００６８】
対照的に、本出願者は、拡散プロファイル６２および６３が、従来技術の拡散プロファイル（すなわち、拡散プロファイル５３，５４）よりも、初期プロファイル（エピタキシー後）に近づく傾向があることを示した。
【００６９】
ここで図５を参照すると、本出願者は、拡散係数“Ｄ”（平方センチメートル／秒の単位）（すなわちｙ軸）を、サンプルに対して行われる熱処理の温度の関数として計算した（横座標は、１００００倍されたケルビン単位での温度“Ｔ”の逆を表している）。
【００７０】
点８３および８４は、それぞれ、図３の測定された拡散プロファイル６３および６４から見出された拡散係数を示している。点７３および７４は、グリグリオーネによって見出されており（上述の参考文献を参照）、８００℃および８５０℃での４時間にわたるそれぞれの熱処理の後に見出された拡散に対応する。
【００７１】
よって、歪みＳｉの第２の層２内での拡散係数は、考察されている温度下では、緩和Ｓｉの第２の層２よりも、４分の１程度低いことが分かる。
【００７２】
よって、本出願者によって得られた結果は、Ｇｅの拡散が、歪みＳｉの第２の層２のケースでは、緩和Ｓｉの第２の層２のケースと比べて、驚くほど減少されていることを示している。従って、従来使用されている温度よりも高い温度で行われる分離後の熱処理を、考えることができる。
【００７３】
このようにして、本出願者は、本発明に従って高温の高速熱アニーリング（ＲＴＡ）を行い、歪みＳｉの第２の層２内のゲルマニウムの拡散へのその影響は、従来技術から推論され得た影響よりも、大幅に低いことを実証した。
【００７４】
このように、ＲＴＡの実行は、選択的エッチング前の分離後の粗さの減少、および結合界面の十分な安定化の両方が可能であり、前記選択的エッチングの間の剥離による問題を制限する。
【００７５】
前記分離後の粗さは、従来、先に述べたように（ＨとＨｅの共注入）、前もって実施条件に適合させることによって、および／または６００℃での破壊（fracture）アニーリングによって制限されて、粗さが減少されていた。
【００７６】
さらに、ＲＴＡは、結果として、仏国特許出願第０３／０２６２３号に述べられるように、ウエハ側のＳｉＧｅの層を平滑化することにより、酸化層の封入を生じることができ、これはさらに、選択的エッチングの際の界面での剥離問題を制限する傾向がある。
【００７７】
任意に、ＲＴＡの前に、第１の層１’の一部分の犠牲酸化を行うことが可能であり、これは次いで、エッチングによって浮かせ取るべきＳｉ１−ｘＧｅｘの厚さを減少させ、ＲＴＡを行う前にさらに粗さを減少させる効果を有する。
【００７８】
前記犠牲酸化は、例えば、６５０℃未満の温度で行われる。浮かせ取るべき厚さは、残りの第１の層１’の厚さに応じて、約５００〜約１５００オングストローム、好ましくは約１０００オングストロームとしてもよい。
【００７９】
図１ｆにおいて、Ｓｉ１−ｘＧｅｘの第１の層１’は、任意に移転され、最終的な歪みＳｉ１−ｙＧｅｙオンインシュレータ構造が得られる。任意に、歪みＳｉ１−ｙＧｅｙ層を、エピタキシーによって厚くしてもよい。
【００８０】
Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１’を、選択的に除去するために、存在する材料に適合された化学薬品を用いて、選択的な化学エッチングを行ってもよい。
【００８１】
よって、第１の例では、第２の層２は、歪みＳｉ（すなわち、ｙ＝０）で形成される。次いで、ＨＦ：Ｈ２Ｏ２：ＣＨ３ＣＯＯＨ、ＳＣ１（ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ）、またはＨＮＡ（ＨＦ／ＨＮＯ３／Ｈ２Ｏ）を使用して、第１の層１’の残りを除去することが可能である。
【００８２】
ＳｉＧｅとｓＳｉの間での、約４０：１の選択性を、ＣＨ３ＣＯＯＨ／Ｈ２Ｏ２／ＨＦにより達成することが可能である。
【００８３】
ＣＨ３ＣＯＯＨ／Ｈ２Ｏ２／ＨＦについて選択可能である濃度の一例は、４：３：０．２５であり、ＳＣ１については、１：１：５である。
【００８４】
エッチング時間は、エッチングの速度に直接相関する。時間は、典型的には、ＣＨ３ＣＯＯＨ／Ｈ２Ｏ２／ＨＦで、８００オングストロームをエッチングするのに、約５分である。
【００８５】
第２の例では、第１の層１’は、２０％以下のＧｅ濃度（すなわちｘ≦０．２）を有し、第２の層２は、２５％を超えるＧｅ濃度（すなわちｙ≧０．２５）を有する。次いで、ＴＭＡＨまたはＫＯＨを使用して、第１の層１’の残りを除去することが可能である。
【００８６】
結合界面の補強および／または犠牲酸化のために、従来の共注入および／またはプラズマ活性化および／または低温熱処理と任意に組み合わせて、ＲＴＡを行うことは、移転層１’および２の表面粗さおよび厚さの非均一性を著しく減少させ、よって、従来技術とほぼ同じ選択的エッチングを行うことを可能にするが、従来の機械研磨を行う必要性などから生じ得る不利益を無くすことができる。
【００８７】
さらに、結合の補強（少なくともＲＴＡによって行われる）は、上述したエッジの剥離により生じる問題を克服するのに十分である。
【００８８】
Ｇｅが拡散できた可能性がある少量の材料を浮かせ取るための選択的エッチングに続いて、最後に、歪みＳｉ１−ｙＧｅｙの層の表面層の微細エッチング（例えばＳＣ１処理による）を行ってもよい。
【００８９】
選択的エッチングの後に残る粗さをさらに平滑化する必要がある場合、方法を、任意に、結合界面を閉じる高温安定化ステップにより、および／または炉アニーリングまたはＲＴＡにより終了させて、歪みＳｉ１−ｘＧｅｘ層の最終的な平滑化を行ってもてもよい。
【００９０】
任意に、最終的な結晶成長ステップ（エピタキシー、例えばＭＢＥまたはＣＶＤ）を行って、歪みＳｉ１−ｙＧｅｙで形成された第２の層２を厚くすることもできる。
【００９１】
本発明の第２の変形によれば、ここで図２ａおよび図２ｂを参照すると、ドナーウエハ１０は、移転の前に連続して、Ｓｉ１−ｘＧｅｘで形成された第１の層１と、歪みＳｉ１−ｙＧｅｙで形成された第２の層２と、Ｓｉ１−ｘＧｅｘで形成された第３の層３とを備える。次いで、本発明に従い、弱領域を、第２の層２の下、例えば第１の層１内に形成する。ＲＴＡの後に、先に述べたように、Ｓｉ１−ｘＧｅｘの選択的エッチングを行って、歪みＳｉ１−ｙＧｅｙで形成された第２の層２と、Ｓｉ１−ｘＧｅｘで形成された第３の層３とを有する、最終的な歪みＳｉ１−ｙＧｅｙ／Ｓｉ１−ｘＧｅｘオンインシュレータ構造３０を（図２ｂで示されるように）生成することができる。
【００９２】
任意に、歪みＳｉ１−ｙＧｅｙで形成された第２の層を、結晶成長によって厚くすることができる。
【００９３】
任意に、かつ代替として、第２の選択的歪みＳｉ１−ｙＧｅｙ化学エッチングステップを、次いで行なってもよい。
【００９４】
ｘ＝０である場合（すなわち、第２の層２が、歪みＳｉで形成される）、例えばＫＯＨ（potassium ammonium：水酸化カリウム）、ＮＨ４ＯＨ（ammonium hydroxide：水酸化アンモニウム）、ＴＭＡＥ（tetramethyl ammonium hydroxide：テトラメチル水酸化アンモニウム）、ＥＤＰ（ethylene diamine/pyrocatechol/pyrazine：エチレンジアミン／ピロカテコール／ピラジン）に基づく化学種を、次いで採用することもできる。この場合、歪みＳｉで形成された第２の層２は、Ｓｉ１−ｘＧｅｘで形成された第３の層３を、最初の化学攻撃から保護するストップ層としてのみ機能する。このようにして、ＳｉＧｅＯＩ構造３０（図示せず）が得られる。任意に、歪みＳｉの層を、ＳｉＧｅＯＩ上に成長させることができ、すると、前記新たな歪み層は、既にエッチングされた第１の層１よりも品質の良い結晶構造を有するかもしれない。
【００９５】
本発明の第３の変形においては、図３ａおよび図３ｂを参照すると、ドナーウエハ１０は、移転の前に、交互に位置するＳｉ１−ｘＧｅｘで形成された第１の層１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅと、歪みＳｉ１−ｙＧｅｙで形成された第２の層２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅとを備える、多層構造を備える。本発明の複数の移転ステップを、次いで、同一のドナーウエハ１０から行うことができ、そして、各移転に続いて、ドナーウエハ１０の残り部分をリサイクルして、新たな移転のために準備がなされる。よって、例えば、歪みＳｉ１−ｙＧｅｙオンインシュレータの第１の構造３０Ａと、第２の歪みＳｉ１−ｙＧｅｙオンインシュレータ構造３０Ｂは、同一のドナーウエハ１０で形成される。この種の移転は、米国特許出願第２００４／００５３４７７号に開示されている。
【００９６】
本発明の特定のケースでは、ドナーウエハ１０の各歪み層［図１ａ〜図１ｆ、図２ａおよび図２ｂの“２”、ならびに図３ａおよび図３ｂの“２Ａ”、“２Ｂ”、“２Ｃ”、“２Ｄ”または“２Ｅ”］は、厚くなっており、すなわち、その厚さは、その弾性的歪みを緩和させることなく、限界平衡厚さ（弾性的ストレスが緩和し始める厚さ）よりも大きくなっている。これは、低温エピタキシャル形成により可能になっている。例えば、Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２で形成された成長サポート上に、約４５０〜約６５０℃の範囲の温度で体積された歪みＳｉの層は、典型的には、前記歪みをどのように緩和させることもなく、約３０〜約６０ｎｍの範囲の厚さに達することが可能である。
【００９７】
このような厚い歪み層が、このように形成された場合、その後の処理において、特定の制限温度（堆積温度に近い）を超えないように、特に、層の堆積と、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）による層の分離の間の処理において、歪みの緩和を避けるように、注意する必要がある。
【００９８】
この厚い歪み層のケースでは、次いで、（上述したような）結合の前のプラズマ活性化が、約１００℃未満の典型的な周囲温度で、有利に行われる。さらに、ＳｉＯ２などの誘電体材料の少なくとも１つの結合層が、一方または両方の結合されるべき表面に、有利に形成され、誘電体材料の前記層は、その後（すなわち、分離の後）、弾性的歪みの保持を助ける。プラズマ活性化の補足として、（上述したように）温度Ｔでの分離後の熱処理を、行うことができ、Ｔは、結合層が設けられていないケースで、厚い歪み層が堆積された温度よりも、有利に低くなっている。
【００９９】
明らかに、当業者は、Ｓｉ１−ｘＧｅｘおよびＳｉ１−ｙＧｅｙ層に、少しの種が加えられた場合、例えば、少量（約５％以下）のドーピング種および／または炭素を加えて、本発明を容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】図１ａ〜図１ｆは、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）により移転された層を備える構造を形成する、本発明に係る方法の種々のステップの図である。
【図２】図２ａおよび図２ｂは、本発明の第１の変形例の図である。
【図３】図３ａおよび図３ｂは、本発明の第２の変形例の図である。
【図４】図４は、本発明に基づいて取った歪みシリコンの層でのゲルマニウムの濃度を決定するために、二次イオン質量分析により行われた測定の結果を示しており、文献から取られた拡散係数から計算されたＳｉ（歪みなし）におけるゲルマニウムの濃度と比較されている。
【図５】図５は、歪みのないシリコンの層および歪みシリコンの層でのゲルマニウム拡散係数の比較試験を示している。
【図１ａ】
2008527752.tif 000004
【図１ｂ】
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【図１ｃ】
2008527752.tif 000006
【図１ｄ】
2008527752.tif 000007
【図１ｅ】
2008527752.tif 000008
【図１ｆ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
2008527752.tif 000012
【図３ｂ】
2008527752.tif 000013
【図４】
2008527752.tif 000014
【図５】
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【国際調査報告】
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