(57)【要約】  ヘテロエピタキシャル層（１２１）とは異なる材料で作られる基板（１２０）上の少なくとも１つの緩和表面ヘテロエピタキシャル層（１２１）を備えるヘテロ構造（１２）の研磨方法。本方法は、第１の圧縮比を有する研磨布（１４）と、第１のシリカ粒子濃度を有する研磨溶液と、を用いてヘテロエピタキシャル層（１２）の表面を化学機械研磨する第１の化学機械研磨ステップを備える。第１の化学機械研磨ステップの後に、ヘテロエピタキシャル層（１２）を化学機械研磨する第２の化学機械研磨ステップが続き、この第２の化学機械研磨ステップは、第１の圧縮比よりも高い第２の圧縮比を有する研磨布と、第１のシリカ粒子濃度よりも低い第２のシリカ粒子濃度を有する研磨溶液と、を用いてなされる。
2010519740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘテロエピタキシャル層とは異なる材料から作られる基板（１２０）上に少なくとも１つの緩和表面へテロエピタキシャル層（１２１）を備えるヘテロ構造（１２）を研磨する方法であって、
第１の圧縮比を有する研磨布と、第１のシリカ粒子濃度を有する研磨溶液と、を用いて前記ヘテロエピタキシャル層（１２１）の前記表面を化学機械研磨する第１の化学機械研磨ステップを備え、
前記第１の化学機械研磨ステップに続いて、前記ヘテロエピタキシャル層（１２１）の前記表面を化学機械研磨する第２の化学機械研磨ステップがなされ、前記第２の化学機械研磨ステップは、前記第１の圧縮比よりも高い第２の圧縮比を有する研磨布と、前記第１のシリカ粒子濃度よりも低い第２のシリカ粒子濃度を有する研磨溶液と、を用いてなされる
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の化学機械研磨ステップにおいて、前記研磨溶液の前記シリカ粒子は、第１の範囲の値以内の直径を有し、
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて、前記研磨溶液の前記シリカ粒子は、前記第１の範囲の値よりも少なくとも部分的に小さい第２の範囲の値以内の直径を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の化学機械研磨ステップにおいて、前記研磨布は、２％から４％までの間の第１の圧縮比を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて、前記研磨布は、５％から９％までの間の第２の圧縮比を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の化学機械研磨ステップにおいて、前記研磨溶液は、２８％から３０％までの間の第１のシリカ粒子濃度を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて、前記研磨溶液は、８％から１１％までの間の第２のシリカ粒子濃度を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の化学機械研磨ステップにおいて、前記研磨溶液の前記シリカ粒子は、７０ナノメートルから１００ナノメートルまでの間の直径を有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて、前記研磨溶液の前記シリカ粒子は、６０ナノメートルから８０ナノメートルまでの間の直径を有することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記ヘテロエピタキシャル層（１２１）は、シリコンゲルマニウム層であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の化学機械研磨ステップの後に、前記シリコンゲルマニウムのヘテロエピタキシャル層は、原子間力顕微鏡を用いた２×２μｍ2および１０×１０μｍ2のスキャンエリア上の測定粗さに対して、０．１nm（RMS）より小さな表面微小粗さを示すことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の化学機械研磨ステップの後に、前記シリコンゲルマニウムのヘテロエピタキシャル層は、０．５ppmよりも小さい表面ヘイズレベルに相当する表面巨視的粗さを示すことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の化学機械研磨ステップは、ヘテロ構造（１２）が配置される研磨ヘッド（１１）と、研磨される前記ヘテロエピタキシャル層の前記表面と接触する研磨布（１４）によって覆われるプレート（１３）と、を備える研磨ツール（１０）においてなされ、前記研磨溶液は、前記研磨ヘッドから分配されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
ｓＳＯＩ構造の製造方法であって、
ドナー基板に属するシリコンゲルマニウムのヘテロエピタキシャル層上の歪みシリコン層を形成する段階と、
弱化層を形成するように設計されている前記ドナー基板に少なくとも１つの原子種を注入する段階と、
前記ドナー基板の前記表面を受取基板の表面と結合する段階と、
前記ドナー基板に形成された前記弱化層の位置で裂けることにより、前記受取基板と接触する前記層を分離する段階と
を備え、
前記歪みシリコン層が形成される前に、前記シリコンゲルマニウムのヘテロエピタキシャル層は、請求項１乃至１２のうちのいずれか１項に係る研磨方法にしたがって研磨される
ことを特徴とするｓＳＯＩ構造の製造方法。
【請求項１４】
前記受取基板は、その結合面に熱酸化物層を備えることを特徴とする請求項１３に記載のｓＳＯＩ構造の製造方法。
【請求項１５】
シリコン基板（１２０）上に少なくとも１つの緩和シリコンゲルマニウム表面ヘテロエピタキシャル層（１２１）を備えるヘテロ構造（１２）であって、
前記緩和シリコンゲルマニウム表面ヘテロエピタキシャル層（１２１）は、請求項１乃至９のうちのいずれか１項に係る研磨方法にしたがって研磨され、かつ、
前記緩和シリコンゲルマニウム表面ヘテロエピタキシャル層（１２１）は、原子間力顕微鏡を用いた２×２μｍ2および１０×１０μｍ2のスキャンエリア上の測定粗さに対して、０．１nm（RMS）より小さな表面微小粗さを示す
ことを特徴とするヘテロ構造（１２）。
【請求項１６】
前記緩和シリコンゲルマニウム表面ヘテロエピタキシャル層（１２１）は、０．５ppmよりも小さい表面ヘイズレベルに相当する表面巨視的粗さを示すことを特徴とする請求項１５に記載のヘテロ構造（１２）。
【請求項１７】
少なくとも１つの歪みシリコン層のエピタキシで形成するための結晶成長種として用いられるように設計されるドナー基板であって、
請求項１５または請求項１６に係るヘテロ構造（１２）を備えることを特徴とするドナー基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所与の歪み材料が他の異なる材料上で獲得されることを可能にするバッファ層に関連した不均質構造の場に関する。
【背景技術】
【０００２】
このヘテロ構造（heterostructure）の例は、シリコン基板上のエピタキシによって生成される緩和Ｓｉ(1-x)Ｇｅ(x)バッファ層を備えるＳｉ(1-x)Ｇｅ(x)構造（ｘは要求される歪み度に応じて２０％から１００％まで変更可能）である。Ｓｉ(1-x)Ｇｅ(x)層がエピタキシによって生成されるとき、シリコン基板の間での結晶格子の不一致、およびその後のＳｉＧｅ層は、ＳｉＧｅバッファ層の表面で「クロスハッチ（cross-hatch）」と呼ばれる格子歪みの出現をもたらす。緩和ＳｉＧｅバッファ層の表面は、その後に研磨されて、クロスハッチを除去し、そして表面粗さを減少させる。この目的は、緩和ＳｉＧｅバッファ層の表面が、化学機械研磨（ＣＭＰ）により平坦化されることである。ＣＭＰは周知の研磨技術であり、この層を化学エッチングできる作用剤（例えば、ＮＨ4ＯＨ）およびこの表面を機械エッチングできる研磨剤粒子（例えば、シリカ粒子）の双方を含む研磨溶液を関連させて布（cloth）を実施する。
【０００３】
ＣＭＰにより不均質ＳｉＧｅ構造上でのクロスハッチを除去し、表面粗さを減少させる溶液が提案されてきた。
【０００４】
非特許文献１および非特許文献２には、１ナノメートル（ＲＭＳ）（１０×１０μｍ2のスキャンエリアに対して約０．４ナノメートル）以下の値に表面粗さを減少させる２つのエピタキシャル工程の間で、ＳｉＧｅ構造を研磨する解決手段が記載されている。しかし、この解決手段で得られる研磨率は相対的に低く、研磨圧のパラメーターを調整することによって達成できるのが、わずか１．３ｎｍ／ｓｅｃの最大除去率である。
【０００５】
特許文献１および特許文献２では、ＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）の技術手段により得られるＳＯＩ（silicon on insulator）構造のシリコン層の化学機械研磨により、仕上する方法、または再利用する方法が記載されている。しかし、これらの方法は、不均質のＳｉＧｅ構造には適さない。これらの方法で得られる研磨比は、ＳｉＧｅが含まれるとき（ＶSi／ＶSiGe＝５）、シリコン基板上で実際に５倍に減少する。
【０００６】
特許文献３および特許文献４では、「ハード」または「中間」で布の研磨／平坦化する手段による単一の研磨工程において高い除去率を達成するだけではなく、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）より測定される１０×１０μｍ2のスキャンエリアに対して、０．２ナノメートル（ＲＭＳ）以下の表面粗さを得ることを可能にするＳｉＧｅ層のＣＭＰ法を明らかにしている。
【０００７】
上記２つの文献に記載の研磨方法は、ＡＦＭにより観測される相対的に低い微小表面粗さを示す不均質なＳｉＧｅ構造を実現する。しかし、これらの方法では、十分な表面巨視的水準を保証できず、例えば、シリコン支持基板上において上に歪みシリコン層が形成される緩和ＳｉＧｅ層がＳｉＧｅバッファ層により生成されて、このシリコン支持基板上にヘテロ構造（ドナー基板）から作られるｓＳＯＩ構造上に生成されるコンポーネントの小型化を絶え間なく進めることによって要求される新しい品質要望を満たすことができない。
【０００８】
本出願人は、表面のヘイズ（ウェハまたはヘテロ構造が、例えばＳＰ１測定装置において照射されたときに、表面の欠陥により拡散された光による低空間周波数信号）を測定することによって決まる巨視的粗さレベルが、構造の表面状態を適格とするための表面微小粗さレベルと丁度同じくらいに重要なパラメーターであるということを実際に観測した。化学機械研磨後のＳｉＧｅヘテロ構造上に要求される表面粗さはますます厳格になっているので、これら構造の表面の特性解析では、微小粗さ測定にも注意を払う必要がある。低空間周波数で実施されるＳｉＧｅヘテロ構造の特性解析、つまり大規模表面粗さ（全てのウェハ）を代表する表面ヘイズを測定することにより、表面の巨視的粗さ（ＳＰ１により測定されるヘイズレベル）と、製品の最終品質との間に直接の相関関係が存在することを示した。ウェハのヘイズレベルを測定するために用いられる技術は、特に非特許文献３に記載されている。
【０００９】
出願人は、したがって、ＣＭＰ後の緩和ＳｉＧｅ層の表面で測定されるヘイズレベルが、この層に形成される歪みシリコン層の表面品質、および結果としてｓＳＯＩ製品（部品統合容量）の生産歩留まりを条件付けすることを強調した。つまり、ＣＭＰ後にヘイズレベルが低いほど、最終製品の歩留まりは高い。それ故、ＣＭＰ後の巨視的粗さ（つまり、低空間周波数で測定される表面粗さ）を減少することにより、要求される表面品質は、部品および回路の小型化に次いで達成することができる。
【００１０】
したがって、特許文献３および特許文献４に記載されている方法で得られる表面粗さレベルを改善する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６９８８９３６号明細書
【特許文献２】特開平１１−１９７５８３号公報
【特許文献３】国際公開第２００５／１２０７７５号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００６／０３２２９８号パンフレット
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】K.Sawano et al, “Planarization of SiGe virtual substrate by CMP and its application to strained Si modulation-doped structures”, Journal of Crystal Growth, V251, 2003, p. 693-696
【非特許文献２】K.Sawano et al, “Surface smoothing of SiGe strain-relaxed buffer layers by chemical mechanical polishing”, Material science and engineering B89, 2002, p.406-409
【非特許文献３】F.  Holsteyns et al, “Monitoring and Qualification Using Comprehensive Surface Haze Information”, Semiconductor Manufacturing, 2003 IEEE International Symposium, p. 378-381
【発明の概要】
【００１３】
本発明の目的は、上記の欠点を治癒すること、および研磨または平坦化の解決法を提案することである。研磨または平坦化の解決法は、ヘテロエピタキシャル層の表面に存在する粗さレベル、および特に巨視的粗さ（ヘイズ）レベルをさらに減少できるものである。
【００１４】
この目的は、上記へテロエピタキシャル層とは異なる材料の基板上に、少なくとも１つの緩和された表面のヘテロエピタキシャル層を備えるヘテロ構造の研磨方法で達成される。該方法は、ヘテロエピタキシャル層の表面を化学機械研磨する第１のステップが、第１の圧縮率を有する研磨布でなされ、そして第１のシリカ粒子の凝縮を有する研磨方法でなされる。次に、ヘテロエピタキシャル層の表面の表面を化学機械研磨する第２のステップが、第１の圧縮率よりも高い第２の圧縮率を有する研磨布でなされ、そして第１の凝縮よりも低い第２のシリカ粒子の凝縮を有する研磨方法でなされる。
【００１５】
第１の研磨ステップが実施されるとき、「硬い（hard）」研磨布が好ましく用いられ、例えば、布は、２％から４％までの間、特に２％からなる圧縮比を有する。この硬い（２％）布は、「中間（intermediate）」の圧縮比、例えば、国際公開第2005/120775号パンフレットで推奨されているような６％、を有する布で得られるものよりも程度の大きい微小粗さ（ＡＦＭ 40μm2）となるけれども、本発明に係る方法の２つのステップの組み合わせは、「クロスハッチ（cross-hatch）」と称される歪み格子と、より効果的に除去される「ヘイズ（haze）」と称される微小粗さおよび巨視的粗さと、の双方を可能にする。
【００１６】
より正確に、クロスハッチを構成する欠陥は、結晶格子と位置が合っており、そしてそれ故にとりわけ安定しており、平坦化するのが難しく、一方、ランダムに配置された微小粗さの要素（component）は、容易に除去することができる。十分に硬い布で第１の研磨ステップが実施されるとき、クロスハッチは実際に消えるが、特に、例えば研磨により硬くなった部分に相当する不規則に配置されたコンポーネントに関し、微小粗さは全体的に高いままである。不規則に配置される表面の波形状は、実際に観測することができ、一方、クロスハッチははっきりと結晶軸との相関関係を表わす。不規則な微小粗さは、その後に第２の研磨テップにおいて除去され、このステップは、例えば圧縮比が５％から９％までの間で、特に６％を有する中間の研磨布の使用を好ましく備える。
【００１７】
さらに、クロスハッチが第１の研磨ステップにおいて除去されるので、第２の研磨ステップでは、全体的な微小粗さを、直接に単一のステップで微小粗さを最小に抑えることを目的とする方法の場合よりも低い水準にまで減少することができ、単一のステップではクロスハッチを完全に除去することができない。
【００１８】
本発明の１つの特徴に従って、第１の研磨ステップにおいて、研磨溶液のシリカ粒子は第１の範囲の値以内の直径を有し、一方、第２の研磨ステップにおいて、研磨溶液のシリカ粒子は第２の範囲の値以内の直径を有し、第２の範囲の値は、第１の範囲の値よりも少なくとも部分的に低い。第１の研磨ステップにおいて、研磨溶液のシリカ粒子は７０ナノメートルからその他１００ナノメートルまでの間の直径を有しており、一方、第２の研磨ステップにおいて、研磨溶液のシリカ粒子は６０ナノメートルから８０ナノメートルまでの間の直径を有している。
【００１９】
本発明の別の特徴に従って、第１の研磨ステップにおいて、研磨布は２％から４％までの間の圧縮比を有し、一方、第２の研磨ステップにおいて、研磨布は５％から９％までの間の圧縮比を有する。
【００２０】
本発明のさらに別の特徴に従って、第１の研磨ステップにおいて、研磨溶液は、２８％から３０％までの間の第１のシリカ粒子濃度を有し、一方、第２の研磨ステップにおいて、研磨溶液は、８％から１１％までの間の第２のシリカ粒子濃度を有する。
【００２１】
上記パラメーター（圧縮比、シリカ粒子濃度、シリカ粒子の直径）は、ヘテロエピタキシャル層がシリコンゲルマニウム層であるとき特に適合する。しかし、本発明の研磨方法は、他の材料、例えばガリウムヒ素ＧａＡｓ、または窒化ガリウムＧａＮに用いることができる。
【００２２】
クロスハッチは、このように本発明に係る第１の研磨工程において除去され、このとき、中間の布で得られるものと比較してあまり良くない微小粗さの結果となるにもかかわらず、所定材料を研磨するのに適した布と比較して相対的に硬い布が用いられる。微小粗さおよび巨視的粗さは、その後、本発明に係る第２の研磨ステップにおいて、中間の布で除去される。
【００２３】
このように、材料が何であっても、本発明に係る方法は、上記３つの形態の粗さ、例えば、クロスハッチ、不規則な微小粗さおよびヘイズ、が減少することを可能にする。
【００２４】
本発明の１つの特性に従って、ヘテロエピタキシャル層は、シリコンゲルマニウム層である。
【００２５】
第２の化学機械研磨ステップの後、シリコンゲルマニウムのヘテロエピタキシャル層は、２×２μｍ2および１０×１０μｍ2のスキャンエリア上で原子間力顕微鏡によりなされる粗さ測定に関し、０．１ナノメートル（ＲＭＳ）以下の表面粗さを示す。
【００２６】
加えて、第２の化学機械研磨ステップの後、シリコンゲルマニウムのヘテロエピタキシャル層は、表面ヘイズレベルが０．５ｐｐｍ以下に相当する表面巨視的粗さを示す。
【００２７】
本発明の方法の第２のステップに係る研磨は、シリコンゲルマニウムを扱うために通常用いられるのではなく、シリコンだけであり、約０．２ｎｍ／ｓｅｃのとても低い研磨除去率を示す。
【００２８】
上記の本発明の研磨方法は、周知のＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）技術に従ってｓＳＯＩの製造のために用いることができ、この製造では、ドナー基板に属するシリコンゲルマニウムのヘテロエピタキシャル層上の歪みシリコン層の形成を備えており、歪みシリコン層の表面を支持基板の表面と結合させる弱化層を形成するように設計されたドナー基板の中に少なくとも１つの原子種を注入し、ドナー基板内に形成される弱化層のレベルで割れ目により支持基板と接触する層を分離する。この場合、歪みシリコン基板が形成される前に、上述の研磨方法に従って、シリコンゲルマニウムのヘテロエピタキシャル層が研磨されて、十分な品質のｓＳＯＩウェハを得ることができ、それにより品質の悪いウェハの数が減少する。
【００２９】
本発明の１つの特性に従って、支持基板は、歪みシリコンと結合するように設計された表面のレベルで熱酸化物層を備える。酸化物層は、通常、ドナー基板上に形成され、結合する前に、実施するのが複雑なＴＥＯＳタイプの酸化ステップの手段によってされる。単純な熱酸化は、歪みシリコンの厚さを減少させるには大いに欠点を示し、層の厚さは、臨界緩和厚さによりすでに制限される。逆に、酸化物層は、支持基板上に形成することができ、結合する前に、バルクシリコン支持基板を熱酸化するステップの手段によってされる。しかし、これは、歪みシリコンおよび、シリコンゲルマニウムのヘテロエピタキシャル層の十分に良い表面状態を要求する。本発明の方法の手段により、シリコンゲルマニウムのヘテロエピタキシャル層の表面品質が達成され、特にクロスハッチおよびヘイズ現象が関係する限り、歪みシリコンの結合が熱酸化物層を備える支持基板上に直接することができる。
【００３０】
本発明はまた、シリコン基板上の少なくとも１つの緩和シリコンゲルマニウムの表面層を備えるヘテロ構造に関し、ヘテロエピタキシャル層は、２×２μｍ2および１０×１０μｍ2のスキャンエリア上で原子間力顕微鏡によりなされる粗さ測定に関し、０．１ナノメートル（ＲＭＳ）以下の表面粗さを示す。
【００３１】
ヘテロエピタキシャル層は、さらに、表面ヘイズレベルが０．５ｐｐｍ以下に相当する表面微小粗さを示す。
【００３２】
本発明はまた、ドナー基板に関し、ドナー基板は、上述のヘテロ構造を備える少なくとも１つの歪みシリコン層のエピタキシによって形成されるための結晶成長種として用いられるように設計されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る研磨方法を実施するために利用可能な研磨ツールの模式図である。
【図２】シリコン基板上でヘテロエピタキシにより形成されるシリコンゲルマニウム層を備えるヘテロ構造の断面図である。
【図３】本発明に係る単一のステップおよび２つのステップで実施される研磨後に得られるヘイズレベルを示すボックスプロット図である。
【図４】本発明に係る単一のステップおよび２つのステップで実施される研磨後に得られる微小粗さレベルを示すヒストグラムである。
【図５】本発明に係る２つのステップで実施される研磨後に得られる微小粗さレベルを示すヒストグラムである。
【図６】本発明に係る単一のステップまたは２つのステップで実施される研磨がなされたドナー基板のＳｉＧｅ層に基づくｓＳＯＩウェハ上で得られる最終不良率を示すボックスプロット図である。
【図７】本発明に係る単一のステップおよび２つのステップで実施される研磨後に得られるｓＳＯＩウェハの品質水準および状態を示すヒストグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の研磨方法は、ＣＭＰと呼ばれる２つの化学機械研磨ステップを備え、それぞれ続けて実施されるが、異なる動作条件の下で実施される。特に、第１の研磨ステップは、相対的に「硬い」布、つまり、低い圧縮率を有するもので実施され、また、「高い」値の範囲での直径を有する「高」濃度のシリカ粒子を有する研磨溶液で実施される。
【００３５】
低圧縮率が意味することは、所定材料を研磨するのに適した布と比較して低い率である。全てのイベントにおいて、第１の圧縮率は、第２の圧縮率と比べて低く、「中間」として参照される。シリコン−ゲルマニウムへテロピタキシャル層について例えば、２％から４％までの間の圧縮比の布は、硬いとみなされ、一方、約６％の圧縮率は、中間として定義される。
【００３６】
シリカ粒子が高濃度あることの意味は、所定の材料を研磨するのに適した研磨溶液と比較して高濃度である。全てのイベントにおいて、第１の濃度は、第２の濃度と比較して高く、よって「低」として参照されるシリコン−ゲルマニウムへテロピタキシャル層について例えば、１２％以下の濃度が低いとみなされ、一方、２０％以上の濃度が高いと定義される。
【００３７】
高い値の範囲が意味することは、所定材料を研磨するのに適した研磨溶液と比較して高い（例えば、大多数の値または平均の値が高い）値である。全てのイベントにおいて、第１の範囲の値は、第２の範囲の値と比較して必然的に高い。第２の値の範囲は、従って「低い」とみなされるが、一部の重複する範囲は除外されない。特定の溶液の粒子は、実際に全てが同じ直径ではなく、異なる溶液の直径分布は、必然的に重複する。したがって、シリコン−ゲルマニウムヘテロピタキシャル層について例えば、６０から８０ナノメートルまでの間の範囲の値は、低い値の範囲であるとみなされ、一方、７０から１００ナノメートルまでの間の範囲の値は、高い値の範囲であるとみなされる。
【００３８】
図１は、本発明の実施形態に係る研磨方法を実装して使用可能となる研磨ツールを示す。ツール１０は、一方では研磨ヘッド１１を備える。研磨ヘッド１１において、研磨される表面粗さを提供するヘテロ構造１２が挿入され、そしてもう一方ではプレート１３が研磨布１４によって覆われる。研磨ヘッド１１およびプレート１３はそれぞれ、研磨布１４に接触するヘテロ構造１２の表面１２１ａを回転しながら研磨するように駆動される。研磨圧Ｆｅおよび矢印１６により表わされる平行移動は、研磨が実施されるときにはさらに研磨ヘッド１１にも適用される。研磨が実施されるときに、シリカ粒子を含むＮＨ4ＯＨ溶液のような少なくとも１つのコロイド溶液よって形成される研磨剤の研磨溶液は、チューブ１５を介して研磨ヘッド１１に加えて注入され、後に研磨布１４上に施される。ヘテロ構造１２の表面１２１ａの研磨は、したがって研磨溶液が染み込んだ研磨布１４を用いて実施される。
【００３９】
ヘテロ構造１２は、異なる材料から作られた基板１２０上に形成される少なくとも１つのヘテロエピタキシャル層１２１により形成される。ヘテロエピタキシャル層は、緩和されており、その表面において研磨を必要とする歪み格子またはクロスハッチを示す。図２に示すように、不均一なヘテロ構造１２は、逐次的な層のＳｉ(1-x)Ｇｅ(x)１２２（ｘは、例えば層の厚みにおいて０から０．２に変化する）と、シリコン基板１２０上でヘテロエピタキシによって形成される均一なＳｉ(1-x)Ｇｅ(x)層１２３（例えば、ｘ＝２）とを備えるＳｉ(1-x)Ｇｅ(x)１２１の緩和されたバッファ層により形成することができる。シリコン基板およびその上に形成されるＳｉＧｅ層の間の結晶格子の不均一は、歪みが緩和されたときに、ヘテロ構造１２の表面１２１ａに相当するＳｉＧｅ層１２３の表面にクロスハッチ緩和粗さ１２４を形成することとなる。さらに記述される本発明の研磨方法に係るクロスハッチを取り除いた後に、ヘテロ構造１２を用いることができて、歪みシリコン層ｓＳｉを形成する。歪みシリコン層ｓＳｉは、例えば周知のＳｍａｒｔＣｕｔ技術を用いることにより、シリコン基板のような受け取り基板上に移すことができる。ｓＳｉ層が移された後に、ヘテロ構造が再利用することができて、再び本発明の方法に従って、ヘテロ構造のＳｉＧｅ層の破砕表面が研磨された後に新しいｓＳｉ層を形成する。
【００４０】
１番目の研磨ステップにおいて、ヘテロ構造１２の表面は、「硬い」と呼ばれる研磨布、つまり２％から４％までの間で、好ましくは２％の圧縮比を示す布を用いて化学機械研磨が実施される。
【００４１】
第１の化学機械研磨ステップはまた、「攻撃的」と呼ばれる研磨溶液で実施され、つまりコロイド溶液であって、例えば７０から１００ナノメートルまでの間の直径をもつシリカ粒子の少なくとも２０％を備え、好ましくはシリカ粒子の２８％から３０％までの間を備えるＮＨ４ＯＨ溶液である。
【００４２】
第１の研磨ステップの除去率は、好ましくは３ｎｍ／ｓｅｃであり、そして第１のステップの期間は約２分である。第１の化学機械研磨ステップは、クロスハッチを除去し、表面の微小粗さを約０．２ｎｍ  ＲＭＳに減少させる。ここで、粗さの値は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で１０×１０μｍ2のスキャンエリアに対して測定した値である。
【００４３】
しかし、この第１の研磨ステップの後に、ヘテロ構造１２は、その表面１２１ａにおいて約２０ｐｐｍの巨視的粗さ水準を示し、これは、測定表面ヘイズレベル（ウェハまたはヘテロ構造が例えばＳＰ１測定装置において照射されたときに表面の欠陥により散乱された光からの低空間周波数信号）に相当する。
【００４４】
本発明に従って、第２の化学機械研磨ステップは、ヘテロ構造の表面に現れる巨視的粗さ水準を減少するように実行される。
【００４５】
ヘテロ構造１２の表面１２１ａを研磨するこの第２の研磨ステップは、「中間」と呼ばれる研磨布、つまり５％および９％の間、好ましくは６％の圧縮比を示す布でなされる。この第２の研磨ステップにおいて、研磨布は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造の製造の際に、シリコン仕上げ研磨に用いられる布と一致するのが好ましい。この研磨布の周知の例としては、Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓから供給されるＳＰＭ３１００である。
【００４６】
第２の化学機械研磨ステップは、第１のステップにおいて用いられる研磨溶液、つまり、コロイド溶液であって、例えば、６０ｎｍから８０ｎｍまでの間の直径を有するシリカ粒子が約１２％以下の割合で含まれるＮＨ4ＯＨ溶液よりもソフトな研磨溶液でなされる。シリカ粒子の割合は、８％から１１％までの間が好ましい。
【００４７】
第２の研磨ステップにおける除去率は、好ましくは０．２nm／secであり、第２の研磨ステップの時間は、約３分である。
【００４８】
第２の化学機械研磨ステップは、表面微小粗さを０．１ナノメートル（ＲＭＳ）以下の値にまで減少することができる。ここで、粗さの値は、１０×１０μｍ2のスキャンエリアに対して原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）より測定された値である。第２の研磨ステップはとりわけ、ＳＰ１測定装置で測定される表面ヘイズレベルに相当する約０．５ppmの表面巨視的粗さ水準が、ヘテロ構造１２の表面１２１ａで獲得することができる。上述の２つの研磨ステップの後に獲得されるヘイズレベルは、第１の研磨ステップのみで獲得されるものと比較して４０倍まで改善される。
【００４９】
図３は、前述のヘテロ構造１２のようなシリコン基板上に形成されるＳｉＧｅ層を研磨した後に得られるヘイズレベルを示し、化学機械研磨は、前述の第１の研磨ステップに相当する単一のステップにおいてそれぞれ実施され、または前述の第１および第２の研磨ステップに相当する２つのステップで実施されたものとする。図３に示す値は、検出閾値、つまり検出可能な粒子の大きさが０．１３μに調整されたＫＬＡ−ＴｅｎｃｏｒのＳＰ１測定装置で測定されたものである。
【００５０】
この図は、本発明に係る２つのステップにおいて化学機械研磨が実施されるときに獲得されるヘイズレベルを明確に示す。このように、化学機械研磨後のヘイズレベルは、第２の研磨ステップにより、平均１９ｐｐｍから平均０．３１ｐｐｍに低下している。
【００５１】
図４は、本発明に係る単一ステップおよび２つのステップにおいて実施される化学機械研磨の後にＳｉＧｅヘテロエピタキシャル層上で獲得される表面微小粗さの実効値を示す。図に示される表面微小粗さの値は、２×２μｍ2および４０×４０μｍ2のスキャンエリアに対して原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定されたものである。
【００５２】
図４に示す値は、本発明に係る２つのステップにおいて実施される化学機械研磨で得られる表面微小粗さは、２×２μｍ2のスキャンエリアに対して２倍まで減少し、４０×４０μｍ2のスキャンエリアに対して１．５倍まで減少する。２つのステップにおける化学機械研磨の後の微小粗さは、それゆえ、２×２μｍ2のスキャンエリアに対して０．１nm（ＲＭＳ）以下であり、例えば、歪みシリコンエピタキシ、または分子結合の回復を実行するのにとても良い表面状態を可能にする。
【００５３】
図５は、既に図４で示した２×２μｍ2のスキャンエリアの表面微小荒さの値に加えて、同じＳｉＧｅ層を１０×１０μｍ2のスキャンエリアに対して原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した表面微小粗さの値を示す。この図は、２×２μｍ2のスキャンエリアに対して得られる表面微小エリアがより大きなスキャンエリアである１０×１０μｍ2と同様であることを示す。
【００５４】
図３乃至５に示す結果は、研磨ヘッドＶｔおよびプレートＶｐが以下のスピードで回転するＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社のＭｉｒｒａ研磨装置で研磨されている。
【００５５】
第１の研磨ステップ：Ｖｔは、７５ｒｐｍから９５ｒｐｍまでの間で好ましくは８７ｒｐｍであり、５psiから９psiまでの間で、好ましくは７psiの力が研磨ヘッドに加えられる。Ｖｐは、８５ｒｐｍから１００ｐｍまでの間で好ましくは９３ｒｐｍである。
【００５６】
第２の研磨ステップ：Ｖｔは、３０ｒｐｍから４５ｐｍまでの間で好ましくは３６ｒｐｍであり、３psiから６psiまでの間で、好ましくは５psiの力が研磨ヘッドに加えられる。Ｖｐは、２５ｒｐｍから４０ｐｍまでの間で好ましくは３０ｒｐｍである。
【００５７】
図６は、ヘテロ構造で形成されたｓＳＯＩ（strained silicon on insulator）ウェハ上で観測される欠陥のレベルを示す。ここで、ヘテロ構造のＳｉＧｅ層は、歪みシリコン層のための成長層として作用し、上述の第１の研磨ステップに相当する単一のステップ、または上述の第２の研磨ステップに相当する２つのステップで化学機械研磨がなされている。
【００５８】
図６に示す値は、検出閾値が０．４乃至０．５に調整されている、つまり検出可能な粒子の最小サイズに調整されている、ＫＬＡ−ＴｅｎｃｏｒのＳＰ１測定装置で測定されたものである。
【００５９】
図６は、斜めに測定された（図６のＡＬＬ［ＤＣＯ］（ＡＬＬ  Ｄｅｆｅｃｔ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｏｂｌｉｑｕｅ）に相当する）全ての欠陥（ｙ軸上に示される欠陥数で表される）と、垂直に測定された全ての欠陥（図６のＡＬＬ［ＤＣＮ］（ＡＬＬ  Ｄｅｆｅｃｔ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｎｏｒｍａｌ）に相当する）と、が単一のステップまたは２つのステップで化学機械研磨がなされたかどうかに基づいて比較可能とする。上記条件の下２つのステップで２つのステップでなされた研磨は、ｓＳＯＩ最終製品での欠陥を単一のステップ（中央のＡｌｌ[ＤＣＯ]との比較）でなされる研磨と比較して２０倍まで改善できる。
【００６０】
図７は、上述の第１の研磨ステップに相当する単一のステップ、または上述の第１および第２の研磨ステップに相当する２つのステップのどちらかで化学機械研磨を受けて、ヘテロ構造のＳｉＧｅ層から生成されたかに基づいてｓＳＯＩウェハに帰属する状態を示す。図７において、カスタマーの仕様に従って、「最良」状態は、ウェハが最高のグレードと一致し、「モニター」は、十分な品質ではないグレード（ウェハは、  もともと「最良」のグレードよりも最終仕様の制約を少なくして供給される）に相当し、「劣化」は、とても欠陥が多いウェハのスクラップに相当する。
【００６１】
図７において、最終ウェハ生産品に対して第２の研磨ステップのインパクトがはっきりとわかる。単一のステップにおける研磨では、実際に、最終生産量が１００％劣化ウェハであるのに対し、２つのステップにおける研磨では、１８％が「最良」、５２％が「モニター」、３０％が「劣化」つまり単一のステップにおける研磨よりも３倍少ない。
【００６２】
ＳｉＧｅヘテロエピタキシャル層を研磨する上述の研磨方法はまた、ガリウムヒ素ＧａＡｓおよび窒化ガリウムＧａＮのヘテロエピタキシャル層の研磨に対して実施可能である。ＳｉＧｅ層の研磨に関して示したパラメーター（第１および第２のステップにおける布の圧縮比、第１および第２のステップにおけるシリカ粒子濃度／粒子径、など）はまた、ＧａＡｓまたはＧａＮのヘテロエピタキシャル層の研磨に適用可能である。
【００６３】
このように、前に定義した条件下で２つの研磨ステップを実施することにより、本発明に係る研磨方法は、クロスハッチ、巨視的粗さ（ヘイズ測定）、表面微小粗さ（原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）での測定）をかなり減少することができる。ウェハの表面状態の改善は特に、十分な分子結合、および／または歪みシリコンのエピタキシの回復を保証する。さらに、ｓＳＯＩウェハの製造方法の終わりに得られるウェハがよりよい品質であることを可能にする。なぜならば、結果として劣化ウェハの数が３倍まで減少し、十分な品質のウェハの数をかなり増加させるからである。
【図１】
2010519740.tif 000003
【図２】
2010519740.tif 000004
【図３】
2010519740.tif 000005
【図４】
2010519740.tif 000006
【図５】
2010519740.tif 000007
【図６】
2010519740.tif 000008
【図７】
2010519740.tif 000009
【国際調査報告】
2010519740.tif 000010
2010519740.tif 000011
2010519740.tif 000012