(57)【要約】【課題】半導体材料からなる少なくとも第１の層（１０２）を、第１の層の材料とは異なる材料からなる第２の層（１０１）上に備えるヘテロ構造を製作する方法に関し、半導体材料の元素が、空孔機構によって、第１の層（１０２）内でまた隣接する層内に拡散するのを防止すること。【解決手段】本発明の方法は、前記第１の層の元素が空孔拡散するのを制限するために、第１の層（１０２）を格子間欠陥（１０５ａ）で富化させるためのステップ（Ｓ２）を含む。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料からなる少なくとも第１の層を、前記第１の層の材料とは異なる材料からなる第２の層上に備え、前記半導体材料の元素が、拡散機構によって前記第２の層内へ拡散し得るヘテロ構造を製作する方法において、前記第１の層の前記元素が空孔拡散するのを制限するために、前記第１の層を格子間欠陥にて富化させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の層が、シリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）からなる層（１０２）であり、前記第２の層がシリコン基板（１０１）であり、
格子間欠陥にて富化される前記ＳｉＧｅ層（１０２）にイオン注入して、前記ＳｉＧｅ層内の所定の深さのところに脆弱層（１０９）を形成するための少なくとも１つのステップ（１０８）を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＳｉＧｅ層（１０２）内で格子間欠陥にて富化させる前記ステップが、前記ＳｉＧｅ層内へシリコン原子（１０５ａ）をイオン注入するステップによって行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＳｉＧｅ層内へシリコン原子をイオン注入（１０６）する前記ステップ中の注入エネルギーおよび注入量が、前記脆弱層（１０９）と前記ＳｉＧｅ層（１０２）の表面との間にあるシリコン富化層（１０５）を形成するように選択されことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記シリコン富化ゾーン（１０５）が、１×１０２０原子／ｃｍ３〜５×１０２１原子／ｃｍ３の範囲にある最大シリコン原子濃度を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ＳｉＧｅ層内へシリコン原子をイオン注入（１０６）する前記ステップが、１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶの範囲の注入エネルギーにおいて、５×１０１４原子／ｃｍ２〜５×１０１５原子／ｃｍ２の範囲の注入量で実施されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ＳｉＧｅ層（２０２）における格子間欠陥にて富化させる前記ステップが、前記ＳｉＧｅ層の表面を酸化させるステップによって実施されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記ＳｉＧｅ層（２０２）の表面が、酸素流中３５０℃〜４５０℃の範囲で１０分〜１時間実施されるアニールステップによって酸化されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＳｉＧｅ層（２０２）の表面を酸化させる前記ステップの後に、前記ＳｉＧｅ層の表面上に形成された酸化物層（２０６）をなくすための脱酸ステップをさらに含むことを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＳｉＧｅ層（１０２；２０２）が、シリコン基板上の緩和ＳｉＧｅ層であり、
・前記ＳｉＧｅ層（１０２；２０２）上に歪みシリコン層（１０７；２０７）を形成するステップと、
・前記歪みシリコン層（１０７；２０７）を、支持基板（１１２；２１２）に接合するステップと、
・前記ＳｉＧｅ層（１０２；２０２）を、分割によって前記脆弱層（１０９；２０９）のところで切り離すステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項２〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
シリコン原子をイオン注入（１０６）する前記ステップが、前記脆弱層（１０９）を形成するための前記注入ステップの前または後に実施されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
シリコン原子をイオン注入（１０６）する前記ステップが、前記ＳｉＧｅ層（１０２）上に前記歪みシリコン層（１０７）を形成する前記ステップの前または後に実施されることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＳｉＧｅ層（２０２）の表面を酸化させる前記ステップが、前記ＳｉＧｅ層上に前記歪みシリコン層（２０７）を形成する前記ステップの前または後に、また前記脆弱層を形成するための前記注入ステップの前に実施されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＳｉＧｅ層（１０２；２０２）を、前記脆弱層（１０９；２０９）のところで分割することによって切り離す前記ステップが、約５００℃の温度で３０分間実施されるアニールステップを含むことを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記歪みシリコン層上に絶縁層が形成されることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
約８００℃の温度で３０分〜１時間の範囲にわたって実施される安定化アニールステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＳｉＧｅ層（１０２、２０２）が、０．１μｍ〜１μｍ厚さの範囲にあり、２０％〜５０％の範囲のゲルマニウム濃度を有することを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＳｉＧｅ層（１０２；２０２）を、前記脆弱層（１０９；２０９）のところで分割することによって切り離す前記ステップの後に、前記歪みシリコン層（１０７；２０７）の上に存在する残りのＳｉＧｅ（１０２ａ、２０２ａ）を選択的にエッチングするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野および従来技術】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの分野に関する。より詳細には、本発明は、半導体材料からなる第１の層を、他の材料、一般に絶縁体からなる第２の層または基板上に備えるヘテロ構造から製作された半導体ウェーハに関する。そうしたヘテロ構造は、例えば、ＳｉＧｅ／Ｓｉ型のものでよく、すなわちシリコン基板上にシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）の層を備えることができる。
【０００２】
ＳｉＧｅ／Ｓｉ型ヘテロ構造を直接使用して、ＳｉＧｅＯＩ型（シリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）オンインシュレータ）構造内などの半導体材料層を形成することができ、またはＳｉＧｅ／Ｓｉ型ヘテロ構造を、特にｓＳＯＩ（歪みシリコンオンインシュレータ）型構造の製作中などに歪みシリコン層を形成するための、エピタキシアル成長用の層として使用することができる。
【０００３】
半導体分野では、ＳｉＧｅ／Ｓｉ型ヘテロ構造、または歪みシリコン層（ｓＳｉ）を含むヘテロ構造への関心が、日々高まっている。ゲルマニウムが存在するため、または材料に歪みが与えられるため、そうした構造は、シリコンから製作される標準的な構造の電気的特性よりも、より興味深い電気的特性を有する。そうした半導体構造の表面上にある被膜の品質は、極めて重要である。具体的には、その表面上またはその厚さの中に欠陥および汚染物質がないことが、将来の素子の製作を考慮する際に最適化されなければならないパラメータである。
【０００４】
一例として、Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（登録商標）技法（特に、米国特許ＵＳ−Ａ−５  ３７４  ５６４、またはＡ．Ｊ．Ａｕｂｅｒｔｏｎ−Ｈｅｒｖｅ等による「Ｗｈｙ  Ｃａｎ  Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ  Ｃｈａｎｇｅ  ｔｈｅ  Ｆｕｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ？」、Ｉｎｔ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｖｏｌ．１０、Ｎｏ．１、２０００、１３１〜１４６ページ、という名称の論文に記載の）を使用してｓＳＯＩ型基板を製作する場合、第１の作業は、Ｓｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉ型ヘテロ構造（図１の（Ａ））で形成されるドナー基板を製作することである。シリコン支持基板上にＳｉＧｅバッファ層を成長させた後、ドナー基板の製作は、ＳｉＧｅバッファ層のため緩和されるＳｉＧｅ層の製作を含む。次に、緩和ＳｉＧｅ層上に、歪みシリコン層（ｓＳｉ）が形成される。緩和層内のＧｅの濃度は、一般に２０％程度であるが、シリコン膜内に所望される歪みの程度に応じて、１００％に達してよい。
【０００５】
ｓＳｉ層が形成された後、ＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）技法を使用するときは、原子種が緩和ＳｉＧｅ層内の注入ゾーン内に注入され、ｓＳｉ層の面が、支持基板（一般にＳｉ基板）と密接に接触される。次いでＳｉＧｅ層が、注入を受けた表面と注入ゾーンの間にある部分（すなわち、ｓＳｉ層および緩和ＳｉＧｅ層の一部分）を受取基板上に移転するために、注入ゾーンのところで分割される。
【０００６】
ｓＳｉ層の上に存在する残りのＳｉＧｅを除去した後、ｓＳｉ層が支持基板の片面上にあるｓＳＯＩ構造が得られる（図１の（Ｂ））。
【０００７】
ＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）技法を使用するｓＳＯＩ構造の製作は、ＵＳ−Ａ−６  ９５３  ７３６に記載されている。
【０００８】
そうしたタイプの製作法では、ゲルマニウム元素が構造内に拡散すること（図１の（Ａ）〜図２の（Ｃ））に起因する劣化を生ずる処理が使用される。ドナー基板上への歪みシリコン層および酸化物層の形成中（図２の（Ｂ））、ならびに／あるいはｓＳｉ層およびＳｉＧｅ層の移転中（図２の（Ｃ））に必要とされる熱処理が、ゲルマニウム元素を歪みシリコン層内へ拡散させる一因となる。ＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）は熱処理を必要とし、その例が、堆積された酸化物の緻密化、分割または脆弱化用熱処理、およびエッチングに先行する、（接合界面の事前の安定化を、８００℃で数時間にわたり強化する）任意の分割後熱処理である。これらの熱処理は重要であり、ゲルマニウム元素の拡散を避けるために、特にその濃度が２０％を超えるときには、制限することはできない。
【０００９】
ＳｉＧｅ層からｓＳｉ層内にゲルマニウム元素がごく一部分拡散する結果、ＳｉＧｅ層とｓＳｉ層の間に境界がなくなり、そのことが選択的エッチングを実施する際に問題を引き起こす。結果として、ゲルマニウムが隣接する歪みシリコン層内へ拡散することによって、ＳｉＧｅゾーンからシリコンゾーンへの遷移（例えば、Ｇｅ濃度の４０％〜０への変化）が突然に起こるのではなく、ある厚さにわたって広がる。
【００１０】
さらに、歪みシリコン層でのゲルマニウムの選択的エッチングが、存在するゲルマニウム全てを除去するために、長時間に延長されなければならない。ゲルマニウムを含む遷移ゾーンを全て除去すると、特に移転された層内の欠陥または弱い脆弱層ないしは脆弱ゾーン（転位、結晶欠陥、不純物または汚染物質、厚さに関する均一性の欠如）のところで歪みシリコン層のオーバーエッチングが生じるので、エッチングを過度に延長すると、エッチング後に粗い表面が形成され、またはＨＦ欠陥の形成さえも生じる（「ＨＦ」欠陥は、ｓＳＯＩ構造の活性半導体層内、この場合ｓＳｉ層内の欠陥であり、前記層の表面から埋込み酸化物層まで広がり、その存在は、フッ化水素酸（ＨＦ）での処理後にエッチピットデコレーションによって明らかにすることができる）。
【００１１】
歪みシリコン層が、（２０％のＧｅを含有するＳｉＧｅの場合、２００Å（オングストローム）程度に）薄いので、その層の品質を高い精度で制御できることが重要である。
【００１２】
ＳｉＧｅ構造内に種が拡散することと、空孔および／または格子間型の点欠陥の存在との間に直接の関係があることが、研究により分かっている。
【００１３】
図３の（Ａ）に示すように、空孔型点欠陥は、結晶格子１０の占有されていない位置Ａ（空孔）に相当する。空孔型点欠陥が関係する拡散機構（空孔機構）は、空孔が、その位置に「ジャンプ」することができる隣接する原子１１によって占有されて、原子１１が今しがた去った位置、図３の（Ｂ）の位置Ｂに出現することに相当する。その結果、Ｓｉ／ＳｉＧｅ型ヘテロ構造内で、結晶格子中の空孔の存在が熱処理の利用とあいまって、空孔間のジャンプと結び付くことによって、ゲルマニウム原子を構造内で変位させ、したがってゲルマニウム原子の、「空孔型拡散」と呼ばれる拡散が生じる。
【００１４】
格子間型の点欠陥は、格子間原子が格子間位置から格子間位置（すなわち、結晶格子の置換位置と置換位置の間にある位置）にジャンプすることに相当する。この場合は、直接的な格子間機構と呼ばれる。しかし、考慮中の原子が、置換および格子間位置に見られる場合、拡散機構は、「間接的な」格子間機構（または、準格子間拡散（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌｃｙ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ））となる。その場合、図４の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、結晶格子２０の原子２２が置換位置にあるとき、原子２２は、格子間欠陥（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ）２１が隣接する位置に入ってくる場合にのみ「ジャンプ」し（図４の（Ａ））、それによって原子２２がその位置から追い出され（図４の（Ｂ））、次いでそれにより、原子２２が格子間位置に配置される（図４の（Ｃ））。次いで原子２２は、任意の隣接する置換位置に「ジャンプ」することができ、それによって格子間欠陥が形成される。
【００１５】
Ｇｒｉｇｌｉｏｎｅ等による文献、「Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｅ  ｉｎ  Ｓｉ１−ｘＧｅｘ／Ｓｉ  ｓｉｎｇｌｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌｓ  ｉｎ  ｉｎｅｒｔ  ａｎｄ  ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ  ａｍｂｉｅｎｔｓ」、ＪＡＰ、８８、３、１３６６〜１３７２、２０００年８月では、著者らが、酸化雰囲気中および不活性雰囲気（Ａｒ／Ｎ２）中の、Ｓｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉヘテロ構造内のゲルマニウムの拡散について研究した。その結果、ゲルマニウム拡散プロファイルが、媒質および利用された温度に関わらず同じであることが示されている。
【００１６】
その文献によれば、空孔の存在が、ゲルマニウムの拡散を大いに助長するが、格子間欠陥の存在は、その拡散中に主要な役割を果たさないようである。
【００１７】
前記空孔型拡散現象は、ＳｉＧｅ／Ｓｉ型のヘテロ構造以外のヘテロ構造内でも観測されてきた。一例として、アンチモン（Ｓｂ）合金、例えばＳｉｘＳｂｙの層で形成された、またはシリコン基板上の層がアンチモンでドープされて形成されたヘテロ構造では、アンチモン元素が、ほとんど空孔機構だけによってシリコン内に拡散する。同様に、スズ（Ｓｎ）合金、例えばＳｉｘＳｎｙの層で形成された、またはシリコン基板上の層がスズでドープされて形成されたヘテロ構造では、スズの約６０％〜８０％が、空孔機構によってシリコン基板内に拡散する。
【００１８】
一般に、金属内の拡散は、主として空孔機構によって生ずる。
【発明の概要】
【００１９】
本発明は、ヘテロ構造内で元素が空孔拡散する問題を克服することを目的とするものである。
【００２０】
この目的のために、本発明は、半導体材料からなる少なくとも第１の層を、第１の層の材料とは異なる材料からなる第２の層上に備え、前記半導体材料の元素が、空孔機構によって第２の層内へ拡散し得るヘテロ構造を製作する方法において、前記第１の層の前記元素が拡散するのを制限するために、第１の層を格子間欠陥にて富化させるステップを含むことを特徴とする方法を提案する。
【００２１】
半導体層を格子間欠陥で富化させる、すなわち過飽和させることによって、多量の格子間欠陥が、空孔位置を占有して、その結果後続の熱処理中でさえも、第１の層の半導体材料の元素が前記層内でまた隣接する第２の層内に空孔型拡散するのを防止するのに、利用できる。
【００２２】
本発明の一態様によれば、第１の層が、シリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）の層であり、第２の層がシリコン基板であり、方法が、富化ステップ中に格子間欠陥で富化されるＳｉＧｅ層にイオン注入して、前記ＳｉＧｅ層内の所定の深さのところに脆弱層を形成する、少なくとも１つのステップを含む。
【００２３】
ＳｉＧｅ層を格子間欠陥で富化させることにより（すなわち、過飽和させることによって）、脆弱層を形成するためのイオン注入によって形成された空孔の過飽和が補償される。次いで格子間欠陥は、空孔位置を占有して、結果として後続の熱処理中でさえも、ＳｉＧｅ層のゲルマニウム元素がその層内でまた隣接する層内に空孔型拡散するのを防止する。その結果、ゲルマニウム元素が歪みシリコン層内に拡散するリスクをおかさずに、処理されたＳｉＧｅ層上に歪みシリコン層を形成することができる。
【００２４】
本発明の第１の実施形態によれば、ＳｉＧｅ層内に格子間欠陥を富化させるステップを、ＳｉＧｅ層内へのシリコン原子のイオン注入によって実施することができる。
【００２５】
シリコン原子をＳｉＧｅ層内にイオン注入する間の注入エネルギーおよび注入量が、脆弱層とＳｉＧｅ層の表面との間にあり、１×１０２０原子／ｃｍ３〜５×１０２１原子／ｃｍ３の範囲にある最大シリコン原子濃度を有する、シリコン富化層を形成するように選択される。
【００２６】
本発明の別の実施形態によれば、ＳｉＧｅ層内に格子間欠陥を富化させるステップを、ＳｉＧｅ層の表面を酸化させることによって実施することができる。
【００２７】
本発明の方法を実施して、ｓＳＯＩ型構造を形成することができる。この場合、ＳｉＧｅ層が、シリコン基板上にある緩和ＳｉＧｅ層であり、方法は、
・ＳｉＧｅ層上に歪みシリコン層を形成するステップと、
・歪みシリコン層を、支持基板に接合するステップと、
・ＳｉＧｅ層を、脆弱ゾーンのところで分割によって切り離すステップと、
・切離し後に歪みシリコン層の上に存在する残りのＳｉＧｅを、選択的にエッチングするステップとをさらに含む。
【００２８】
イオン注入によってＳｉＧｅ層内に格子間欠陥が形成される場合、前記注入を、脆弱ゾーンを形成する注入ステップの前または後に実施することができるが、ＳｉＧｅ層上に歪みシリコン層を形成するステップの前または後に実施することもできる。
【００２９】
ＳｉＧｅ層の表面を酸化させることによって、ＳｉＧｅ層内に格子間欠陥が形成される場合、前記酸化を、ＳｉＧｅ層上に歪みシリコン層を形成するステップの前または後に実施することができ、いかなる場合でも、脆弱層を形成するための注入ステップの前に実施することができる。
【本発明の諸実施形態の詳細説明】
【００３０】
本方法は、ゲルマニウム原子などの元素の、半導体材料（例えば、シリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層）内での空孔拡散を、前記元素が半導体層内で変位するのを制限し、それによって前記元素が半導体層の隣接する層に入るのを防止するために制御する方法を提案するものである。
【００３１】
一般に、本発明は、元素を含有する半導体材料からなる層を備え、その元素が、例えば後続の熱処理中の元素の空孔拡散を助長する空孔の形成が関係する処理後に、空孔機構によって前記層内でまた隣接する層内に拡散し得る、どんなタイプのヘテロ構造にも適用可能である。一例として、本発明は、アンチモン（Ｓｂ）合金、例えばＳｉｘＳｂｙの層で形成された、またはシリコン基板上の層がアンチモンでドープされて形成されたヘテロ構造に、あるいは、スズ（Ｓｎ）合金、例えばＳｉｘＳｎｙの層で形成された、またはシリコン基板上の層がスズでドープされて形成されたヘテロ構造に適用することができる。
【００３２】
具体的には、本発明は、シリコン基板上に、ゲルマニウム濃度が１％〜１００％の範囲のシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）からなる少なくとも１層を含むヘテロ構造に適用可能である。そうしたタイプの層は、ゲルマニウム原子がＳｉＧｅ層内で、また隣接する層内に拡散するのを助長する空孔型欠陥を含みやすい。そうした層は、分割（破断）する目的で脆弱ゾーンを形成するために（Ｈｅおよび／またはＨ種を注入する）イオン注入を受けた、または受ける予定のＳｉＧｅの層に特に相当する。
【００３３】
具体的には、本発明は、歪みシリコン（ｓＳｉ）層の形成に使用される緩和ＳｉＧｅ層を備える、任意のタイプのドナー基板に関し、より詳細には、ＳｉＧｅ層がかなりのゲルマニウム含有量を有し、そのゲルマニウム濃度がより高いため拡散の影響をより受けやすいドナー基板に関する。前記基板内のＳｉＧｅ層は一般に、２０％〜５０％のゲルマニウムを含有するが、前記濃度は、ｓＳｉ層内の所望の歪みに応じて、最大１００％までとすることができる。
【００３４】
一般に、空孔型欠陥（以下、「空孔」と呼ぶ）も、格子間型欠陥（以下、「格子間欠陥」と呼ぶ）も、ＳｉＧｅ層内に存在する。ただし、基板内の空孔の濃度Ｃｖと、格子間欠陥の濃度Ｃｉとの間には釣合い状態がある。したがって、前記釣合い状態を、式Ｃｖ×Ｃｉ＝一定によって定義することができる。
【００３５】
ＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）技法を使用した層の移転ができるように、脆弱ゾーンを形成するために実施される（例えば、水素および／またはヘリウムを注入する）注入ステップ中、前記釣合い状態が変更される。ＳｉＧｅ層内にナノバブルが形成されて、製作方法の間に施されるさまざまなアニール中に、空孔の凝集体に発展し、それによって基板内に空孔の過飽和がもたらされる。次いで、主として「空孔機構」によって拡散するゲルマニウムが、前記空孔内に配置されて基板内に拡散する。
【００３６】
図５の（Ａ）は、シリコン基板３０内に、ヘリウムイオンを注入した後に得られる、空孔３１の凝集体がある様子を示す（注入条件：注入エネルギー＝３２ｋｅＶ（キロ電子ボルト）、Ｈｅ量＝１×１０１６原子／ｃｍ２）。図５の（Ｂ）〜（Ｄ）は、注入後のシリコン基板３０を、３５０℃で３分間アニールした後、ナノバブルが、（１００）面（立方構造面）内で水平の「プレートレット（ｐｌａｔｅｌｅｔ）」型欠陥に変化し（図５の（Ｂ）および（Ｃ））、（０１０）面内で垂直のプレートレット型欠陥３３に変化する（図５の（Ｄ））様子を示す。
【００３７】
その発達の第１段階ではガスで満たされるこれらの物体（プレートレット）が溶解し、空孔が生成する。空孔の元であるこれらの物体は、ＳｉＧｅまたはゲルマニウム基板内でも観測されてきた。
【００３８】
空孔のマイグレーション、およびその結果としてのゲルマニウムの拡散を防止するために、本発明では、ＳｉＧｅ層を含む基板を格子間欠陥で富化して、空孔／格子間原子対の再結合によって空孔の過飽和を補償することを提案する。
【００３９】
基板を、さまざまな技法によって格子間欠陥で富化させることができる。
【００４０】
第１の技法では、富化がイオン注入によって実施される。
【００４１】
図６の（Ａ）〜（Ｇ）および７は、ＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）技法によるｓＳＯＩ型ウェーハの製作中に利用される前記第１の技法の実施について説明するものである。
【００４２】
第１のステップ（ステップＳ１）は、図６の（Ａ）に示す、シリコンからなる支持基板１０１とＳｉＧｅバッファ層（図示せず）から形成された緩和ＳｉＧｅ層１０２とを備える異種構造１０３を形成するものである。そうした異種構造の製作は、それ自体周知であり、簡単のためにさらに詳しく説明しない。層１０２は、例えばＳｉＧｅ層１０２の組成の２０％〜５０％の範囲に相当する、多数のゲルマニウム元素１０４を含む。ＳｉＧｅ層の厚さは、０．１μｍ（マイクロメートル）〜１μｍの範囲である。
【００４３】
本発明によれば、元素が、分割するための脆弱ゾーンを形成する最大注入部（後にステップＳ４で形成される）と、ＳｉＧｅ層とｓＳｉ層の間の境界面との間にあるゾーンを富化するために注入される。注入される元素の量は、基板を非晶質にしないように、またその緩和を防止するように制御される。このステップ（図６の（Ｂ））（ステップＳ２）では、例えば、最大注入ゾーン１０５の近くに、１×１０２０原子／ｃｍ３〜５×１０２１原子／ｃｍ３の範囲にある最大シリコン原子濃度が得られるように、シリコン原子１０５ａのイオン注入１０６を実施する（すなわち、イオン化シリコン原子の注入）。
【００４４】
次に、層１０２上に歪みシリコン層１０７を、例えばエピタキシによって形成する（図６の（Ｃ））（ステップＳ３）。周知のＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）技法に従って、例えばヘリウムおよび／または水素を使用する注入１０８を、ＳｉＧｅ層１０２内に実施して、脆弱ゾーン１０９を形成する（図６の（Ｄ））（ステップＳ４）。次いで、ｓＳｉ層１０７の表面を、例えば接合によって、例えばシリコンからなるベース基板１１１と、絶縁層を形成する埋込み酸化物層１１０（ＢＯＸ）とを備える支持基板または受取基板１１２と密接に接触させる（図６の（Ｅ））（ステップＳ５）。その代わりにまたはそれに補足して、酸化物層を、ｓＳｉ層１０７上へ堆積させることよって形成することもできる。埋込み酸化物層（ＢＯＸ）の厚さは一般に、５００Å〜１６００Åの範囲であり、好ましくは、１３００Å〜１５００Åの範囲である。
【００４５】
次に、ＳｉＧｅ層１０２を、ヘリウムおよび／または水素の注入によって脆弱化されたゾーン１０９のところで切り離し、または分割し、それによって脆弱ゾーン１０９と、ＳｉＧｅ層１０２／ｓＳｉ層１０７の境界面との間にある層１０２の残りの部分１０２ａが残る（図６の（Ｆ）、ステップＳ６）。分割を、約３０分にわたって実施される５００℃でのアニールによって引き起こすことができる。
【００４６】
仕上げステップで、ＳｉＧｅの残りの部分１０２ａを（選択的エッチング、研磨／平坦化などによって）除去し、ｓＳｉ層に良好な表面品質を与えることができる（図６の（Ｇ）、ステップＳ７）。仕上げステップは、ｓＳｉ層上に絶縁層を形成するステップを含んでもよい。仕上げステップは、３０分〜１時間にわたって実施される８００℃での安定化アニールも含む。
【００４７】
注入１０６（ステップＳ２）を、層１０２上に歪みシリコン層１０７形成するステップ後に実施しても（図７のステップＳ２’）、ヘリウムおよび／または水素をＳｉＧｅ層１０２に注入して脆弱ゾーン１０９を形成するためのステップ１０８後に実施してもよい（図７のステップＳ２’’）。
【００４８】
注入１０６（ステップＳ２、Ｓ２’またはＳ２’’）は、１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶの範囲の注入エネルギーにおいて、５×１０１４原子／ｃｍ２〜５×１０１５原子／ｃｍ２の範囲の注入量で実施される、シリコン原子の注入である。
【００４９】
それによって、ＳｉＧｅ層１０２を、シリコン原子の注入により格子間欠陥で富化させることによって、ゲルマニウム元素がＳｉＧｅ層内で拡散するのが防止され、その結果、ゲルマニウム元素がｓＳｉ層１０７内に入るのが防止される。したがって、残りのＳｉＧｅ層のエッチングの選択性が大幅に増大され、それにより、エッチング後に、ｓＳｉ層に欠陥が出現する、またｓＳｉ層の表面品質が劣化するのを、大幅に制限することができる。
【００５０】
第２の技法によれば、ＳｉＧｅ層の格子間欠陥の富化が、基板の表面を酸化させるステップによって実施される。ＳｉＧｅ層を備える基板を酸化させると、格子間シリコン原子が表面から注入され、したがって、ヘリウムおよび／または水素の注入（分割用の脆弱ゾーンの形成）によって形成された空孔が、前記格子間欠陥と再結合することが可能になり、空孔機構によるＧｅの拡散が回避される。
【００５１】
図８の（Ａ）〜（Ｈ）および図９は、ＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）技法によるｓＳＯＩ型ウェーハの製作中に利用される前記第２の技法の実施について説明するものである。
【００５２】
第１のステップ（ステップＳ１０）は、図８の（Ａ）に示す、シリコンからなる支持基板２０１と、ＳｉＧｅバッファ層（図示せず）から形成された緩和ＳｉＧｅ層２０２とを備える異種構造２０３を形成するものである。そうした異種構造の製作は、それ自体周知であり、簡単のためにさらに詳しく説明しない。層２０２は、例えば、ＳｉＧｅ層２０２の組成の２０％〜５０％の範囲に相当する、多数のゲルマニウム元素２０４を含む。ＳｉＧｅ層は、０．１μｍ〜１μｍ厚さの範囲である。
【００５３】
本発明によれば、ＳｉＧｅ層２０２の表面が酸化されて、格子間シリコン原子２０５ａが注入され、ＳｉＧｅ層がゾーン２０５内で前記格子間シリコン原子によって過飽和状態にされる（図８の（Ｂ））（ステップＳ１１）。後者は、イオン注入ステップ中に導入された空孔を捕捉するものである。したがって、酸化物２０６の薄い層が、ＳｉＧｅ層２０２の表面上に形成される。
【００５４】
このステップでは、基板またはヘテロ構造２０３を、例えば、酸素流中３５０℃〜４５０℃の範囲で１０分〜１時間実施されるアニールによって酸化させることができる。前記酸化で、１×１０１３原子／ｃｍ３〜１×１０１４原子／ｃｍ３の範囲の格子間シリコン原子に等価な量を注入することができる。
【００５５】
周知のＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）技法を使用して、ＳｉＧｅ層２０２内にヘリウムおよび／または水素の注入２０８を実施することによって、脆弱ゾーン２０９を形成する（図８の（Ｃ））（ステップＳ１２）。
【００５６】
歪みシリコン層を形成する前に酸化ステップを実施する場合、層２０２の表面上に形成された薄い酸化物層２０６をなくすために、酸化物形成熱処理後、脱酸ステップを（例えばフッ化水素酸（ＨＦ）中に浸漬させることによって）実施する（図８の（Ｄ））（ステップＳ１３）。
【００５７】
次に、層２０２上に歪みシリコン層２０７を、例えばエピタキシによって形成する（図８の（Ｅ））（ステップＳ１４）。
【００５８】
次いで、ｓＳｉ層２０７の表面を、例えば接合によって、例えばシリコンから形成されたベース基板２１１と、絶縁層を形成する埋込み酸化物（ＢＯＸ）層２１０とを備える支持または受取基板２１２と密接に接触させる（図８の（Ｆ））（ステップＳ１５）。その代わりにまたはそれに補足して、酸化物層を、ｓＳｉ層２０７上に堆積させることによって形成することもできる。埋込み酸化物層（ＢＯＸ）は一般に、５００Å〜１６００Å厚さの範囲であり、好ましくは、１３００Å〜１５００Å厚さの範囲である。
【００５９】
次に、ＳｉＧｅ層２０２を、ヘリウムおよび／または水素の注入によって脆弱化されたゾーン２０９のところで分割することによって切り離し、それによって、脆弱ゾーン２０９とＳｉＧｅ層２０２／ｓＳｉ層２０７との間にある層２０２の残りの部分２０２ａが残る（図８の（Ｇ）、ステップＳ１６）。分割を、５００℃で３０分間アニールすることによって引き起こすことができる。
【００６０】
ＳｉＧｅの残りの部分２０２ａを（選択的化学エッチング、研磨／平坦化などによって）除去するための、またｓＳｉ層に良好な表面品質を与えるための仕上げステップを実施する（図８の（Ｈ）、ステップＳ１７）。仕上げステップは、ｓＳｉ層上に絶縁層を形成するステップを含んでもよい。仕上げステップは、３０分〜１時間にわたって実施される８００℃での安定化アニールを含むこともできる。
【００６１】
酸化ステップ（ステップＳ１１）を、層２０２上に歪みシリコン層２０７を形成するステップ後に実施することもできる（図９のステップＳ１１’）。この場合、ｓＳｉ層２０７を形成する前に酸化が実施される場合とは対照的に、最終構造内の埋込み酸化物層（ＢＯＸ）に相当する絶縁層がその後堆積されるので、脱酸ステップ（ステップＳ１３）は必要でない。
【００６２】
ステップＳ１１（またはＳ１１’）中に注入されるＳｉ原子は、格子間欠陥になり、次いで、ヘリウムおよび／または水素注入部付近に存在する空孔と再結合する。こうして、ＳｉＧｅ層とｓＳｉ層の間の境界面での空孔の流れを低減させ、その結果、後続の熱処理（例えば、酸化物層の形成、分割アニール（ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ  ａｎｅａｌ）、安定化アニールなど）を施した後の拡散を低減させることができる。
【００６３】
酸化によって、ＳｉＧｅ層２０２を格子間欠陥でこうして富化させることにより、ＳｉＧｅ層内でゲルマニウム元素が拡散するのが防止され、その結果、ゲルマニウム元素がｓＳｉ層２０７内に入るのが防止される。したがって、残りのＳｉＧｅ層のエッチング選択性が大幅に増大され、それによりエッチング後の、ｓＳｉ層の欠陥の出現および表面品質の劣化が、大幅に制限される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】（Ａ）および（Ｂ）はＳｍａｒｔＣｕｔ（登録商標）技法を使用するｓＳＯＩ型構造の製作の様子を示す図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）はｓＳＯＩ型構造の製作中、その中にゲルマニウムが拡散する様子を示す図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は空孔型点欠陥に関連する拡散機構の一例を示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は格子間型点欠陥に関連する拡散機構の一例を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）はヘリウムイオン注入後に、シリコン層内にナノバブルが形成される様子、およびナノバブルが、熱処理を施した後に空孔型欠陥に発展する様子を示す図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｇ）は本発明の一実施形態によるｓＳＯＩ型構造の製作の様子を示す断面図である。
【図７】図６の（Ａ）〜（Ｇ）で実施される諸ステップの流れ図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｈ）は本発明の別の実施形態によるｓＳＯＩ型構造の製作の様子を示す断面図である。
【図９】図８の（Ａ）〜（Ｈ）で実施される諸ステップの流れ図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  結晶格子
１１  原子
２０  結晶格子
２１  格子間欠陥
２２  原子
１０１  支持基板、第２の層
１０２  緩和ＳｉＧｅ層、第１の層
１０２ａ  ＳｉＧｅの残りの部分
１０３  異種構造
１０４  ゲルマニウム元素
１０５  最大注入ゾーン、シリコン富化層、シリコン富化ゾーン
１０５ａ  シリコン原子、格子間欠陥
１０６  イオン注入
１０７  歪みシリコン層、ｓＳｉ層
１０８  注入、ステップ
１０９  脆弱層、脆弱ゾーン
１１０  埋込み酸化物層
１１１  ベース基板
１１２  支持基板、受取基板
２０１  支持基板
２０２  緩和ＳｉＧｅ層
２０２ａ  ＳｉＧｅの残りの部分
２０３  異種構造、基板、ヘテロ構造
２０４  ゲルマニウム元素
２０５  ゾーン
２０５ａ  格子間シリコン原子
２０６  酸化物層
２０７  歪みシリコン層、ｓＳｉ層
２０８  注入
２０９  脆弱層、脆弱ゾーン
２１０  埋込み酸化物層
２１１  ベース基板
２１２  支持基板、受取基板
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図５】
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【外国語明細書】
2007335867000001.pdf