(57)【要約】【課題】 歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板中のＳｉＧｅ混晶層で、Ｇｅ濃度３０％を確保する。活性層の剥がれ、活性層中の欠陥を減らす。良好な歪効果を得る。活性層表面のラフネスを改善する。加工取り代の均一性を高める。【解決手段】  エピタキシャル膜付きウェーハ１０と支持用ウェーハ２０とを貼り合わせる。エピウェーハの一部を活性層薄膜化層１０Ａとして残す。薄膜化層１０Ａの表面を平坦化する。加熱し、薄膜化層１０Ａの表面から内部に向かって酸化膜１２を形成していく。埋め込み酸化膜２１Ａ上のＳｉＧｅ混晶膜１１Ａ中のＧｅ濃度を３０％前後まで高める。ＳｉＧｅ混晶膜１１Ａに良質の歪シリコン層４０が得られる。なお、薄膜化後の薄膜化層１１Ａを還元性ガス雰囲気でアニールし、平坦化する。【選択図】図１
2004320000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜を有するエピタキシャル膜付きウェーハおよびシリコン酸化膜を有する支持基板用ウェーハを準備する工程と、
上記エピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜のついた面および上記支持基板用ウェーハのシリコン酸化膜の表面を貼り合わせ面として、上記エピタキシャル膜付きウェーハと支持基板用ウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせ工程と、
この貼り合わせウェーハにおいてエピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜の一部を含む部分を支持基板上の活性層として残して薄膜化する薄膜化工程と、
この支持基板上の活性層表面を平坦化する平坦化工程と、
この貼り合わせウェーハを酸化熱処理することにより、上記支持基板用ウェーハに活性層として残されたエピタキシャル膜中のゲルマニウムを濃縮し、高濃度ゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜を形成する酸化濃縮工程と、
酸化濃縮後、活性層表面の酸化膜をエッチングにより除去し、上記高濃度のゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜を露出する酸化膜除去工程と、
酸化膜除去後、この高濃度ゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜の表面にシリコンをエピタキシャル成長し、歪シリコン層を形成する歪シリコン成長工程とを備えた歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項２】
上記エピタキシャル膜付きウェーハの所定深さ部分には軽元素のイオン注入層が形成され、
上記薄膜化工程では、上記貼り合わせウェーハを熱処理し、このイオン注入層内のエピタキシャル膜付きウェーハの所定深さ位置にて剥離する請求項１に記載の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項３】
完成後の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板中の薄膜化したＳｉＧｅ混晶膜中ゲルマニウム濃度およびＳｉＧｅ混晶膜厚に応じたウェーハ表面の単位面積あたりのゲルマニウム濃度となるように、ＳｉＧｅ混晶層の膜厚およびゲルマニウム濃度を決定したＳｉＧｅ混晶層を単層または多層含むエピタキシャル膜をエピタキシャル成長させたエピタキシャル膜付きウェーハと、表面にシリコン酸化膜が形成された支持基板用ウェーハとを準備するウェーハ準備工程と、
上記エピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜のついたウェーハ面および上記支持基板用ウェーハのシリコン酸化膜の表面を貼り合わせ面として、上記エピタキシャル膜付きウェーハと支持基板用ウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせ工程と、
この貼り合わせウェーハにおいてエピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜の一部を含む部分を支持基板上の活性層として残して薄膜化する薄膜化工程と、
この支持基板上の活性層表面を平坦化する平坦化工程と、
この貼り合わせウェーハを酸化熱処理することにより、上記支持基板用ウェーハに活性層として残されたエピタキシャル膜中のゲルマニウムを濃縮し、高濃度ゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜を形成する酸化濃縮工程と、
酸化濃縮後、活性層表面の酸化膜をエッチングにより除去し、上記高濃度のゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜を露出する酸化膜除去工程と、
酸化膜除去後、この高濃度ゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜の表面にシリコンをエピタキシャル成長し、歪シリコン層を形成する歪シリコン成長工程とを備えた歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項４】
上記エピタキシャル膜付きウェーハには、あらかじめ所定の深さ部分に軽元素をイオン注入することでイオン注入層が形成され、
上記薄膜化工程では、上記貼り合わせウェーハを熱処理し、このイオン注入層内のエピタキシャル膜付きウェーハの所定深さ位置にて剥離する請求項３に記載の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項５】
ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜を有するエピタキシャル膜付きウェーハおよびシリコン酸化膜を有する支持基板用ウェーハを準備する工程と、
上記エピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜のついた面および上記支持基板用ウェーハのシリコン酸化膜の表面を貼り合わせ面として、上記エピタキシャル膜付きウェーハと支持基板用ウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせ工程と、
この貼り合わせウェーハにおいてエピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜の一部を含む部分を支持基板上の活性層として残して薄膜化する薄膜化工程と、
活性層薄膜化後の貼り合わせウェーハを、還元性ガスの雰囲気中で加熱し、活性層表面をエッチングする平坦化工程と、
この貼り合わせウェーハを酸化熱処理することにより、上記支持基板用ウェーハに活性層として残されたエピタキシャル膜中のゲルマニウムを濃縮し、高濃度ゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜を形成する酸化濃縮工程と、
酸化濃縮後、活性層表面の酸化膜をエッチングにより除去し、上記高濃度のゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜を露出する酸化膜除去工程と、
酸化膜除去後、この高濃度ゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜の表面にシリコンをエピタキシャル成長し、歪シリコン層を形成する歪シリコン成長工程とを備えた歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項６】
上記エピタキシャル膜付きウェーハには、あらかじめ所定の深さ部分に軽元素をイオン注入することでイオン注入層が形成され、
上記薄膜化工程では、上記貼り合わせウェーハを熱処理し、このイオン注入層内のエピタキシャル膜付きウェーハの所定深さ位置にて剥離する請求項５に記載の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法、詳しくはＳＯＩ基板の活性層表面に歪シリコン層が形成されたＳＯＩ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
格子歪を有しないシリコン活性層を備えた従来のＳＯＩ基板に比べて、電子および正孔の移動速度が大きく、トランジスタの性能を高められる歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板が、近年、注目されている。
歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板は、支持基板用ウェーハ上に埋め込みシリコン酸化膜、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜（意図的にＧｅ濃度を制御し形成したＳｉＧｅ混晶層を含む単層又は多層膜）および歪シリコン層が、順次、積層された構造を有している。このうち、歪シリコン層は、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の表面へのエピタキシャル成長により形成される。Ｇｅの格子定数はシリコンに比べて４．２％大きい。そのため、ＳｉＧｅ混晶の結晶はウェーハ面に直交する方向に長い形状を有して成長する。
【０００３】
シリコン基板上に、ある膜厚（臨界膜厚）を超えてＳｉＧｅ混晶を厚く成長させると、このＳｉＧｅ混晶膜とこの膜がエピタキシャル成長される下地のウェーハとの界面近傍に転位を発生し格子緩和する。一般にＳｉＧｅ混晶は厚く成長することで膜表面の結晶はこの格子緩和が進行し、そのＧｅ濃度に応じた本来の格子定数に近づく。しかしながら、この格子緩和の過程で発生する転位は成長するＳｉＧｅ混晶膜の表面方向に向かって伸びることが多く、デバイス形成に用いられる表面付近のエピタキシャル層の品質を悪化させる。この問題は、より高いＧｅ濃度のＳｉＧｅ混晶膜を、より厚く成長する時に、混晶膜と基板ウェーハであるシリコンとの間で働く応力のために、高い確率で顕在化する。一方、格子緩和したＳｉＧｅ混晶エピタキシャル膜の表面に歪シリコン層をエピタキシャル成長させると、歪シリコン層のシリコンにはウェーハ表面内で等方向に引っ張り応力が作用する。これにより、シリコンのバンド縮退が解け、フォノン散乱の減少および平均有効質量の低下が生じる。その結果、トランジスタ（Ｃ−ＭＯＳ）のチャネル部分における電子と正孔の移動度を、歪のないシリコンより高めることができる。
【０００４】
従来の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法として、非特許文献１に発表された貼り合わせ法を応用した方法が知られている。
すなわち、まず貼り合わせる２枚のシリコンウェーハを準備し、そのうちの１枚をエピタキシャル膜付きウェーハとし、残りを支持基板用ウェーハとする。ここで、エピタキシャル膜付きウェーハの表面には、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜を成長している。その後、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜内に水素をイオン注入する。それから、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の表面を化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下、ＣＭＰ）装置を用いて鏡面研磨する。これにより、研磨前の表面荒さが６〜８ｎｍ（ＲＭＳ）であったＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜表面を、研磨後には０．５ｎｍ（ＲＭＳ）以下とすることで、貼り合わせが可能な表面となる。一方、支持基板用ウェーハの表面に、シリコン酸化膜を形成する。
【０００５】
その後、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の表面とシリコン酸化膜の表面とを貼り合わせ面とし、エピタキシャル膜付きウェーハと支持基板用ウェーハとを貼り合わせる。
次いで、剥離のために適当な熱処理を施す。このとき、貼り合わせウェーハが、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜付きウェーハ中の水素イオン注入した部分から分割されて剥離する。これにより、支持基板用ウェーハに形成されたシリコン酸化膜の表面に薄膜（厚さ５００ｎｍ程度）のＳｉＧｅ混晶層を含む活性層が形成される。その後、これをＣＭＰによって平坦化することで最終的に膜厚が２００〜３００ｎｍの範囲と膜厚Ｒａｎｇｅの大きなＳｉＧｅ混晶層を含む活性層が埋め込み酸化膜上に形成される。このＳｉＧｅ混晶層の表面に歪シリコン層をエピタキシャル成長させる。厚さは１８ｎｍである。また、埋め込み酸化膜厚は３００ｎｍであった。
【非特許文献１】Ｈｕａｎｇ，  Ｌ．  Ｊ．  ｅｔ．ａｌ．，  ‘‘Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｉｎ  Ｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｓｉ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  Ｗａｆｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ’’，  ２００１  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｐａｐｅｒｓ，  ５Ｂ−３，  Ｊｕｎｅ  ２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、デバイス特性上、効果的な歪シリコン層をエピタキシャル成長させるには、２０〜３０％程度（好ましくは３０％以上）のゲルマニウム濃度を必要とする。これより低い濃度では、歪シリコン層の歪の度合いが小さく、高いトランジスタ性能が得られない。ところが、ゲルマニウムの濃度が高まると、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の貼り合わせ面のラフネスが悪化する。ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜表面は、エピタキシャル膜付きウェーハと支持基板用ウェーハとの貼り合わせ時、エピタキシャル膜付きウェーハ側の貼り合わせ面となる。
そこで、この従来の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法では、貼り合わせに必要な高い平坦度を得るため、上述したようにＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の表面をＣＭＰしてから、支持基板と貼り合わせていた。
【０００７】
しかしながら、このようなＣＭＰによるＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の鏡面化処理では、以下の欠点があった。
すなわち、（１）ＣＭＰ時に、その面内での取り代分布が均一でないため、エピタキシャル成長で達成した面内分布をＳＯＩ作製後に維持できない。すなわち、上記段落番号０００５の欄で述べたような、ウェーハ面内の膜厚が２００〜３００ｎｍの範囲と幅の大きなＳｉＧｅ混晶膜を含む活性層が埋め込み酸化膜上に形成されてしまう。
また、（２）緩和したＳｉＧｅ混晶膜の研磨取り代分を見越して厚さ５００ｎｍと厚いＳｉＧｅ混晶膜を積むことが必要となる。そのため、エピタキシャル成長過程で結晶欠陥を誘起しやすい。また、上記段落番号０００５の欄で述べた剥離後のＣＭＰによるＳｉＧｅ混晶膜を含むエピタキシャル膜表面平坦化/薄膜化においては、ＳｉＧｅ混晶膜厚を２００ｎｍより薄くしたいが、ＣＭＰ時にＳｉＧｅ混晶層の膜厚が薄くなると活性層であるＳｉＧｅ膜が貼り合わせ面から剥がれ易くなるため、その薄膜化が容易ではない。
【０００８】
このことは、上記プロセスでは剥離後にＳｉＧｅ混晶膜が表面に露出していることから、Ｇｅが外方拡散してしまうために貼り合わせ力を強化する（３）１０００℃を超える高温熱処理を行えない、ことが事態をさらに悪化させている。
さらに、（４）より厚くＧｅ濃度３０％もの高濃度のＳｉＧｅ混晶膜を、転位が基板側からエピタキシャル膜表面方向に伸びることなく緩和させて、シリコン基板上に形成することも技術的に難しく、エピタキシャル表面に結晶欠陥を誘起しやすかった（非特許文献２）。
【非特許文献２】Ｒ．Ｈｕｌｌ  ａｎｄ  Ｊ．Ｃ．Ｂｅａｎ，Ｊ．Ｖｏｌ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ７，（１９８９）Ｐ．２５８０
【０００９】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の貼り合わせ面に対して、上記（１）〜（４）の課題を有する高濃度ＧｅのＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜成長やＣＭＰを施さなくても、貼り合わせに必要な平坦度が得られる方法を開発した。
すなわち、ゲルマニウムの濃度がＰｅａｋ値でも３０％に満たないＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜付きのウェーハを支持基板用ウェーハと貼り合わせ、その後、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜を含む一部を支持基板上の活性層として残して薄膜化（ｔｈｉｎｎｉｎｇ）する。次に、活性層薄膜化後の貼り合わせウェーハを熱処理し、この貼り合わせウェーハの活性層の表面側からも酸化膜を成長していく。このことで、ＳｉＧｅ層を含むエピタキシャル膜付ウェーハ由来の埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶層中のゲルマニウムが、歪シリコン層に所定量の歪を誘起するのに十分な濃度（例えば３０％）になるまで酸化濃縮し、その後、この酸化膜をエッチングによって除去する。このように構成すれば、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜のエピタキシャル成長後にその表面をＣＭＰしなくても、エピタキシャル膜付きウェーハと支持基板用ウェーハとの貼り合わせが可能になることを知見し、この発明を完成させた。
【００１０】
この発明は、歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板中のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜付ウェーハ由来のＳｉＧｅ混晶層において、ゲルマニウム濃度３０％前後の高濃度を容易に確保することができ、しかも化学的機械的研磨に起因した、貼り合わせ面からのＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜に由来する活性層の剥がれ、および、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の成長中に発生した結晶欠陥に由来する活性層中の欠陥を減らすことができる歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜内に良好な歪効果を得ることができる濃度のゲルマニウムを容易に確保することができる歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法を提供することを、その目的としている。
さらに、この発明は、活性層の薄膜化後の活性層表面の平坦化において、活性層表面のラフネスを改善するとともに、ウェーハ面内における加工取り代の均一性を高めることができる歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法を提供することを、その目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜を有するエピタキシャル膜付きウェーハおよびシリコン酸化膜を有する支持基板用ウェーハを準備する工程と、上記エピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜のついた面および上記支持基板用ウェーハのシリコン酸化膜の表面を貼り合わせ面として、上記エピタキシャル膜付きウェーハと支持基板用ウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせ工程と、この貼り合わせウェーハにおいてエピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜の一部を含む部分を支持基板上の活性層として残して薄膜化する薄膜化工程と、この支持基板上の活性層表面を平坦化する平坦化工程と、この貼り合わせウェーハを酸化熱処理することにより、上記支持基板用ウェーハに活性層として残されたエピタキシャル膜中のゲルマニウムを濃縮し、高濃度ゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜を形成する酸化濃縮工程と、酸化濃縮後、活性層表面の酸化膜をエッチングにより除去し、上記高濃度のゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜を露出する酸化膜除去工程と、酸化膜除去後、この高濃度ゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜の表面にシリコンをエピタキシャル成長し、歪シリコン層を形成する歪シリコン成長工程とを備えた歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法である。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、エピタキシャル膜付きウェーハと支持基板用ウェーハとを、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜のついた面およびシリコン酸化膜の表面を貼り合わせ面として貼り合わせる。その後、エピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜の一部を含む部分を支持基板上の活性層として残し、この活性層に薄膜化を施す。次いで、この活性層表面を平坦化し、続いてこの貼り合わせウェーハを酸素雰囲気中で加熱して、活性層の表面から酸化する。
ところで、良質の歪シリコン層を得るためには、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の表面近傍（表層）に転位を含まない歪ヘテロ構造を形成する必要がある。一方、歪シリコン層の下地となる緩和ＳｉＧｅ混晶膜中のゲルマニウム濃度を２０〜３０％程度の高濃度（デバイス特性上望ましくは３０％以上）としなければならないが、エピタキシャル成長時に一般に高濃度Ｇｅでかつ、厚いＳｉＧｅ混晶膜を高い結晶性を保ちながら成膜するのは困難である。そこで、活性層が平坦化された貼り合わせウェーハを酸素雰囲気中で加熱し、活性層表面から内部に向かって酸化膜を形成していくことにより、上記埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶膜中のゲルマニウムの濃度を徐々に高める。このようなゲルマニウムの酸化濃縮を施すことで、埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶膜中のゲルマニウムの濃度を、例えば３０％前後まで容易に高めることができる。
その結果、埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶膜に良質の歪シリコン膜が得られる高濃度のゲルマニウムを確保した上で、ＣＭＰに起因した活性層の貼り合わせ面から剥がれ、および、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の成長中に発生した結晶欠陥に由来する活性層中の欠陥を減らすことができる。
【００１３】
エピタキシャル膜付きウェーハ、支持基板用ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハなどを採用することができる。エピタキシャル膜付ウェーハのエピタキシャル膜の膜厚は、任意でよい。酸化濃縮直前の支持基板用ウェーハ中のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の膜厚としては、例えば１０〜１００ｎｍ程度である。
ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜のゲルマニウム濃度分布および膜厚は、良質な歪シリコン層を得るため、完成後の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板中のＳｉＧｅ混晶膜中のゲルマニウム濃度を２０〜３０％前後（好ましくは３０％以上）とするウェーハ面内の単位面積あたりのゲルマニウム濃度となるエピタキシャル膜を酸化濃縮直前に、支持基板用ウェーハに残るように設定する必要がある。
ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜は単層膜でも、２層以上の複層膜でもよい。また、ゲルマニウム濃度の深さ方向プロファイルは任意なものでもよい。
ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜のエピタキシャル成長装置としては、例えば分子線エピタキシャル成長装置、気相エピタキシャル成長装置、液相エピタキシャル成長装置、固相エピタキシャル成長装置などが挙げられる。
【００１４】
ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜のエピタキシャル成長ガスとしては、シリコン含有ＩＶ族系水素ガスとゲルマニウムＩＶ族系ガスとの混合ガスを採用することができる。シリコン含有ＩＶ族系水素ガスの素材としては、例えばモノシラン（ＳｉＨ4）の他ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）などの高次シラン（ＳｉnＨ2n+2）、モノクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）トリクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）などを採用することができる。また、ゲルマニウムＩＶ族系ガスの素材としては、ゲルマン（ＧｅＨ4）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ4）などを採用することができる。
支持基板用ウェーハに形成される酸化膜としては、例えばシリコン酸化膜などが挙げられる。酸化膜の膜厚は１０ｎｍ〜１μｍ程度である。
なお、エピタキシャル膜付きウェーハ側の表面を所定の量酸化してから、酸化膜付きの支持基板と貼り合わせても良い。この酸化は、自然酸化、化学酸化、熱酸化のいずれでも良い。
【００１５】
エピタキシャル膜付きウェーハと支持基板用ウェーハとの貼り合わせは、例えば常温により両ウェーハを重ね合わせた後、下記に説明する活性層の薄膜化がある程度行われた段階（活性層膜厚＜１．０μｍ）で、貼り合わせ熱処理をすることで貼り合わせ力を強化する。この貼り合わせ熱処理の加熱温度は８００℃以上、例えば１１００℃である。貼り合わせ熱処理の時間は、１０分以上で例えば２時間である。熱酸化炉内の雰囲気ガスには窒素などでも良いが、後述するゲルマニウムの酸化濃縮プロセスで本貼り合わせ熱処理を兼ねることができる。
一方、エピタキシャル膜付きウェーハ由来の活性層の薄膜化方法は限定されない。例えば、エピタキシャル膜付きウェーハの表面付近にあらかじめ水素等の軽元素をイオン注入し、その後、イオン注入層からエピタキシャル膜付きウェーハを剥離する水素イオン注入剥離法（特許文献１）を採用することができる。その他、あらかじめエピタキシャル膜付きウェーハの表面付近に多孔質等、強度が不均一で弱い層を形成後、エピタキシャル膜付きウェーハの貼り合わせとは反対側の面から多孔質等の強度の弱い層にて剥離し、それから多孔質層をエッチングする方法（特許文献２）を採用してもよい。活性層の薄膜化後のエピタキシャル膜付きウェーハの残厚は、例えば５ｎｍ〜１μｍである。
【特許文献１】米国特許第５３７４５６４号明細書
【特許文献２】特許第３０３１９０４号公報
【００１６】
活性層の薄膜化後の活性層表面の平坦化方法としては、例えばＣＭＰ、水素を含む還元雰囲気中で熱処理する水素アニールを採用することができる。
ＣＭＰ用の研磨装置は限定されない。枚葉式でも、バッチ式でもよい。また、研磨定盤と、これに対抗配置される研磨ヘッドとを備え、この研磨ヘッドの研磨定盤との対向面に、バックパッドを介して、貼り合わせウェーハを水張りするワックスレスタイプの片面研磨装置でもよい。
研磨布としては、例えばポリエステルフェルトにポリウレタンを含浸させた多孔性の不織布タイプの研磨布が挙げられる。また、発泡したウレタンブロックをスライスした発泡性ウレタンタイプでもよい。
研磨剤としては、例えばコロイダルシリカ（シリカゾル）などの遊離砥粒を含むスラリーを採用することができる。その他、酸化セリウムを使用したセリア系スラリーも採用することができる。
水素アニールではアニール装置を使用し、水素ガスベースの雰囲気で、９００〜１３５０℃、１０秒〜１時間の熱処理を行う。これにより、活性層の薄膜化後の活性層表面の原子が流動して高平坦度な面となる。しかも、このエピタキシャル膜付きウェーハ中の酸素析出欠陥が低減し、その品質も高まる。なお、この平坦化工程においても、活性層膜の除去が活性層表面から進行するため、薄膜化の効果も同時に得ることができる。
【００１７】
酸化濃縮方法としては、公知の熱酸化処理炉を用い、酸素雰囲気で１０００〜１２００℃、３０分〜１００時間の熱酸化処理を行う。酸化膜が形成されるのは、薄膜化された活性層表面である。したがって、ここでいう酸化膜とは異なる２種類の酸化膜を意味する。一方は、薄膜化された活性層表面を雰囲気ガスにより直接酸化したシリコン酸化膜、他方は貼り合わせ後に活性層の下にある埋め込み酸化膜である。酸化処理後、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜中のゲルマニウムは、前述の２つの酸化膜に挟まれて濃縮され、単位体積あたりのゲルマニウムが高濃度なＳｉＧｅ混晶単層膜を容易に形成することができることが報告されている（非特許文献３）。この現象は、シリコン酸化膜中のゲルマニウム固溶度が極めて低いことに起因するため、濃縮する方向に限定すれば、酸化前のゲルマニウムの深さ方向分布制御や酸化後の熱履歴と組み合わせることで、任意のゲルマニウム濃度へ制御可能である。
【００１８】
支持基盤上の活性層表面とは、支持基板ウェーハ上に存在する活性層の表面である。
活性層表面に形成する酸化膜の厚さは、薄膜化後の活性層膜厚およびエピタキシャル膜付きウェーハの単位面積あたりのゲルマニウム濃度によって設定される。
酸化膜除去方法としては、例えば希ＨＦ溶液を使用し、これを上記熱酸化により表面へ酸化膜が形成され活性層の薄膜化された貼り合わせウェーハ表面に接触させ、酸化膜を溶失する。
歪シリコン層の成長方法としては、公知のエピタキシャル成長炉、エピタキシャル成長条件を採用することができる。エピタキシャル成長ガスとしては、例えばモノシランガス、ジボランガスなどを採用することができる。
歪シリコン層の膜厚は、例えば１〜１００ｎｍである。
【００１９】
【非特許文献３】第６２回応用物理学会学術講演会 講演予稿集、ＩＴＯＸ法を用いた高品質／応用緩和ＳＧＯＩ基板技術、株式会社東芝研究開発センターＬＳＩ基盤技術ラボラトリー内、手塚勉、杉山直時治、高木信一共著、２００１年９月、１１ｐ−Ｍ−４
【００２０】
請求項２に記載の発明は、上記エピタキシャル膜付きウェーハの所定深さ部分には軽元素のイオン注入層が形成され、上記薄膜化工程では、上記貼り合わせウェーハを熱処理し、このイオン注入層内のエピタキシャル膜付きウェーハの所定深さ位置にて剥離する請求項１に記載の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法である。
【００２１】
具体的には、活性層用ウェーハの表面から軽元素をイオン注入し、その後、このイオン注入面を貼り合わせ面として活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを室温で貼り合わせ、続いて熱処理する。このとき、活性層をそのイオンの注入部分から分割して剥離することで、エピタキシャル膜付きウェーハに作り込んだ所定の構造の活性層を有するＳＯＩ基板を作製する方法である。このイオン注入剥離法によるウェーハの剥離技術を応用し、活性層を薄膜化する。
上記イオン注入軽元素としては、例えば水素、ヘリウムなどを採用することができる。軽元素のイオン注入に使用されるイオン注入装置、イオン注入条件は公知のものを使用する。
上述の剥離熱処理は、エピタキシャル膜付きウェーハと支持基板用ウェーハとの貼り合わせ力を増強するための貼り合わせ熱処理と連続に行ってもよい。熱処理温度は４００〜１２００℃、熱処理時間は０．２〜５時間である。
【００２２】
なお、上記エピタキシャル膜付きウェーハには、表面付近に多孔質層が形成され、続いてこの多孔質層上にエピタキシャル膜が形成したものを用いても良い。この場合、上記活性層の薄膜化工程では、熱処理ではなく、流体を用いて機械的にこの多孔質内にて剥離し活性層を支持基板側に残し、その後に活性層表面に残存する多孔質をエッチングにより除去する方法が用いられる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、完成後の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板中の薄膜化したＳｉＧｅ混晶膜中ゲルマニウム濃度およびＳｉＧｅ混晶膜厚に応じたウェーハ表面の単位面積あたりのゲルマニウム濃度となるように、ＳｉＧｅ混晶層の膜厚およびゲルマニウム濃度を決定したＳｉＧｅ混晶層を単層または多層含むエピタキシャル膜をエピタキシャル成長させたエピタキシャル膜付きウェーハと、表面にシリコン酸化膜が形成された支持基板用ウェーハとを準備するウェーハ準備工程と、上記エピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜のついたウェーハ面および上記支持基板用ウェーハのシリコン酸化膜の表面を貼り合わせ面として、上記エピタキシャル膜付きウェーハと支持基板用ウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせ工程と、この貼り合わせウェーハにおいてエピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜の一部を含む部分を支持基板上の活性層として残して薄膜化する薄膜化工程と、この支持基板上の活性層表面を平坦化する平坦化工程と、この貼り合わせウェーハを酸化熱処理することにより、上記支持基板用ウェーハに活性層として残されたエピタキシャル膜中のゲルマニウムを濃縮し、高濃度ゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜を形成する酸化濃縮工程と、酸化濃縮後、活性層表面の酸化膜をエッチングにより除去し、上記高濃度のゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜を露出する酸化膜除去工程と、酸化膜除去後、この高濃度ゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜の表面にシリコンをエピタキシャル成長し、歪シリコン層を形成する歪シリコン成長工程とを備えた歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法である。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜のエピタキシャル成長工程では、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の膜厚とゲルマニウム濃度は、歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板完成時の埋め込み酸化膜上の薄膜化されたＳｉＧｅ混晶膜中ゲルマニウム濃度および同ＳｉＧｅ混晶層膜厚との関係において決定される。すなわち、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜のうち、酸化濃縮直前の支持基板用ウェーハの酸化膜に残される相当分全体で、酸化濃縮後の埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶膜中のゲルマニウム濃度が２０〜３０％になるように、同相当部分のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜のゲルマニウム濃度の深さ方向分布、および膜厚は調節される。
その結果、埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶膜中に良質の歪シリコン層が得られるゲルマニウム量の確保が容易になる。
なお、エピタキシャル膜付きウェーハの表面を所定の量だけ酸化してから、酸化膜付きの支持基板と貼り合わせても良い。この酸化は、自然酸化、化学酸化、熱酸化のいずれでも良い。
【００２５】
薄膜化したＳｉＧｅ混晶膜中に含まれるゲルマニウムの全体量（所定量）とは、酸化濃縮後に埋め込み酸化膜上に形成されるＳｉＧｅ混晶膜中におけるゲルマニウム濃度を所定量確保するために、酸化濃縮直前に支持基板用ウェーハの酸化膜に残されたエピタキシャル膜付きウェーハ由来のＳｉＧｅ混晶膜中のウェーハ単位面積あたりのゲルマニウム濃度のことである。
一方、歪Ｓｉを成膜するための下地である、埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶膜中Ｇｅ濃度（以下すべて原子濃度）としては、２０〜３０％程度が良い。特に３０％以上はデバイス特性上最も優れる。そこで例えば、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜中のＧｅ濃度と、そのエピタキシャル膜中のＳｉＧｅ混晶層の合計膜厚との関係は、酸化濃縮後の埋め込み酸化膜上の緩和ＳｉＧｅ混晶層の膜厚が１０ｎｍ、Ｇｅ濃度が３０％を狙うとすれば、貼り合わせ前のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル単層、または、多層膜の表面部分は、それぞれ混晶層Ｓｉ（１−ｘ）Ｇｅｘにおける(1)ｘ＝０．２５のとき、ＳｉＧｅ混晶層の合計膜厚は１２ｎｍ、(2)ｘ＝０．２０のとき、ＳｉＧｅ混晶層の合計膜厚は１５ｎｍ、(3)ｘ＝０．１５のとき、ＳｉＧｅ混晶層の合計膜厚は２０ｎｍ、(4)ｘ＝０．１０のとき、ＳｉＧｅ混晶層の合計膜厚は３０ｎｍ、(1)ｘ＝０．０５のとき、ＳｉＧｅ混晶層の合計膜厚は６０ｎｍのように設計すれば良い。
酸化濃縮工程での酸化温度は、１０００℃以上、１２００℃以下である。１０００℃未満では、貼り合わせ力の強化効果が十分得られず、１２００℃を超えるとＧｅ濃度３０％のＳｉＧｅ混晶の融点を超えるために、歪シリコンをエピタキシャル成長する下地となる埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶膜の結晶性が乱れてしまうおそれがある。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、上記エピタキシャル膜付きウェーハには、あらかじめ所定の深さ部分に軽元素をイオン注入することでイオン注入層が形成され、上記薄膜化工程では、上記貼り合わせウェーハを熱処理し、このイオン注入層内のエピタキシャル膜付きウェーハの所定深さ位置にて剥離する請求項３に記載の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法である。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜を有するエピタキシャル膜付きウェーハおよびシリコン酸化膜を有する支持基板用ウェーハを準備する工程と、上記エピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜のついた面および上記支持基板用ウェーハのシリコン酸化膜の表面を貼り合わせ面として、上記エピタキシャル膜付きウェーハと支持基板用ウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせ工程と、この貼り合わせウェーハにおいてエピタキシャル膜付きウェーハのエピタキシャル膜の一部を含む部分を支持基板上の活性層として残して薄膜化する薄膜化工程と、活性層薄膜化後の貼り合わせウェーハを、還元性ガスの雰囲気中で加熱し、活性層表面をエッチングする平坦化工程と、この貼り合わせウェーハを酸化熱処理することにより、上記支持基板用ウェーハに活性層として残されたエピタキシャル膜中のゲルマニウムを濃縮し、高濃度ゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜を形成する酸化濃縮工程と、酸化濃縮後、活性層表面の酸化膜をエッチングにより除去し、上記高濃度のゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜を露出する酸化膜除去工程と、酸化膜除去後、この高濃度ゲルマニウムのＳｉＧｅ混晶膜の表面にシリコンをエピタキシャル成長し、歪シリコン層を形成する歪シリコン成長工程とを備えた歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法である。
【００２８】
請求項５に記載の発明によれば、薄膜化後の活性層を還元性ガスの雰囲気中でアニールし、平坦化する。還元性ガスのアニールでエッチング効果を得るには、通常９００℃以上の温度による加熱が必要である。したがって、アニール中にＳｉＧｅ混晶層を含む活性層内のゲルマニウムが熱拡散し、濃縮酸化前にゲルマニウムが活性層より外に放出されるおそれがある。しかしながら、仮に熱拡散が発生しても、ゲルマニウムがエピタキシャル膜中に留まり、膜外に拡散されなければ、続く酸化濃縮工程で、その熱拡散したゲルマニウムも濃縮酸化時に埋め込み酸化膜上に形成されるＳｉＧｅ混晶膜中に集められて濃縮される。これにより、薄膜化後の活性層の表面ラフネスを改善する平坦化処理を、外周部ダレの発生などによるウェーハ面内での加工取り代の均一化が難しいＣＭＰにより実施しなくてもよい。
平坦化工程では、アニール装置の炉内に水素などの還元ガスを供給しながら、例えば９００〜１３５０℃の加熱温度、１分〜２時間の加熱時間でアニールする。
【００２９】
請求項６に記載の発明は、上記エピタキシャル膜付きウェーハには、あらかじめ所定の深さ部分に軽元素をイオン注入することでイオン注入層が形成され、上記薄膜化工程では、上記貼り合わせウェーハを熱処理し、このイオン注入層内のエピタキシャル膜付きウェーハの所定深さ位置にて剥離する請求項５に記載の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１に記載の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法によれば、エピタキシャル膜付きウェーハのＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の一部を含む部分を支持基板上の薄膜化した活性層として埋め込み酸化膜上に形成された貼り合わせウェーハの表面を平坦化し、その後、残存するエピタキシャル膜中のゲルマニウムを酸化濃縮するので、濃縮の結果形成される埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶膜中に２０〜３０％以上のゲルマニウム濃度を容易に確保することができ、しかも化学的機械的研磨に起因した活性層の支持基板用ウェーハからの剥がれ、および、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の成長中に発生した結晶欠陥に由来する活性層中の欠陥を減らすことができる。
【００３１】
また、請求項３に記載の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法によれば、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜のエピタキシャル成長工程において、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜をのうち、後に支持基板用ウェーハの酸化膜上に残る部分を、含有するゲルマニウムがウェーハ面の単位面積あたりで所定量になるようにゲルマニウムの濃度の深さ方向分布と膜厚を決定すれば良く、酸化濃縮後の埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶膜中に良好な歪シリコン層を得るのに十分な濃度のゲルマニウムの確保が容易になる。
【００３２】
さらに、請求項５に記載の歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法によれば、活性層の薄膜化後の貼り合わせウェーハの表面を還元性ガスの雰囲気中でアニールして平坦化するようにしたので、活性層表面の平坦化を、外周部ダレなどが発生しやすいＣＭＰによって施す必要がなくなる。その結果、平坦化工程において、活性層表面のラフネスを改善するとともに、このウェーハ面内での加工取り代の均一性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１および図２に示す歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法は、エピタキシャル膜付きウェーハおよび支持基板用ウェーハの準備、両ウェーハの貼り合わせ、活性層の薄膜化、薄膜化後の活性層表面の平坦化、埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶膜中のゲルマニウムの酸化濃縮、酸化膜除去および歪シリコン成長の各工程を備えている。以下、これらの工程を詳細に説明する。
なお、以下の実験においては６インチまたは８インチウェーハを用いたが、本質的には１２インチ以上の口径のウェーハについても適用が可能である。
【００３５】
まずＣＺ法により単結晶シリコンインゴットの引き上げ、その後、この得られた単結晶シリコンインゴットに、ブロック切断、スライス、面取り、鏡面研磨などを施すことで、鏡面仕上げのシリコンウェーハ１０を用意する（図１（ａ））。一方、このシリコンウェーハ１０と同様な製法により、同一口径の鏡面仕上げの支持基板用ウェーハ２０を用意する（図１（ｂ））。このうち、エピタキシャル膜付きウェーハの表面には、所定の構造のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１がエピタキシャル成長されている。一方、支持基板用ウェーハ２０の表面には、熱酸化炉を使用した熱酸化処理により、厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜２１が形成されている。また、ＳｉＧｅ混晶層の格子緩和を促進することを目的にして、上記所定構造のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１とシリコンウェーハ１０との間に、バッファ層を挿入してもよい。
【００３６】
ここではＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１として、単層構造、４層構造または６層構造からなる５種類のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜を採用している。具体的には、いずれの場合でも、酸化濃縮後、埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶膜１１Ａ中のゲルマニウム濃度は約３０％となる。
すなわち、(a) エピタキシャル膜付きウェーハ１０の基板部分の表面上に、順次、ＳｉＧｅ混晶層（ゲルマニウム濃度２５％、膜厚６ｎｍ）、シリコン層（３８ｎｍ）、ＳｉＧｅ混晶層（ゲルマニウム濃度２５％、膜厚６ｎｍ）、シリコン層（５ｎｍ）がエピタキシャル成長された４層構造のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜（ＳｉＧｅ混晶層の総膜厚１２ｎｍ）である。
(b) エピタキシャル膜付きウェーハ１０の基板部分の表面上に、順次、ＳｉＧｅ混晶層（ゲルマニウム濃度２０％、膜厚５ｎｍ）、シリコン層（１７．５ｎｍ）、ＳｉＧｅ混晶層（ゲルマニウム濃度２０％、膜厚５ｎｍ）、シリコン層（１７．５ｎｍ）、ＳｉＧｅ混晶層（ゲルマニウム濃度２０％、膜厚５ｎｍ）、シリコン層（５ｎｍ）がエピタキシャル成長された６層構造のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜（ＳｉＧｅ混晶層の総膜厚１５ｎｍ）である。
【００３７】
(c) エピタキシャル膜付きウェーハ１０の基板部分の表面上に、順次、ＳｉＧｅ混晶層（ゲルマニウム濃度１５％、膜厚１０ｎｍ）、シリコン層（３０ｎｍ）、ＳｉＧｅ混晶層（ゲルマニウム濃度１５％、膜厚１０ｎｍ）、シリコン層（５ｎｍ）がエピタキシャル成長された６層構造のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜（ＳｉＧｅ混晶層の総膜厚２０ｎｍ）である。
(d) エピタキシャル膜付きウェーハ１０の基板部分の表面上に、順次、ＳｉＧｅ混晶層（ゲルマニウム濃度１０％、膜厚１０ｎｍ）、シリコン層（１０ｎｍ）、ＳｉＧｅ混晶層（ゲルマニウム濃度１０％、膜厚１０ｎｍ）、シリコン層（１０ｎｍ）、ＳｉＧｅ混晶層（ゲルマニウム濃度１０％、膜厚１０ｎｍ）、シリコン層（５ｎｍ）がエピタキシャル成長された４層構造のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜（ＳｉＧｅ混晶層の総膜厚３０ｎｍ）である。
【００３８】
(e) エピタキシャル膜付きウェーハの基板部分１０の表面上に、ＳｉＧｅ混晶層（ゲルマニウム濃度５％、膜厚６０ｎｍ）がエピタキシャル成長された単層構造のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜である。
このように、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１のエピタキシャル成長工程において、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１のうち、後に支持基板用ウェーハの酸化膜上に残る部分の膜厚およびゲルマニウム濃度の深さ方向分布を、含有するゲルマニウムがウェーハ面の単位面積あたりで所定量になるようにゲルマニウムの濃度に応じて決定したので、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１の結晶性を悪化させること無く、容易にＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１内に良質の歪シリコン層４０が得られる濃度３０％のゲルマニウムの確保が容易になる。
【００３９】
(a) 〜(d) の多層構造を有するＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１の成長方法は、反応炉内に段落番号００２７の欄で述べた鏡面仕上げのシリコンウェーハを挿入し、次いで炉内に水素希釈体積１０％のモノシランガスと水素希釈体積１％のゲルマンガスとの混合ガスを供給し、エピタキシャル膜付きウェーハ１０の表面にＳｉＧｅ混晶層を所定厚さ成長させる。減圧ＣＶＤを用いて、原料ガス混合比１〜１００の間、圧力１〜１００Ｔｏｒｒ、成長温度を６００〜８００℃で、時間的にコントロールすることにより所望の構造のＳｉＧｅ混晶膜を含むエピタキシャル膜を成長させることができる。一方、シリコン層を成長させる場合には、ゲルマンガスの供給を中止し、モノシランガスだけを供給してエピタキシャル成長する。
その後、中電流イオン注入装置を使用し、エピタキシャル膜付きウェーハ１０の内部に、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１側から水素イオンを５．０×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ2で注入する（図１（ｃ））。イオン注入室内の温度は室温、加速電圧は２０ｋｅＶ、エピタキシャル膜付きウェーハ１０内への注入深さはＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１の表面から２６０ｎｍである。これにより、エピタキシャル膜付きウェーハ１０のＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１側の部分に水素イオン注入層１０ａが形成される。
【００４０】
次いで、ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝０．１：１：５の洗浄液（７０℃）を使用し、５分間洗浄する（図１（ｄ））。
それから、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１の表面とシリコン酸化膜２１の表面とを貼り合わせ面として、エピタキシャル膜付きウェーハ１０と支持基板用ウェーハ２０とを貼り合わせ（室温〜５０℃）、貼り合わせウェーハ３０を形成する（図２（ａ））。この貼り合わせにより、シリコン酸化膜２１が埋め込みシリコン酸化膜２１Ａとなる。埋め込みシリコン酸化膜２１Ａの厚さは５０ｎｍである。なお、(a)〜(d)の多層構造とすることでエピタキシャル膜１１の形成後にＣＭＰなしで貼り合わせが可能となった理由は、各ＳｉＧｅ混晶層のＧｅ濃度を低く抑え、また、各ＳｉＧｅ混晶層膜厚を小さくすることで、ＳｉＧｅ混晶とＳｉ間で発生する膜応力が減少し、転位の発生が抑えられた結果、エピタキシャル膜１１表面のラフネス悪化を防止できたためと考えられる。
次に、この貼り合わせウェーハ３０を貼り合わせ用の熱酸化炉に挿入し、窒素ガスの雰囲気中で、５５０℃、１時間の熱処理を行う。これにより、エピタキシャル膜付きウェーハ１０が水素イオン注入層１０ａから剥離し、厚さ２６０ｎｍ程度の活性層薄膜化層１０Ａが現出される（図２（ｂ））。このとき、活性層薄膜化層１０Ａの表面粗さは、１０μｍ角のサイトにおいて、ＲＭＳ３〜４ｎｍである。
【００４１】
次いで、活性層薄膜化層１０Ａを、ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝０．５：１：５の混酸液（８５℃）を使用し、１３０分間エッチングする。活性層薄膜化層１０Ａの表面粗さは、１０μｍ角のサイトでＲＭＳ１．０〜１．５ｎｍである。それから、貼り合わせウェーハ３０をアニール炉に挿入し、水素ガスの雰囲気で１１３５℃、１０分間、水素アニールする。これにより、活性層薄膜化層１０Ａの表層が３０ｎｍだけエッチングされる。このとき、ゲルマニウムは、活性層薄膜化層１０Ａから外方拡散される直前で止められる。活性層薄膜化層１０Ａの表面粗さは、１０μｍ角のサイトでＲＭＳ０．１５〜０．２０ｎｍと、ラフネスが改善される（図２（ｃ））。
その後、貼り合わせウェーハ３０をゲルマニウムの酸化濃縮用の熱酸化炉に挿入し、酸素ガスの雰囲気で１１５０℃、１０時間、熱処理する（図２（ｄ））。これにより、活性層薄膜化層１０Ａの表面から膜内部に向かってシリコン酸化膜１２を形成しながら、埋め込みシリコン酸化膜２１Ａ上のＳｉＧｅ混晶膜１１Ａ中のゲルマニウム濃度を徐々に高める。酸化膜１２の膜厚は１３５ｎｍである。酸化濃縮により、埋め込みシリコン酸化膜２１Ａ上のＳｉＧｅ混晶膜１１Ａ中のゲルマニウム濃度は３０％となる。
【００４２】
それから、希ＨＦ溶液（室温）を使用し、酸化膜１２を除去する。７％の希ＨＦ溶液との浸食時間は４分間程度である。これにより、埋め込み酸化膜上のＳｉＧｅ混晶層の表面が露出される。
酸化膜除去後、貼り合わせウェーハ３０を反応炉内に挿入し、シリコンをエピタキシャル成長させる（図２（ｅ））。すなわち、炉内に水素希釈のモノシランガスを供給し、表面の酸化膜が除去され露出されたＳｉＧｅ混晶膜１１Ａの表面に歪シリコン層４０をエピタキシャル成長させる。歪Ｓｉ成長は、炉内温度７８０℃、エピタキシャル成長時間は約１分、層厚は１０ｎｍである。歪シリコン層４０の表面粗さは、１０μｍ角のサイトでＲＭＳ０．１５〜０．２０ｎｍである。
これにより、支持基板用ウェーハ２０の表面に、順次、膜厚５０ｎｍの埋め込みシリコン酸化膜２１Ａ、膜厚１０ｎｍでゲルマニウム濃度が３０％のＳｉＧｅ混晶膜１１Ａおよび膜厚１０ｎｍの歪シリコン層４０が積層された歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板が製造される。このようにして得られる歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板中のＳｉＧｅ混晶層１１Ａの膜厚Ｒａｎｇｅは、エピタキシャル膜付きウェーハの構造、特に本質的にはエピタキシャル膜１１の膜厚分布に依存する。発明者は、この点について鋭意検討し、デバイス作製可能な半導体基板作製についての技術的な見通しを得た。
【００４３】
このように、貼り合わせウェーハ３０を活性層薄膜化層１０Ａを残して活性層を薄膜化し、その後、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１のゲルマニウムを酸化濃縮するので、埋め込みシリコン酸化膜２１Ａ上のＳｉＧｅ混晶膜１１Ａの膜中に所望のゲルマニウム濃度を、例えば、３０％のような高濃度であっても容易に確保することができる。しかも、ＣＭＰに起因した貼り合わせ面からの活性層の剥がれ、および、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜の成長中に発生した結晶欠陥に由来する活性層中の欠陥を減らすことができる。
また、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１のエピタキシャル成長工程において、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１のうち、後に支持基板用ウェーハ２０の酸化膜上に残る部分に、含有するゲルマニウムが膜全体で所定量になるように決定すればよく、ＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜１１のうち、後に支持基板用ウェーハ２０の酸化膜上に残る部分の膜厚とＧｅ濃度をウェーハ面の単位面積あたりで所定のゲルマニウム量になるように決定することにより、支持基板２０上の活性層の一部を成すＳｉＧｅ混晶膜１１Ａは、良好な結晶性で、かつ、その上に成膜する歪シリコン層４０が必要な歪を生じるに十分なゲルマニウム濃度の確保が容易になる。
【００４４】
さらに、平坦化工程において、活性層薄膜化後の貼り合わせウェーハ３０を水素アニールして表面を平坦化するようにしたので、外周部ダレなどが発生しやすいＣＭＰを施す必要がなくなる。その結果、貼り合わせウェーハ３０の表面ラフネスを改善するとともに、このウェーハ面内での加工取り代の均一性を高めることができる。
加えて、ＳｉＧｅ混晶膜のＣＭＰ取り代分を見越してＳｉＧｅ混晶膜を厚く積むことが必要なくなるため、エピタキシャル成長過程で結晶欠陥発生を防止できる。また、活性層膜厚が２００ｎｍより薄くなってきた時にも活性層が貼り合わせ面から剥がれるような問題を起こすことなく、容易に薄膜化／平坦化できる。また同じく、Ｇｅの外方拡散なく１０００℃以上の熱処理も問題なく行えることから、貼り合わせ力も改善できる。さらに、技術的に難しい、シリコン基板上のＧｅ３０％もの高濃度のＳｉＧｅ混晶膜を直接エピタキシャル成長する必要がなく、低濃度Ｇｅで各膜厚も比較的薄いＳｉＧｅ混晶層形成で十分であるため、エピタキシャル膜１１の表面に結晶欠陥が発生することも防止でき、結果として歪シリコン層４０をエピタキシャル成長する下地となる高濃度ゲルマニウム含有のＳｉＧｅ混晶膜１１Ａの結晶品質を高め、良質な歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板５０を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の一実施例に係る歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法を示すフローシートである。
【図２】図１に示す歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法を示すフローシートの続きである。
【符号の説明】
【００４６】
１０  エピタキシャル膜付きウェーハ、
１０Ａ  活性層の薄膜化層、
１０ａ  水素イオン注入層、
１１  エピタキシャル膜付きウェーハのＳｉＧｅ混晶層を含むエピタキシャル膜部分、
１１Ａ  高濃度ゲルマニウム含有ＳｉＧｅ混晶膜、
１２  酸化膜、
２０  支持基板用ウェーハ、
２１  シリコン酸化膜、
２１Ａ  埋め込みシリコン酸化膜、
３０  貼り合わせウェーハ、
４０  歪シリコン層、
５０  歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板。
【図１】
2004320000.tif 000003
【図２】
2004320000.tif 000004