(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層構造体の製造方法であって、該方法は、
（ａ）シリコン基板の表面に、ゲルマニウムを含む第１層を堆積することと、
ここで、シリコン基板は、一方がシリコン基板の表面であり、他方がシリコン基板の裏面である２つの主要な略平行な面と、シリコン基板の表面と裏面とを結合する周縁部と、シリコン基板の表面と裏面との間で表面および裏面に対して平行な中央面と、中央面に対して垂直な中心軸と、シリコン基板の表面と裏面との間のバルク領域と、を含み、
さらに、ゲルマニウムを含む第１層は、中心軸に沿って測定した場合に約０．５マイクロメートルと約１００マイクロメートルとの間の厚さを有する、
（ｂ）シリコンを含む第２層を、ゲルマニウムを含む第１層に堆積することと、
ここで、シリコンを含む第２層は、中心軸に沿って測定した場合に約０．５ナノメートルと約５ナノメートルとの間の厚さを有する、
（ｃ）ゲルマニウムを含みシリコンを随意によって含む第３層を、シリコンを含む第２層に堆積することと、
ここで、ゲルマニウムを含みシリコンを随意によって含む第３層は、化学式ＳｉｘＧｅ１−ｘを有し、化学式中、ｘはモル比で約０と約０．８との間であり、さらに、ゲルマニウムを含みシリコンを随意によって含む第３層は、少なくとも約１ナノメートルの厚さを有する、
ステップ（ｂ）及びステップ（ｃ）を繰り返して、シリコン基板と、シリコン基板の表面と界面接触しているゲルマニウムを含む第１層と、ゲルマニウムおよび随意にシリコンを含む第３層並びにシリコンを含む２対の第２層とを含む多層構造を製造することと、
を備えた、方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）が少なくとも３回繰り返され、シリコン基板と、シリコン基板の表面と界面接触しているゲルマニウムを含む第１層と、ゲルマニウムおよび随意にシリコンを含む第３層並びにシリコンを含む４対の第２層とを含む多層構造を製造する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）が少なくとも２回繰り返され、シリコン基板と、シリコン基板の表面と界面接触しているゲルマニウムを含む第１層と、ゲルマニウムおよび随意にシリコンを含む第３層並びにシリコンを含む３対の第２層とを含む多層構造を製造する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ゲルマニウムを含む第１層が、中心軸に沿って測定した場合に約０．５マイクロメートルと約５０マイクロメートルとの間の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ゲルマニウムを含む第１層が、中心軸に沿って測定した場合に約１マイクロメートルと約１０マイクロメートルとの間の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
貫通転位の量の低減、ゲルマニウムを含む第１層の歪緩和、および表面粗さの低減のため、約５００℃と約９３０℃との間の温度および１秒と約６０分との間の時間で、シリコンを含む第２層を堆積する前に、ゲルマニウムを含む第１層を含むシリコン基板をアニールすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
貫通転位密度は、約１ｘ１０７貫通転位／ｃｍ２以下である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
貫通転位密度が、約１ｘ１０６貫通転位／ｃｍ２以下である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
第３層は、ゲルマニウムとシリコンとを含み、化学式ＳｉｘＧｅ１−ｘを有し、化学式中、ｘがモル比で約０．１と約０．４との間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ゲルマニウムと随意によりシリコンとを含む第３層は、約１ナノメートルと約１０００ナノメートルとの間の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ゲルマニウムと随意によりシリコンとを含む第３層は、約５ナノメートルと約３００ナノメートルとの間の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
それぞれの層は、エピタキシャル堆積によって堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
半導体・オン・インシュレータ構造体の製造方法であって、該方法は、
多層構造体に劈開面を形成することと、
ここで多層構造体は、（ｉ）シリコン基板であって、一方がシリコン基板の表面であり、他方がシリコン基板の裏面である２つの主要な略平行な面と、シリコン基板の表面と裏面とを結合する周縁部と、シリコン基板の表面と裏面との間で表面および裏面に対して平行な中央面と、中央面に対して垂直な中心軸と、シリコン基板の表面と裏面との間のバルク領域とを含む、シリコン基板と、（ｉｉ）シリコン基板の表面と界面接触しているゲルマニウム層と、（ｉｉｉ）少なくとも２対の層であって、各層対が、シリコン層と、化学式ＳｉｘＧｅ１−ｘを有し、化学式中ｘがモル比で約０と約０．８との間である、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層とを含み、シリコン層はゲルマニウム層と界面接触している、少なくとも２対の層と、（ｉｖ）ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層と接触しているシリコンパッシベーション層であって、劈開面が、シリコン層とシリコンゲルマニウム層とを含む少なくとも一対の層内に形成される、シリコンパッシベーション層とを含む、
半導体ハンドル基板の表面と界面接触している誘電体層に多層構造体を結合することと、
ここで半導体ハンドル基板は、一方が半導体ハンドルウエハの表面であり、他方が半導体ハンドル基板の裏面である２つの主要な略平行な面と、半導体ハンドル基板の表面と裏面とを結合する周縁部と、半導体ハンドル基板の表面と裏面との間のバルク領域とを含む、
を備えた、方法。
【請求項１４】
多層構造体は、シリコン層と、ゲルマニウムおよび随意によりシリコンを含む層と、を含む少なくとも３対の層を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
劈開面は、
多層構造体にイオンを注入することと、
ここでイオンは、シリコンパッシベーション層を介して、シリコン層と、ゲルマニウムおよび随意によりシリコンを含む層とを含む少なくとも２対の層内における注入イオン濃度が最大となる深さまで注入される、
注入イオン濃度が最大となる深さまたはその付近で劈開面を形成するのに十分な温度および時間で、多層構造体をアニールすることと、
によって形成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
注入イオンは、水素、ヘリウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ゲルマニウム層は、中心軸に沿って測定した場合に約０．５マイクロメートルと約１００マイクロメートルとの間の厚さを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
シリコン層は、中心軸に沿って測定した場合に約０．５ナノメートルと約５ナノメートルとの間の厚さを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
ゲルマニウムと随意によりシリコンとを含む層は、化学式ＳｉｘＧｅ１−ｘを有し、化学式中、ｘがモル比で約０．１と約０．４との間である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
ゲルマニウムと随意によりシリコンとを含む層は、約１ナノメートルと約１０００ナノメートルとの間の厚さを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
シリコン層と、ゲルマニウムおよび随意によりシリコンを含む層とを含む少なくとも２対の層内における劈開面で多層構造体を劈開することをさらに備え、それによって半導体ハンドル基板と、誘電体層と、シリコンパッシベーション層と、シリコン層、並びに、ゲルマニウムおよび随意によりシリコンを含む層の少なくとも２対の少なくとも一部とを含む半導体・オン・インシュレータ構造体を製造する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
シリコン層と、ゲルマニウムおよび随意によりシリコンを含む層とを含む２対の層の劈開部分をエッチングしかつ平滑化することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
多層構造体であって、
（ｉ）シリコン基板と、
該シリコン基板は、一方がシリコン基板の表面であり、他方がシリコン基板の裏面である２つの主要な略平行な面と、シリコン基板の表面と裏面とを結合する周縁部と、シリコン基板の表面と裏面との間で表面および裏面に対して平行な中央面と、中央面に対して垂直な中心軸と、シリコン基板の表面と裏面との間のバルク領域と、を含む、
（ｉｉ）中心軸に沿って測定した場合に約０．５マイクロメートルと約１００マイクロメートルとの間の厚さを有し、シリコン基板の表面と界面接触しているゲルマニウム層と、
（ｉｉｉ）少なくとも２対の層と、
各層対は、シリコン層と、化学式ＳｉｘＧｅ１−ｘを有し、化学式中ｘがモル比で約０と約０．８との間である、ゲルマニウムおよび随意によりシリコンを含む層とを含み、ここでシリコン層はゲルマニウム層と界面接触している、
（ｉｖ）ゲルマニウムおよび随意によりシリコンを含む層と接触しているシリコンパッシベーション層と、
を備えた、多層構造体。
【請求項２４】
シリコン層と、ゲルマニウムおよび随意によりシリコンを含む層とを含む少なくとも３対の層を備えた、請求項２３に記載の多層構造体。
【請求項２５】
ゲルマニウム層は、中心軸に沿って測定した場合に約０．５マイクロメートルと約５０マイクロメートルとの間の厚さを有する、請求項２３に記載の多層構造体。
【請求項２６】
ゲルマニウム層は、中心軸に沿って測定した場合に約１マイクロメートルと約１０マイクロメートルとの間の厚さを有する、請求項２３に記載の多層構造体。
【請求項２７】
ゲルマニウム層は、約１ｘ１０７貫通転位／ｃｍ２以下の貫通転位密度を有する、請求項２３に記載の多層構造体。
【請求項２８】
ゲルマニウム層は、約１ｘ１０６貫通転位／ｃｍ２以下の貫通転位密度を有する、請求項２３に記載の多層構造体。
【請求項２９】
少なくとも一対の層のシリコン層は、中心軸に沿って測定した場合に約０．５ナノメートルと約５ナノメートルとの間の厚さを有する、請求項２３に記載の多層構造体。
【請求項３０】
ゲルマニウムおよびシリコンを含む層は、化学式ＳｉｘＧｅ１−ｘを有し、化学式中、ｘがモル比で約０．１と約０．４との間である、請求項２３に記載の多層構造体。
【請求項３１】
ゲルマニウムと随意によりシリコンとを含む層は、約１ナノメートルと約１０００ナノメートルとの間の厚さを有する、請求項２３に記載の多層構造体。
【請求項３２】
ゲルマニウムと随意によりシリコンとを含む層は、約５ナノメートルと約３００ナノメートルとの間の厚さを有する、請求項２３に記載の多層構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願の相互参照]
本出願は、２０１５年６月１日に出願された米国仮特許出願第６２／１６９，１７３号の優先権を主張するものであり、その全開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に半導体ウエハ製造の分野に関する。より具体的には、本発明は、Ｇｅ（Ｓｉ）・オン・インシュレータ構造体またはＧｅ・オン・インシュレータ構造体などの半導体・オン・インシュレータ構造体を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体ウエハは、一般に、その後の手順でウエハを適切に配向するための１つ以上の平面部または切欠き部を有するようにトリミングされ、かつ研磨された単結晶インゴット（例えばシリコンインゴット）から作製される。次いでインゴットは、個々のウエハにスライスされる。本明細書では、シリコンで構成された半導体ウエハを参照するが、他の材料を使用して半導体ウエハを作製してもよく、その材料としては、例えばゲルマニウム、炭化ケイ素、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素、および、例えば窒化ガリウムまたはリン化インジウムなどのＩＩＩ族元素およびＶ族元素の他の合金、または、硫化カドミウムまたは酸化亜鉛などのＩＩ族元素およびＩＶ族元素の合金などが挙げられる。
【０００４】
半導体ウエハ（例えばシリコンウエハ）を、複合層構造体の製造に利用してもよい。複合層構造体（例えば半導体・オン・インシュレータ、より具体的にはシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造体）は、一般に、ハンドルウエハまたはハンドル層、素子層、および絶縁（すなわち誘電体）膜（典型的には酸化物層）をハンドル層と素子層との間に備える。一般に、素子層の厚さは、０．０１と２０マイクロメートルとの間にあり、例えば０．０５と２０マイクロメートルとの間である。厚膜素子層では、素子層厚さが約１．５マイクロメートルと約２０マイクロメートルとの間であってもよい。薄膜素子層では、厚さが約０．０１マイクロメートルと約０．２０マイクロメートルとの間であってもよい。一般に、２つのウエハを密接に接触させることによって、ファンデルワールス力による結合を開始し、続いて熱処理を施して結合を強化することによって、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、シリコン・オン・サファイア（ＳＯＳ）、およびシリコン・オン・クォーツなどの複合層構造体が製造される。アニールは、末端シラノール基を２つの界面の間のシロキサン結合に変換し、それによって結合を強化することができる。
【０００５】
熱アニールの後、結合構造体は、ドナーウエハの大部分を除去して層移転を達成するため、さらなる処理を受ける。例えば、しばしばエッチバックＳＯＩ（すなわちＢＥＳＯＩ）と呼ばれる、例えばエッチングまたは研磨などのウエハ薄化技術が使用されてもよく、この技術では、シリコンウエハは、ハンドルウエハに接合され、次いで、ハンドルウエハ上のシリコンの薄層のみが残るまで緩やかにエッチングされる。例えば米国特許第５，１８９，５００号明細書を参照して、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。この方法は、時間およびコストがかかり、基板の１つを無駄にし、一般に数ミクロンよりも薄い層に関して適切な厚さ均一性を有しない。
【０００６】
層移転を達成する別の一般的な方法は、水素注入およびそれに続く熱的に誘起された層分割を利用する。粒子（原子またはイオン化原子、例えば水素原子または水素原子とヘリウム原子との組合せ）は、ドナーウエハの表面下の特定深さに注入される。注入された粒子は、注入された特定の深さにおけるドナーウエハ内に劈開面を形成する。ドナーウエハの表面は洗浄されて、注入工程中にウエハ上に堆積したホウ素化合物などの有機化合物または他の汚染物質を除去する。
【０００７】
次いで、ドナーウエハの表面をハンドルウエハに接合して、親水性結合工程を介して接合ウエハを形成する。結合の前に、ドナーウエハおよび／またはハンドルウエハは、ウエハの表面を、例えば酸素または窒素を含むプラズマに曝すことによって活性化される。プラズマに曝されると、多くの場合表面活性化と呼ばれる処理において表面の構造が改質され、この活性化処理は、ドナー水およびハンドルウエハの一方または両方の表面を親水性にする。ウエハの表面を、ＳＣ１洗浄またはフッ化水素酸などの湿式処理によってさらに化学的に活性化することができる。湿式処理およびプラズマ活性化は、いずれの順序で行ってもよく、またはウエハに１つの処理のみを施してもよい。次いでウエハは、共に押圧され、ウエハ間に接合が形成される。この接合は、ファンデルワールス力のために比較的弱く、さらなる処理を行う前に強化されなければならない。
【０００８】
いくつかの工程では、ドナーウエハとハンドルウエハとの間の親水性結合（すなわち、接合ウエハ）は、接合ウエハ対を加熱またはアニールすることによって強化される。いくつかの工程では、ウエハの結合は、例えば約３００℃と５００℃との間などの低温で行われてもよい。昇温状態では、ドナーウエハおよびハンドルウエハの隣接する接合表面間に共有結合が形成され、ドナーウエハとハンドルウエハとの間の結合が結晶化する。接合ウエハの加熱またはアニールと同時に、ドナーウエハに先に注入された粒子は、劈開面を弱める。
【０００９】
その後、ドナーウエハの一部は、接合ウエハから劈開面に沿って分離され（すなわち、劈開され）、ＳＯＩウエハを形成する。ドナーウエハの一部を接合ウエハから引き剥がすために、劈開は、接合ウエハの対向側に垂直に機械的な力が作用する固定治具に接合ウエハを置くことによって行われてもよい。いくつかの方法によれば、機械力を加えるために吸着カップが利用される。劈開面に沿ったクラックの伝播を引き起こすために、劈開面の接合ウエハの縁部に機械的くさびを適用することによって、ドナーウエハの一部の分離が開始される。吸着カップによって加えられた機械力は、ドナーウエハの一部を接合ウエハから引き離し、こうしてＳＯＩウエハを形成する。
【００１０】
他の方法によれば、接合された対は、その代わりに、ドナーウエハの一部を接合ウエハから分離するように一定期間にわたって昇温状態に曝されてもよい。昇温状態に曝されると、劈開面に沿ってクラックが発生して伝播し、こうしてドナーウエハの一部が分離される。オストワルド熟成によって成長する、注入されたイオンによるボイド形成により、クラックが形成される。そのボイドは、水素およびヘリウムで満たされている。ボイドは板状晶となる。板状晶内の加圧ガスは、微小空洞および微小クラックを伝搬して、これは注入面上のシリコンを弱める。アニールが適切な時間に停止される場合、弱化された接合ウエハを機械的処理によって劈開されてもよい。しかしながら、熱処理が長時間および／または高温で継続される場合、微小クラックの伝播は、全てのクラックが劈開面に沿って併合する段階に達し、こうしてドナーウエハの一部が分離される。この方法は、移転された層のより良好な均一性を可能にし、かつドナーウエハの再利用を可能にするが、一般的には、注入され接合された対を５００℃に近い温度に加熱することを必要とする。
【００１１】
シリコンゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）基板は、多くの場合、シリコン基板上に成長した、エピタキシャル堆積されたシリコンゲルマニウム緩衝層からのシリコンゲルマニウム層のゲルマニウム凝縮または層移転のいずれかによって製造される。Ｇｅ凝縮法では、Ｓｉオン・インシュレータ（ＳＯＩ）上に、歪みＳｉＧｅエピタキシャル層が成長される。T. Tezukaらによる、ＡＰＬ、第７９巻、１７９８頁、２００１年を参照されたい。ＳｉＧｅエピタキシャル層のＧｅ濃度は、通常、１０％と３０％との間の範囲である。シリコンゲルマニウム層のエピタキシャル堆積に続いて、ウエハは、シリコンを優先的に酸化するように、Ｏ２雰囲気中で様々な熱サイクルを含む炉内で処理される。酸化サイクルの間、アルゴン雰囲気でのアニールがしばしば使用され、Ｇｅ拡散を可能にし、かつ層を均質にする。Ｇｅ凝縮中のＳｉＧｅ層の歪緩和による貫通転位の解離によって生じる高密度の積層欠陥は、この方法の欠点である。
【００１２】
代替的には、薄膜ＳｉＧｅ層が、スマートカット技術を用いて、歪緩和ＳｉＧｅ緩衝層から移転される。Fitzgeraldによる、Solid-State Electronics 、第４８巻、２００４年、１２９７−１３０５頁を参照されたい。移転されたＳｉＧｅ層の層品質は、ドナー基板に成長したＳｉＧｅエピタキシャル層によって決定される。今日までの研究では、高品質の歪緩和ＳｉＧｅ緩衝層を得ることは、非常に困難であることを示している。シリコン層と比較して、ＳｉＧｅ層におけるより高いキャリア移動度の利点を利用するために、ＳｉＧｅ層におけるＧｅ濃度は、５０％より高く、好ましくは８０％よりも高い必要がある。高密度の貫通転位に起因する高濃度Ｇｅおよび粗い表面（２ｎｍと５０ｎｍとの間のオーダーのＲｍｓ）を有する、歪緩和ＳｉＧｅ緩衝層における高密度の貫通転位（ｃｍ２あたり約１０１０の貫通転位）は、移転されたＳｉＧｅ層の品質を低下させ、かつ層移転工程を複雑にする。さらに、ＳｉＧｅ緩衝層における残留応力は、特に３００ｍｍウエハにおいて、ウエハが高度に湾曲する原因となり、これは、ウエハ接合および層移転の工程において課題を引き起こす。
【発明の概要】
【００１３】
簡潔には、本発明は、多層構造体の製造方法に関する。この方法は、
（ａ）シリコン基板の表面にゲルマニウムを備えた第１層を堆積することと、
ここで、シリコン基板は、２つの主要な略平行な面であって、その一方がシリコン基板の表面であり、他方がシリコン基板の裏面である、面と、シリコン基板の表面と裏面とを接合する周縁部と、シリコン基板の表面と裏面との間で表面と裏面に対して平行な中央面と、中央面に対して垂直な中心軸と、シリコン基板の表面と裏面との間のバルク領域と、を備え、さらに、ゲルマニウムを含む第１層が、中心軸に沿って測定した場合に約０．５マイクロメートルと約１００マイクロメートルとの間の厚さを有する、
（ｂ）シリコンを備えた第２層を、ゲルマニウムを備えた第１層上に堆積することと、
ここで、シリコンを含む第２層は、中心軸に沿って測定した場合に約０．５ナノメートルと約５ナノメートルとの間の厚さを有する、
（ｃ）ゲルマニウムを備えシリコンを随意により含む第３層を、シリコンを備えた第２層上に堆積することと、
ここで、シリコンおよびゲルマニウムを含む第３層は、化学式ＳｉｘＧｅ１−ｘを有し、化学式中、ｘはモル比で約０と約０．８との間であり、さらに、シリコンおよびゲルマニウムを含む第３層は、少なくとも約１ナノメートルの厚さを有する、
を備える。
【００１４】
本発明はさらに、半導体・オン・インシュレータ構造体の製造方法に関する。この方法は、
多層構造体に劈開面を形成することと、
ここで、多層構造体は、（ｉ）シリコン基板であって、一方がシリコン基板の表面であり、他方がシリコン基板の裏面である２つの主要な略平行な面と、シリコン基板の表面と裏面とを接合する周縁部と、シリコン基板の表面と裏面との間で表面と裏面に対して平行な中央面と、中央面に対して垂直な中心軸と、シリコン基板の表面と裏面との間のバルク領域とを含む、シリコン基板と、（ｉｉ）シリコン基板の表面と界面接触しているゲルマニウム層と、（ｉｉｉ）ゲルマニウム層と界面接触している少なくとも一対の層と、ここで各層対は、化学式ＳｉｘＧｅ１−ｘを有し化学式中ｘがモル比で約０と約０．８との間にある、シリコン層と、ゲルマニウムを含みシリコンを任意に含む層と、を備える、（ｉｖ）少なくとも一対の層と接触しているシリコンパッシベーション層と、ここで劈開面は、シリコン層とシリコンゲルマニウム層とを含む少なくとも一対の層内に形成される、を備える、
半導体ハンドル基板の表面と界面接触している誘電体層に多層構造体を接合することと、
ここで、半導体ハンドル基板は、一方が半導体ハンドルウエハの表面で、他方が半導体ハンドル基板の裏面である２つの主要な略平行面と、半導体ハンドル基板の表面と裏面とを接合する周縁部と、半導体ハンドル基板の表面と裏面との間のバルク領域とを含む、
を備える。
【００１５】
本発明は、多層構造体にさらに関し、この多層構造体は、（ｉ）シリコン基板であって、一方がシリコン基板の表面で、他方がシリコン基板の裏面である２つの主要な略平行面と、シリコン基板の表面と裏面とを接合する周縁部と、シリコン基板の表面と裏面との間で表面と裏面に対して平行な中央面と、中央面に対して垂直な中心軸と、シリコン基板の表面と裏面との間のバルク領域とを含む、シリコン基板と、（ｉｉ）シリコン基板の表面と界面接触しているゲルマニウム層と、（ｉｉｉ）ゲルマニウム層と界面接触している少なくとも一対の層であって、各層対が、化学式ＳｉｘＧｅ１−ｘを有し化学式中ｘがモル比で約０と約０．８との間である、シリコン層と、ゲルマニウムを含みシリコンを随意に含む層とを含む、少なくとも一対の層と、（ｉｖ）少なくとも一対の層と接触しているシリコンパッシベーション層と、を備える。
【００１６】
本発明の他の目的および特徴は、部分的に指摘され、以下に部分的に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】本発明の方法のいくつかの実施形態による多層シリコンゲルマニウムドナー構造体を製造するための例示的な工程フローを示す図である。
【図１Ｂ】本発明の方法のいくつかの実施形態による多層シリコンゲルマニウムドナー構造体を製造するための例示的な工程フローを示す図である。
【図１Ｃ】本発明の方法のいくつかの実施形態による多層シリコンゲルマニウムドナー構造体を製造するための例示的な工程フローを示す図である。
【図１Ｄ】本発明の方法のいくつかの実施形態による多層シリコンゲルマニウムドナー構造体を製造するための例示的な工程フローを示す図である。
【図１Ｅ】本発明の方法のいくつかの実施形態による多層シリコンゲルマニウムドナー構造体を製造するための例示的な工程フローを示す図である。
【図２】本発明の方法のいくつかの実施形態によるシリコンゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）構造体を製造するための例示的な工程フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のいくつかの実施形態によれば、半導体・オン・インシュレータ構造体（ＳＯＩ）、より具体的にはシリコンゲルマニウム・オン・インシュレータ構造体（ＳＧＯＩ）を製造する方法が提供される。いくつかの実施形態では、Ｇｅを含む緩衝層が例えばシリコンウエハ、より具体的には単結晶シリコンウエハなどのシリコン基板上に堆積される。緩衝層は、１つ以上の高品質Ｇｅ層またはＳｉＧｅ層のその後の堆積を可能にする。Ｇｅ層またはＳｉＧｅ層の堆積に続いて、薄膜シリコン層が堆積される。Ｇｅ層またはＳｉＧｅ層の堆積に続いて薄膜シリコン層が堆積される工程を、１回以上、例えば２、３、４、５、６、７、８回以上繰り返して、ＧｅまたはＳｉＧｅの層とシリコン層とが交互に重なる多層スタックを形成してもよい。高品質のシリコンゲルマニウム層は、イオン注入およびハンドル基板への接合が施されてもよく、ＳＧＯＩを製造するための劈開技術が施されてもよい。
Ｉ．基板
【００１９】
図１Ａを参照して、本発明の方法で使用する基板は、例えばシリコンウエハ、より具体的には単結晶シリコンウエハであるシリコン基板などの半導体基板１０を含んでもよい。一般に、半導体基板１０は、２つの主要な略平行な面１２、１４を含む。平行面の一方はウエハの表面１２であり、平行面の他方はウエハの裏面１４である。半導体基板１０は、表面１２と裏面１４とを結合する周縁部１６と、表面１２と裏面１６との間のバルク領域１８と、表面と裏面との間の中央面２０とを含む。半導体基板１０は、中央面２２に垂直な仮想中心軸２２と、中心軸２２から周縁部１６まで延びる半径方向の長さ２４とをさらに含む。さらに、シリコンウエハなどの半導体ウエハは、一般的にはいくらかの合計厚変化（ＴＴＶ）、反り、および湾曲を有するので、表面上の各点と裏面上の各点との間の中間点は、平面内に正確に収まらない。しかしながら実際的な問題として、ＴＴＶ、反りおよび湾曲は、一般的にはごくわずかであるため非常に近いので、中間点は、表面と裏面との間でほぼ等距離の仮想中央面内にあると言うことができる。
【００２０】
本発明の任意の工程の前に、半導体基板１０の表面１２および裏面１４は、実質的に同一であってもよい。表面は、単に便宜上のため、および本発明の方法の工程が行われる表面を一般に区別するために、「表面」または「裏面」として呼ばれる。本発明の文脈において、例えば単結晶シリコンウエハなどの半導体基板１０の「表面」は、本発明の方法のステップが行われる主面を指す。
【００２１】
半導体基板１０は、単結晶半導体ウエハであってもよい。好ましい実施形態では、半導体ウエハは、シリコン、炭化ケイ素、サファイア、窒化アルミニウム、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、リン化インジウム、ヒ化インジウムガリウム、ゲルマニウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される半導体材料を含む。本発明の単結晶半導体ウエハは、一般的には呼び径が少なくとも約１５０ｍｍ、少なくとも約２００ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、または少なくとも約４５０ｍｍである。ウエハ厚は、約２５０マイクロメートルから約１５００マイクロメートルまで、例えば約３００マイクロメートルと約１０００マイクロメートルとの間、適切には約５００マイクロメートルと約１０００マイクロメートルとの間の範囲で変動してもよい。いくつかの特定の実施形態では、ウエハ厚は、約７２５マイクロメートルであってもよい。
【００２２】
特に好ましい実施形態では、半導体基板１０は、従来のチョクラルスキー結晶成長法または浮遊帯成長法によって成長した単結晶インゴットからスライスされた単結晶シリコンウエハを含む。このような方法およびシリコンのスライス、ラッピング、エッチングおよび研磨の標準的な技術は、例えばF.Shimuraによる、「Semiconductor Silicon Crystal Technology」、Academic Press、１９８９年、およびJ.Grabmaierによる、「Silicon Chemical Etching」、Springer-Verlag、ニューヨーク、１９８２年に開示されており、参照により本明細書に組み込まれている。好ましくは、ウエハは、当業者に既知の標準的な方法によって研磨され、かつ洗浄される。例えば、W.C.O’Maraらによる、「Handbook of Semiconductor Silicon Technology」、Noyes Publications を参照されたい。所望であれば、例えば標準的なＳＣ１／ＳＣ２溶液でウエハを洗浄することができる。いくつかの実施形態では、本発明の単結晶シリコンウエハは、従来のチョクラルスキー（「Ｃｚ」）結晶成長法によって成長した単結晶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、一般的には呼び径が少なくとも約１５０ｍｍ、少なくとも約２００ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、または少なくとも約４５０ｍｍである。好ましくは、単結晶シリコンのハンドルウエハおよび単結晶シリコンのドナーウエハの両方は、スクラッチ、大粒子などの表面欠陥がない鏡面研磨された表面仕上げを有する。ウエハ厚は、約２５０マイクロメートルから約１５００マイクロメートルまで、例えば約３００マイクロメートルと約１０００マイクロメートルとの間、適切には約５００マイクロメートルと約１０００マイクロメートルとの間の範囲で変動してもよい。いくつかの特定の実施形態では、ウエハ厚は約７２５マイクロメートルであってもよい。
【００２３】
いくつかの実施形態では、単結晶シリコンウエハなどの半導体基板１０は、チョクラルスキー成長法によって一般的に達成される濃度の格子間酸素を含む。いくつかの実施形態では、半導体ウエハは、約４ＰＰＭＡと約１８ＰＰＭＡとの間の濃度の酸素を含む。いくつかの実施形態では、半導体ウエハは、約１０ＰＰＭＡと約３５ＰＰＭＡとの間の濃度の酸素を含む。好ましくは、単結晶シリコンウエハは、約１０ｐｐｍａ以下の濃度の酸素を含む。格子間酸素は、ＳＥＭＩ  ＭＦ  １１８８−１１０５によって測定することができる。
【００２４】
一般に、ＳＯＩ基板のハンドルウエハの抵抗率には制約がない。半導体基板１０は、チョクラルスキー法または浮遊帯法によって得られる任意の抵抗率を有してもよい。したがって、半導体基板１０の抵抗率は、本発明の構造体の最終用途／応用例の要求に基づいている。したがって、抵抗率は、ミリオーム以下からメガオーム以上に変化してもよい。いくつかの実施形態では、半導体基板１０は、ｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントを含む。適切なドーパントは、ホウ素（ｐ型）、ガリウム（ｐ型）、リン（ｎ型）、アンチモン（ｎ型）およびヒ素（ｎ型）を含む。ドーパント濃度は、ハンドルウエハの所望の抵抗率に基づいて選択される。いくつかの実施形態では、単結晶半導体のハンドル基板は、ｐ型ドーパントを含む。いくつかの実施形態では、単結晶半導体のハンドル基板は、ホウ素などのｐ型ドーパントを含む単結晶シリコンウエハである。
【００２５】
いくつかの実施形態では、半導体基板１０は、比較的低い最小バルク抵抗率を有し、例えば約１００オームｃｍ未満、約５０オームｃｍ未満、約１オームｃｍ未満、約０．１オームｃｍ未満、さらには約０．０１オームｃｍ未満などである。いくつかの実施形態では、半導体基板１０は、比較的低い最小バルク抵抗率を有し、例えば約１００オームｃｍ未満、または約１オームｃｍと約１００オームｃｍとの間である。低抵抗ウエハは、ホウ素（ｐ型）、ガリウム（ｐ型）、リン（ｎ型）、アンチモン（ｎ型）およびヒ素（ｎ型）などの電気活性ドーパントを含んでもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態では、半導体基板１０は、比較的高い最小バルク抵抗率を有する。高抵抗ウエハは、一般に、チョクラルスキー法または浮遊帯法によって成長した単結晶インゴットからスライスされる。高抵抗ウエハは、一般に非常に低濃度の、例えばホウ素（ｐ型）、ガリウム（ｐ型）、アルミニウム（ｐ型）、インジウム（ｐ型）、リン（ｎ型）、アンチモン（ｎ型）およびヒ素（ｎ型）などの電気活性ドーパントを含んでもよい。Ｃｚ成長したシリコンウエハは、結晶成長中に取り込まれる酸素によって生じる熱ドナーを消滅させるために、約６００℃から約１０００℃までの範囲の温度で熱アニールが施されてもよい。いくつかの実施形態では、単結晶半導体のハンドルウエハは、少なくとも１００オームｃｍ、少なくとも約５００オームｃｍ、少なくとも約１０００オームｃｍ、または少なくとも約３０００オームｃｍの最小バルク抵抗率を有し、例えば約１００オームｃｍと約１００，０００オームｃｍとの間、または約５００オームｃｍと約１００，０００オームｃｍとの間、または約１０００オームｃｍと約１００，０００オームｃｍとの間、または約５００オームｃｍと約１０，０００オームｃｍとの間、または約７５０オームｃｍと約１０，０００オームｃｍとの間、約１０００オームｃｍと約１０，０００オームｃｍとの間、約２０００オームｃｍと約１０，０００オームｃｍとの間、約３０００オームｃｍと約１０，０００オームｃｍとの間、または約３０００オームｃｍと約５，０００オームｃｍとの間の範囲の最小バルク抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、高抵抗率の単結晶半導体のハンドル基板は、ホウ素、ガリウム、アルミニウムまたはインジウムなどのｐ型ドーパントを含んでもよい。いくつかの実施形態では、高抵抗率の単結晶半導体のハンドル基板は、リン、アンチモンまたはヒ素などのｎ型ドーパントを含んでもよい。高抵抗率ウエハの製造方法は、当該技術分野において既知であり、このような高抵抗率ウエハは、SunEdison Semiconductor Ltd.(セントピーターズ、ミズーリ州、旧MEMC Electronic Materials Inc.）などの商業的供給業者から入手することができる。
【００２７】
半導体基板１０は、単結晶シリコンを含んでもよい。半導体基板１０は、（１００）、（１１０）または（１１１）のいずれかの結晶方位を有してもよく、構造体の最終用途によって結晶方位の選択を決定してもよい。いくつかの好ましい実施形態では、本発明のシリコンゲルマニウム層が論理素子内のシリコン素子層を置換するのに適しているので、半導体基板１０は、結晶方位（１００）を有する。シリコンゲルマニウムの使用は、論理素子のスイッチング速度を高め、結晶方位（１００）は、この結晶面が最良の素子性能を提供するので、論理素子などのＣＭＯＳ素子で一般に使用される。
【００２８】
図１Ａを参照して、半導体基板１０は、中心軸２２を含む。基板１０の様々な層、および本発明の方法によってその後に追加される層の「厚さ」がこの中心軸２２に沿って測定されることから、中心軸２２は、図１Ａに具体的に描かれている。
ＩＩ．ゲルマニウム堆積およびアニール
【００２９】
本発明の方法によれば、図１Ｂを参照して、ゲルマニウムを含む層３０が半導体基板１０の表面１２（図１Ａ）に堆積される。いくつかの実施形態では、ゲルマニウムを含む層３０は、実質的に純ゲルマニウムであり、ゲルマニウム層を堆積するために用いられる前駆体は、例えばシリコンなどの他の材料を実質的に堆積する前駆体を含まない。したがって、ゲルマニウムを含む層３０は、わずかに微量の他の材料（約１％未満、好ましくは約０．１％未満、約０．０１％未満、またはさらには約０．００１％未満）を含んでもよい。言い換えれば、ゲルマニウムを含む層３０は、少なくとも約９５％のＧｅ、少なくとも約９８％のＧｅ、少なくとも約９９％のＧｅ、少なくとも約９９．９９％のＧｅ、またはさらには少なくとも約９９．９９９％のＧｅである。ゲルマニウムは、中心軸２２に沿って測定した場合に約０．１マイクロメートルと約１００マイクロメートルとの間の厚さを有し、例えば中心軸２２に沿って測定した場合に約０．５マイクロメートルと約１００マイクロメートルとの間、例えば中心軸２２に沿って測定した場合に約０．５マイクロメートルと約５０マイクロメートルとの間、または中心軸２２に沿って測定した場合に約１マイクロメートルと約１０マイクロメートルとの間の堆積厚を有する層３０に堆積されてもよい。
【００３０】
ゲルマニウム層３０は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、または分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）を用いて堆積されてもよい。ゲルマニウムは、パルス状モードまたは連続モードで堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、ゲルマニウムは、エピタキシャル堆積によって堆積されてもよい。Ｇｅ堆積に使用される市販の装置には、ASM Epsilon E2000、ASM Epsilon E3200およびCenturaが含まれるが、これらに限定されない。ゲルマニウムは、ＧｅＨ４、Ｇｅ２Ｈ４、ＧｅＣｌ４、ＧｅＣｌ２、ＧｅＦ２、ＧｅＦ４、ＧｅＩ２、ＧｅＩ４、およびそれらの組合せなどのゲルマニウム前駆体を用いたエピタキシャル堆積によって堆積されてもよい。チャンバ内雰囲気は、キャリアガスをさらに含んでもよく、このキャリアガスは、不活性であってもよいし、還元雰囲気であってもよい。適切なキャリアガスは、水素、アルゴン、ヘリウム、窒素、またはそれらの任意の組合せを含む。反応体でもある好ましいキャリアガスは、水素である。ゲルマニウム層の堆積温度は、約２００℃と約９００℃との間であってもよく、例えば約２００℃と約８００℃との間、例えば約３００℃と約７００℃との間、または約４００℃と約６００℃との間であってもよい。チャンバ圧力は、約１０トール（約１．３３ｋＰａ）と約７６０トール（約１０１．３２ｋＰａ）との間であってもよく、好ましくは約１０トール（約１．３３ｋＰａ）と約１００トール（約１３．３３ｋＰａ）との間であってもよい。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態では、ゲルマニウム層の堆積後、ゲルマニウムを上に含む層３０を含む半導体基板１０にはアニールが施され、それによって貫通転位の移動度が増加して貫通転位が消滅する。貫通転位は、Ｇｅにおいて高い移動度を有する。アニールは、貫通転位がＧｅ層を滑り抜ける可能性を高め、ここで、貫通転位は、互いに結合するかまたは表面に到達し、消滅する。Wangらによる、APPLIED PHYSICS LETTERS、第９４巻、１０２１１５頁、２００９年を参照されたい。さらに、Ｇｅにおける貫通転位の高移動度は、ＳｉＧｅ緩衝層にて典型的に見られるような貫通転位のパイルアップが生じることを防止する。アニールは、ゲルマニウム緩衝層における貫通転位密度を、約１×１０７貫通転位／ｃｍ２以下、例えば約１×１０６貫通転位／ｃｍ２以下に低減することができる。
【００３２】
さらに、Ｇｅにおける貫通転位の高移動度は、貫通転位のパイルアップが生じることを抑制するかまたは防止し、それによってウエハ変形を低減する。Ｇｅ緩衝層において転位のパイルアップが存在しないので、歪緩和Ｇｅ緩衝における残留応力は、熱膨張係数の不整合による応力（Ｇｅの場合５．９ｐｐｍ、Ｓｉの場合２．６ｐｐｍ）である。対照的に、ＳｉＧｅ緩衝層がＳｉ基板上に成長する場合、その高い滑り活性化エネルギー（glide activation energy）（Ｇｅに対して約１．５ｅＶおよびＳｉＧｅに対して２．３ｅＶ）ために、貫通転位は、パイルアップするか、または消滅するほど長く滑らない。結果として、熱応力と組み合わせた高密度の貫通転位に伴う応力は、大きなウエハ変形をもたらす。ＳｉＧｅ緩衝層におけるＧｅ濃度を増加させることにより、ウエハ変形はある程度緩和される。
【００３３】
またアニールは、表面粗さを減少させることができる。Ｇｅ原子のより高い表面移動度は、ＳｉＧｅ層（二乗平均平方根、Ｒｍｓ、１ｎｍと２０ｎｍとの間のオーダーにおける粗さ）と比較して、緩衝層に改善された表面粗さ（二乗平均平方根、Ｒｍｓ、０．５ｎｍオーダーの粗さ）をもたらす。粗さの尺度としての二乗平均平方根は、以下の式によって計算される。
0006592534.tif 000002
ここで、粗さプロファイルは、トレースに沿った規則正しい等間隔の点を含み、ｙｉは、平均線からデータ点までの垂直距離である。Ｒｍｓは、一般的に、２×２マイクロメートル２の領域にわたって測定される。平滑なＧｅ緩衝層の表面は、Ｓｉエッチング停止層またはＳｉＧｅ最上層のさらなる成長のための優れた開始面を提供し、ＳｉＧｅ緩衝層が使用される場合のように化学的機械研磨工程は必要とされない。
【００３４】
さらに、ゲルマニウム緩衝層は、平滑なＳｉおよびＳｉＧｅの最上層の成長を容易にする。ＳｉまたはＳｉＧｅの最上層が歪緩和Ｇｅ緩衝層に成長する場合、Ｓｉ（ＳｉＧｅ）とＧｅとの間の格子不整合がＳｉ（ＳｉＧｅ）最上層の引張応力を増大させる。引張応力は、ＳｉＧｅ最上層の成長中に表面平滑化の推進力をもたらす。この方法によって平滑なＳｉＧｅ層を得ることができ、これは、その後のウエハ結合工程に有利である。
【００３５】
アニールは、少なくとも約５００℃、例えば少なくとも約７５０℃、例えば約５００℃と約９３０℃との間、または約７５０℃と約９００℃との間の温度で行ってもよい。アニール温度は、９３８．２℃のゲルマニウムの融点よりも低くなければならない。チャンバ圧力は、約１０トール（約１．３３ｋＰａ）と約７６０トール（約１０１．３２ｋＰａ）との間であってもよく、好ましくは約１０トール（約１．３３ｋＰａ）と約１００トール（約１３．３３ｋＰａ）との間であってもよい。アニール中のチャンバ内雰囲気は、キャリアガスを含んでもよく、このキャリアガスは、不活性であってもよいし、還元雰囲気であってもよい。適切なガスは、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、またはそれらの任意の組合せを含む。アニール時間は、約１秒と約６０分との間、例えば約１０秒と約３０分との間であってもよい。
ＩＩＩ．シリコンエッチング停止層の堆積
【００３６】
いくつかの実施形態では、図１Ｃを参照して、ゲルマニウム緩衝層３０の堆積後に、シリコンを含むエッチング停止層４０がゲルマニウム緩衝層３０上に堆積されてもよい。シリコンを含むエッチング停止層４０は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、または分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）を用いて堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、シリコンがエピタキシャル堆積によって堆積されてもよい。シリコン前駆体には、中でも、メチルシラン、四水素化ケイ素（シラン）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ペンタシラン、ネオペンタシラン、テトラシラン、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）が含まれる。いくつかの好ましい実施形態では、シリコン前駆体は、シラン、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）およびトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）から選択される。チャンバ内雰囲気は、キャリアガスをさらに含んでもよく、このキャリアガスは、不活性であってもよいし、還元雰囲気であってもよい。適切なキャリアガスは、水素、アルゴン、ヘリウム、窒素、またはそれらの任意の組合せを含む。反応体でもある好ましいキャリアガスは、水素である。いくつかの実施形態では、堆積温度は、約３００℃と約８００℃との間、例えば約３００℃と約６００℃との間、例えば約４００℃と約５００℃との間であってもよい。チャンバ内圧力は、約１０トール（約１．３３ｋＰａ）と約７６０トール（約１０１．３２ｋＰａ）との間であってもよく、好ましくは約１０トール（約１．３３ｋＰａ）と約１００トール（約１３．３３ｋＰａ）との間であってもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態では、シリコンを含むエッチング停止層４０は、中心軸２２に沿って測定した場合に約０．１ナノメートルと約５０ナノメートルとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、厚さは、中心軸２２に沿って測定した場合に約０．５ナノメートルと約２０ナノメートルとの間であってもよく、または、中心軸２２に沿って測定した場合に約０．５ナノメートルと約５ナノメートルとの間であってもよい。
【００３８】
Ｇｅ層またはＳｉＧｅ層とＧｅ緩衝層との間にシリコンを含むエッチング停止層４０は、ＳＧＯＩ仕上げ工程中に停止層を提供するのに有利である。さらに、シリコンを含むエッチング停止層４０は、ＳＧＯＩ最終構造体において、ＳｉＧｅ素子層と、下層の絶縁層で一般的にＳｉＯ２との間の有効なパッシベーションを提供する。
ＩＶ．Ｇｅ含有層（純ゲルマニウム層またはシリコンゲルマニウム層）の堆積
【００３９】
いくつかの実施形態では、図１Ｄを参照して、ゲルマニウム緩衝層３０およびシリコンを含むエッチング停止層４０の堆積後、ゲルマニウムを含みシリコンを随意に含む層５０が、シリコンを含むエッチング停止層４０上に堆積される。ゲルマニウムを含みシリコンを随意に含む層は、化学式ＳｉｘＧｅ１−ｘを有し、化学式中、ｘはモル比で約０．００と約０．８との間であり、例えばモル比で約０．１と約０．８との間であり、例えばモル比で約０．１と約０．４との間である。ゲルマニウムを含みシリコンを任意に含む層５０は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、または分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）を用いて堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、シリコンおよびゲルマニウムが、エピタキシャル堆積によって堆積されてもよい。シリコン前駆体には、中でも、メチルシラン、四水素化ケイ素（シラン）、トリシラン、ジシラン、ペンタシラン、ネオペンタシラン、テトラシラン、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）が含まれる。いくつかの好ましい実施形態では、シリコン前駆体は、シラン、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）およびトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）から選択される。ゲルマニウムは、ＧｅＨ４、Ｇｅ２Ｈ４、ＧｅＣｌ４、およびそれらの組合せからなる群から選択されたゲルマニウム前駆体を用いたエピタキシャル堆積によって堆積されてもよい。チャンバ内雰囲気は、キャリアガスをさらに含んでもよく、このキャリアガスは、不活性であってもよいし、還元雰囲気であってもよい。適切なキャリアガスは、水素、アルゴン、ヘリウム、窒素、またはそれらの任意の組合せを含む。反応体でもある好ましいキャリアガスは、水素である。ゲルマニウムを含みシリコンを随意に含む層５０は、約２００℃と約８００℃との間、例えば約３００℃と約７００℃との間の堆積温度で堆積されてもよい。チャンバ圧力は、約１０トール（約１．３３ｋＰａ）と約７６０トール（約１０１．３２ｋＰａ）との間であってもよく、好ましくは約１０トール（約１．３３ｋＰａ）と約１００トール（約１３．３３ｋＰａ）との間であってもよい。
【００４０】
いくつかの実施形態では、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層５０は、中心軸２２に沿って測定した場合に約１ナノメートルと約１０００ナノメートルとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、厚さは、中心軸２２に沿って測定した場合に約５ナノメートルと約３００ナノメートルとの間であってもよい。ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層５０の厚さは、ＳＧＯＩ最終構造体上のＧｅまたはＳｉＧｅの素子層の厚さを規定する。
Ｖ．層スタックを作製するための追加層の堆積
【００４１】
図１Ｅを参照して、シリコンエッチング停止層の堆積、およびゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層の堆積は、本明細書に開示するように繰り返され、結果として、２つのシリコンエッチング層４０、６０と、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む２つの層５０、７０とを含む多層構造体をもたらす。シリコンエッチング停止層と、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層との対の堆積を、１回またはそれ以上、すなわち２回、３回、４回、５回、６回、またはそれ以上繰り返し、それによってシリコンエッチング層とシリコンおよびゲルマニウムを含む層との複数の対を含む多層構造体を製造してもよい。
Ｖ．半導体・オン・インシュレータ構造体（ＧｅＯＩ構造体またはＳＧＯＩ構造体）の層移転および製造
【００４２】
図２を参照して、シリコンエッチング停止層と、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層との少なくとも一対を含む（図２の符号１００および１１０で示す）多層構造体は、例えばゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＧｅＯＩ）構造体またはシリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）構造体などの半導体・オン・インシュレータ２３０、３３０を製造するためのドナー構造体である。図２に示すように、多層ドナー構造体１００は、シリコンエッチング停止層と、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層との４対の層の層移転工程を開始する。多層ドナー構造体は、シリコンエッチング停止層と、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層との１つ以上、例えば少なくとも２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つまたはそれ以上の対を含んでもよい。第１層移転工程の後、粗い劈開面を含む多層ドナー構造体１０２は、湿式化学エッチングが施されて、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む粗い層が除去され、構造体１０３となる。使用されるエッチング液は、ゲルマニウムを含みシリコンを随意によって含む層のみを選択的にエッチングするが、シリコンエッチング停止層をエッチングしない。適切なエッチング剤溶液は、（蒸留水１リットルあたり０．１モルと１モルとの間の過酸化水素を含む）Ｈ２Ｏ２溶液である。エッチング工程は、室温または昇温状態（例えば、５０と７０℃との間）で標準的な半導体製造用洗浄剤中で行うことができる。エッチング液の濃度および温度に応じて、一般的なエッチング時間は、３０秒から１０分までの範囲である。シリコンを含むエッチング停止層４０と、ゲルマニウムを含み、開始多層ドナー構造体１００からのシリコンを随意によって含む層５０とを含む層対を、半導体ハンドル層２１０および誘電体層２２０を含むハンドル基板上に移転してもよい。多層ドナー構造体１１０からの層対を半導体ハンドル層３１０および誘電体層３２０を含むハンドル基板上に移転してもよい工程が、１回以上繰り返されてもよい。第２層移転工程の後、結果として得られる多層ドナー構造体１０４は、別の湿式化学エッチングが施され、粗い劈開面を有する、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む粗い層を除去する。層移転によって、例えばゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＧｅＯＩ）またはシリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）構造体などの半導体・オン・インシュレータ２３０、３３０を製造することができる。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態によれば、イオンは、シリコンエッチング層付近で劈開面を作製するための第１ステップにおいて、シリコンエッチング停止層と、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層とを含む層対を介して多層構造体１００に注入される。イオンは、シリコンエッチング層、およびシリコンとゲルマニウムとを含む層を含む少なくとも１つの層対がハンドル基板上に移転することができるように、十分な深さまで注入される。イオン注入の前に、多層構造体の表面は、熱酸化（堆積された半導体材料膜の一部を費やして）されて半導体酸化物膜を作製してもよい、あるいは、半導体酸化物（例えば二酸化ケイ素）膜がＰＥＣＶＤまたはＬＰＣＶＤなどのＣＶＤ酸化物堆積によって成長されてもよい。いくつかの実施形態では、多層構造体の表面は、上述と同一の方法でＡＳＭ  Ａ４００などの炉において熱酸化されてもよい。いくつかの実施形態では、ドナー基板は、酸化されて、少なくとも約５ナノメートルの厚さ、例えば約５ナノメートルと約１０００ナノメートルとの間の厚さ、または少なくとも約１０ナノメートルの厚さ、例えば約１０ナノメートルと約１０，０００ナノメートルとの間、約１０ナノメートルと約５，０００ナノメートルとの間、または約１００ナノメートルと約８００ナノメートルとの間、例えば約６００ナノメートルの厚さの、表面層に酸化物層を提供する。
【００４４】
さらに、多層構造体の表面における酸化物層は、化学的機械研磨（ＣＭＰ）が施され、好ましくは、約５オングストローム未満のＲＭＳ  ２ｘ２ ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ２のレベルまで表面粗さを減少させる。二乗平均平方根は、以下の式である。
0006592534.tif 000003
ここで、粗さプロファイルは、トレースに沿った規則正しい等間隔の点を含み、ｙｉは、平均線からデータ点までの垂直距離である。
【００４５】
イオン注入は、Applied Materials Quantum II、Quantum LEAP、またはQuantum Xなどの市販の機器で行うことができる。注入イオンは、Ｈｅ、Ｈ、Ｈ２、またはそれらの組合せを含む。イオン注入は、半導体ドナー基板に損傷層を形成するのに十分な密度および時間で実行される。注入密度は、約１０１２  ｉｏｎｓ／ｃｍ２から約１０１７  ｉｏｎｓ／ｃｍ２までの範囲であってもよく、例えば約１０１４  ｉｏｎｓ／ｃｍ２から約１０１７  ｉｏｎｓ／ｃｍ２、例えば約１０１５  ｉｏｎｓ／ｃｍ２から約１０１６  ｉｏｎｓ／ｃｍ２の範囲であってもよい。注入エネルギーは、約１ｋｅＶから約３０００ｋｅＶまでの範囲であってもよく、例えば約５ｋｅＶから約１，０００ｋｅＶ、または約５ｋｅＶから約２００ｋｅＶ、または５ｋｅＶから約１００ｋｅＶ、または５ｋｅＶから約８０ｋｅＶの範囲であってもよい。注入の深さは、ハンドル基板上に移転される材料の量を決定する。好ましくは、図２に示すように、イオン注入深さは、シリコンゲルマニウムの層に劈開面を形成するのに十分な深さであり、これにより、ハンドル基板上に移転された材料は、シリコンエッチング停止層、シリコンゲルマニウム層、および別のシリコンエッチング停止層を含むようになる。Ｓｉエッチング停止層の挿入はまた、鋭い劈開面をもたらし、かつ劈開面の表面粗さを減少させる。ゲルマニウムを含みシリコンを随意によって有する２つの隣接する層間の界面のシリコンエッチング停止層によって誘起される界面歪みは、Ｈ＋またはＨｅ＋などの注入イオンを捕捉する傾向があり、このことはシリコンエッチング停止層で空洞を制限する。劈開は、シリコンエッチング停止層に沿って発生する可能性が高い。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態では、ヘリウムイオンおよび／または水素イオンの注入によって形成されたイオン注入領域を内部に有する多層構造体は、熱的に活性化された劈開面を形成するのに十分な温度でアニールされる。適切な装置の例は、Blue Mモデルなどの単純な箱型炉であってもよい。いくつかの好ましい実施形態では、構造体は、約２００℃から約３５０℃までの温度、約２２５℃から約３２５℃までの温度、好ましくは約３００℃の温度でアニールされる。熱アニールは、約１０分から約１０時間まで、例えば約０．５時間から約４時間まで、または約２時間から約８時間まで、の間に行ってもよい。これらの温度範囲内での熱アニールは、熱的に活性化された劈開面を形成するのに十分である。
【００４７】
本発明の方法によれば、多層構造体は、ハンドル基板２１０に接合される。ハンドル基板２１０は、好ましくはハンドル基板２１０の表面と界面接触している誘電体層２２０を含む。多層構造体の最上部シリコン層は、ハンドル基板２１０の表面と界面接触している誘電体層２２０に接合される。ハンドル基板２１０は、シリコン、炭化ケイ素、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、リン化インジウム、ヒ化インジウムガリウム、ゲルマニウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される半導体材料を含む。半導体ハンドル基板２１０は、一方が半導体ハンドルウエハの表面であり、他方が半導体ハンドル基板の裏面である２つの主要な略平行面と、半導体ハンドル基板の表面と裏面とを結合する周縁部と、半導体ハンドル基板の表面と裏面との間のバルク領域とを含む。半導体ハンドル基板２１０は、一般的には呼び径が少なくとも約１５０ｍｍ、少なくとも約２００ｍｍ、少なくとも約３００ｍｍ、または少なくとも約４５０ｍｍである。ハンドル基板２１０の厚さは、約２５０マイクロメートルから約１５００マイクロメートルまで、例えば約３００マイクロメートルから約１０００マイクロメートルまで、適切には約５００マイクロメートルから約１０００マイクロメートルまでの範囲内で変動してもよい。いくつかの特定の実施形態では、ウエハ厚は約７２５マイクロメートルであってもよい。いくつかの実施形態では、ハンドル基板２１０は、従来のチョクラルスキー結晶成長法または浮遊帯成長法によって成長した単結晶インゴットからスライスされた単結晶シリコンを含む。
【００４８】
ハンドル基板は、誘電体層２２０を含む。適切な誘電体層は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化バリウム、およびそれらの組合せから選択される材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、誘電体層の厚さは、少なくとも約５ナノメートルの厚さ、少なくとも約１０ナノメートルの厚さ、例えば約１０ナノメートルと約１０，０００ナノメートルとの間、約１０ナノメートルと約５，０００ナノメートルとの間、約５０ナノメートルと約４００ナノメートルとの間、または約１００ナノメートルと約４００ナノメートルとの間、例えば約５０ナノメートル、１００ナノメートル、または２００ナノメートル、または約１００ナノメートルと約８００ナノメートルとの間、例えば約６００ナノメートルの厚さである。
【００４９】
いくつかの実施形態では、誘電体層は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される１つ以上の絶縁材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体層の厚さは、少なくとも約５ナノメートルの厚さ、少なくとも約１０ナノメートルの厚さ、例えば約１０ナノメートルと約１０，０００ナノメートルとの間、約１０ナノメートルと約５，０００ナノメートルとの間、約５０ナノメートルと約４００ナノメートルとの間、または約１００ナノメートルと約４００ナノメートルとの間、例えば約５０ナノメートル、１００ナノメートル、または２００ナノメートル、または約１００ナノメートルと約８００ナノメートルとの間、例えば約６００ナノメートルの厚さである。
【００５０】
いくつかの実施形態では、誘電体層は、多層の絶縁材料を含む。誘電体層は、２つの絶縁層、３つの絶縁層、またはそれ以上の絶縁層を含んでもよい。各絶縁層は、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化バリウム、およびそれらの任意の組合せから選択される材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、各絶縁層は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される材料を含んでもよい。各絶縁層の厚さは、少なくとも約５ナノメートルの厚さ、少なくとも約１０ナノメートルの厚さ、例えば約１０ナノメートルと約１０，０００ナノメートルとの間、約１０ナノメートルと約５，０００ナノメートルとの間、約５０ナノメートルと約４００ナノメートルとの間、または約１００ナノメートルと約４００ナノメートルとの間、例えば約５０ナノメートル、１００ナノメートル、または２００ナノメートル、または約１００ナノメートルと約８００ナノメートルとの間、例えば約６００ナノメートルの厚さである。
【００５１】
多層構造体の最上部シリコン層とハンドル基板の誘電体層２２０との機械的結合は、比較的弱いので、いくつかの実施形態では、結合構造体は、さらにアニールされて結合が結晶化されてもよい。本発明のいくつかの実施形態では、結合構造体は、単結晶半導体ドナー基板において熱的に活性化された劈開面を形成するのに十分な温度でアニールされる。適切な装置の例は、Blue Mモデルなどの単純な箱型炉であってもよい。いくつかの好ましい実施形態では、結合構造体は、約２００℃から約３５０℃までの温度、約２２５℃から約３２５℃まで、好ましくは約３００℃の温度でアニールされる。熱アニールは、約１０分から約１０時間、好ましくは約２時間の間に行ってもよい。これらの温度範囲内での熱アニールは、熱的に活性化された劈開面を形成するのに十分である。劈開面を活性化させるための熱アニールの後、結合構造体は劈開されてもよい。
【００５２】
熱アニールの後、多層構造体の最上部シリコン層とハンドル基板の誘電体層２２０との間の結合は、劈開面での結合構造体の劈開を介して層移転を開始させるのに十分な強力である。劈開は、当技術分野で既知の技術に従って行ってもよい。いくつかの実施形態では、結合構造体は、一方側における固定吸着カップに固定され、かつ他方側のヒンジアームにおける追加の吸着カップによって固定された通常の劈開ステーションに配置されてもよい。クラックは、吸着カップ取付具の付近で始まり、可動アームは、ヒンジを中心に旋回してウエハを劈開する。劈開により、半導体ドナーウエハの一部は除去され、それによって、半導体素子層、好ましくはシリコン素子層が半導体・オン・インシュレータ複合構造体に残る。
【００５３】
劈開後、（最上部シリコン層、シリコンおよびゲルマニウムを含む層、およびシリコンを含むエッチング停止層を含む）移転された層と半導体ハンドル基板との間の結合をさらに強化するために、劈開された構造体にはオプションの高温アニールが施されてもよい。適切な装置の例は、ASM A４００などの垂直炉であってもよい。いくつかの好ましい実施形態では、結合構造体は、約８００℃から約９００℃、好ましくは約８５０℃の温度でアニールされる。アニール温度は、９３８．２℃のＧｅの融点より低くなければならない。熱アニールは、約０．５時間から約８時間、好ましくは約４時間の間に行ってもよい。これらの温度範囲内での熱アニールは、移転された素子層と単結晶半導体ハンドル基板との間の結合を強化するのに十分である。
【００５４】
劈開および高温アニールの後、シリコンゲルマニウムを含む余分な材料を除去するように設計されたエッチング工程を接合構造体に施してもよい。ゲルマニウムを含みシリコンを随意によって含む層を、溶液中でエッチングすることができる。エッチング液は、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層５０のみを選択的にエッチングするが、Ｓｉエッチング停止層をエッチングしない。適切なエッチング剤溶液は、（蒸留水１リットルあたり０．１モルと１モルとの間の過酸化水素を含む）Ｈ２Ｏ２溶液である。エッチング工程は、室温または昇温状態（例えば、５０℃と７０℃との間）で標準的な半導体製造用洗浄剤中で行うことができる。エッチング液の濃度および温度に応じて、一般的なエッチング時間は、３０秒から１０分の範囲である。ＨＣｌをＨ２Ｏ２含有エッチング液に添加して、金属汚染物質を除去するのに役立ててもよい。
【００５５】
いくつかの実施形態では、結合構造体は、キャリアガスとしてＨ２を用いる水平流の単一ウエハエピタキシャル反応器において気相ＨＣｌエッチング工程を施すことによって、エッチングされてもよい。シリコンゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）構造体２３０は、ハンドル基板２１０と、誘電体層２２０と、薄膜シリコン層と、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層とを含む。
【００５６】
（図１Ｅに例示的に示し、）図２に１１０として示す多層構造体は、シリコンエッチング停止層と、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層との追加の対をさらに含むので、イオン注入、結合、劈開およびエッチングの工程によって、ハンドル基板３１０と、誘電体層３２０と、薄膜シリコン層と、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により含む層とを含む、例えばゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＧｅＯＩ）構造体またはシリコンゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）構造体などの追加の半導体・オン・インシュレータ３３０が作製される。この工程は、シリコンエッチング層と、ゲルマニウムを含みシリコンを随意により層との追加の対が尽きるまで継続してもよい。あるいは、ドナー構造体は、シリコンエッチング層と、シリコンおよびゲルマニウムを含む層との対の追加の堆積サイクルを受けてもよい。
【００５７】
本発明を詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱することなく、変更および変形が可能であることは明らかであろう。
【００５８】
本発明の範囲から逸脱することなく、上述の組成物および工程において様々な変更を行うことができるので、上述の説明に含まれる全ての事項は、例示的なものであり限定的ではないと解釈されるものである。
【００５９】
本発明の要素またはその好ましい実施形態を導入する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」および「ｓａｉｄ」は、１つ以上の要素が存在することを意味するものとする。「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は包括的であり、列挙された要素以外の追加の要素が存在する場合があることを意味する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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