JP2005109448A

JP2005109448A - 層転位によりガラス上に緩和したシリコンゲルマニウムを作製する方法

Info

Publication number: JP2005109448A
Application number: JP2004247797A
Authority: JP
Inventors: Jer-Shen Maa; ツェンマージェー; Jong Jan Lee; ジャンリージョン; Douglas Tweet; トゥイートダグラス; Steve Roy Droes; ロイドローススティーブ
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2005-04-21
Also published as: US6852652B1

Abstract

【課題】従来の製造技術から少なくとも１つのステップを排除すること。
【解決手段】絶縁体上にシリコンゲルマニウム層を形成する方法は、シリコン基板を準備するステップと、シリコン／シリコンゲルマニウム部分を形成するステップと、シリコンゲルマニウム層に水素イオンを注入するステップと、絶縁体基板を準備するステップと、シリコンゲルマニウム層が絶縁体基板と接触して結合されたエンティティを形成するようにシリコン／シリコンゲルマニウム部分を絶縁体基板に結合するステップと、結合されたエンティティをキュアリングするステップと、結合されたエンティティを熱アニーリングし、結合されたエンティティをシリコン／シリコンゲルマニウム部分と絶縁体上に形成したシリコンゲルマニウム部分とに分割し、かつ、シリコンゲルマニウム層を緩和するステップとを包含する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速ＣＭＯＳ集積回路に関し、より詳細には、ガラス絶縁体上に緩和したＳｉＧｅ層を形成する効果的な製造方法に関する。

歪みシリコンＣＭＯＳでは、緩和したＳｉＧｅ上の歪みシリコン層における二軸引っ張り歪みにより、キャリア伝達特性が向上する。絶縁体上に形成したＳｉＧｅ（ＳＧＯＩ）基板上の歪みシリコンＭＯＳＦＥＴは、歪みシリコンの高移動度と１００ｎｍ以下のデバイスのＳＯＩ構造の利点との組み合わせを有することが実証されている。非特許文献１を参照されたい。

絶縁体上に形成したＳｉＧｅ基板を製造する方法は、ＭＩＴグループおよびＩＢＭによって報告されている。絶縁体上に形成したＳｉＧｅ基板の転位は、水素注入およびアニーリングによるスマートカット技術によって達成された。非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、および非特許文献６を参照されたい。

従来技術では、傾斜のついたＳｉＧｅバッファ層およびゲルマニウム濃度が一定の緩和したＳｉＧｅ層を含むシリコン基板上に、厚いＳｉＧｅ層が堆積される。ＣＭＰ等による表面の平坦化の後に、ウェハ分割を促進するために、ＳｉＧｅ層に水素が注入される。その後、Ｓｉ／ＳｉＧｅウェハは、酸化されたシリコン基板に結合される。酸化物上に形成したＳｉＧｅは、熱アニーリングによってカプレットの残りから分離され、ここで、水素注入により誘発された微小な割れ目に沿って、分割される。

さらに、絶縁体基板上にＳｉＧｅのない歪みシリコンを形成する技術は、非特許文献７に報告されている。この技術は、エピタキシャルシリコンの薄膜がウェハ結合の前にＳｉＧｅ層上に堆積されることを除き、前述された技術と同じである。結合およびウェハ分割の後、ＳｉＧｅ層は、酸化およびＨＦエッチングによって除去され、これにより、酸化物表面上に非常に薄く、かつ、均一な歪みシリコンが形成され得る。

ビスカス層上への転位の後の歪みＳｉＧｅの緩和が報告されている。非特許文献８および非特許文献９を参照されたい。
Ｋ．Ｒｉｍら、「ＳｔｒａｉｎｅｄＳｉｆｏｒｓｕｂ−１００ｎｍＭＯＳＦＥＴｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ３ｒｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｉＧｅＥｐｉｔａｘｙａｎｄＨｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ、ＳａｎｔｅＦｅ、ＮｅｗＭｅｘｉｃｏ、Ｍａｒｃｈ９−１２、２００２年、ｐ１２５Ｍ．Ｂｒｕｅｌら、「Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ：ＡＮｅｗＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒＭａｔｅｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢａｓｅｄｏｎＨｙｄｒｏｇｅｎＩｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎａｎｄＷａｆｅｒＢｏｎｄｉｎｇ」、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、１９９７年、Ｖｏｌ．３６、１６３６Ｚ．−Ｙ．Ｃｈｅｎｇら、「ＳｉＧｅ−ｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＧＯＩ）：ＳｕｂｓｔｒａｔｅＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＭＯＳＦＥＴＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＥｖａｌｕａｔｉｏｎ」、２００１ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳＯＩＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｄｅｅｄｉｎｇｓ、ｐ１３Ｚ．Ｃｈｅｎｇら、「ＲｅｌａｘｅｄＳｉｌｉｃｏｎ−ＧｅｒｍａｎｉｕｍｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒＳｕｂｓｔｒａｔｅｂｙＬａｙｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＭａｔｅｒｉａｌｓ、２００１年、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．１２、Ｌ３７Ｇ．Ｔａｒａｓｃｈｉら、「ＲｅｌａｘｅｄＳｉＧｅｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒＦａｂｒｉｃａｔｅｄｖｉａＷａｆｅｒＢｏｎｄｉｎｇａｎｄＬａｙｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ：Ｅｔｃｈ−ｂａｃｋａｎｄＳｍａｒｔ−ＣｕｔＡｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ」、ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、Ｖｏｌ．２００１年３月、ｐ２７Ｌ．−Ｊ．Ｈｕａｎｇら、ＣａｒｒｉｅｒＭｏｂｉｌｉｔｙＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｉｎＳｔｒａｉｎｅｄＳｉ−ｏｎ−ＩｎｓｕｌａｔｏｒＦａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙＷａｆｅｒＢｏｎｄｉｎｇ」、２００１ＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＶＬＳＩＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｉｇｅｓｔｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅｒｓ、ｐ５７Ｔ．Ａ．Ｌａｎｇｄｏら、「ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＮｏｖｅｌＳｉＧｅ−ＦｒｅｅＳｔｒａｉｎｅｄＳｉｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒＳｕｂｓｔｒａｔｅｓ」、２００２ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳＯＩＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、２００１年１０月、ｐ２１１Ｐ．Ｄ．Ｍｏｒａｎら、「ＫｉｎｅｔｉｃｓｏｆＳｔｒａｉｎＲｅｌａｘａｔｉｏｎｉｎＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｌｍｓＧｒｏｗｎｏｎＢｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ−ＢｏｎｄｅｄＳｕｂｓｔｒａｔｅｓ」、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＭａｔｅｒｉａｌｓ、２００１年、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．７、８０２Ｒ．Ｈｕａｎｇら、「ＲｅｌａｘａｔｉｏｎｏｆａＳｔｒａｉｎｅｄＥｌａｓｔｉｃＦｉｌｍｏｎａＶｉｓｃｏｕｓＬａｙｅｒ」、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．、２００２年、Ｖｏｌ．６９５

本発明の１つの目的は、ガラス基板上に直接転位されたＳｉＧｅの緩和を提供することである。

本発明の別の目的は、絶縁体上に形成した緩和されたＳｉＧｅ層を製造する方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、歪みＳｉＧｅ層の転位の後、または、薄いエピタキシャルシリコン層で覆われた歪みＳｉＧｅ層の転位の後に、緩和したＳｉＧｅ層を提供することである。

本発明のさらなる別の目的は、後のアニーリングステップを必要とすることなく、膜転位ステップ時に緩和ステップを実施することである。

本発明の別の目的は、より簡便で、より安価なプロセスを提供することであり、結果として生じる膜が、従来技術により作製される膜よりも欠陥の少ない膜とすることである。

（本発明の要旨）
絶縁体上にシリコンゲルマニウムを形成する方法は、シリコン基板を準備するステップと、シリコン基板上にシリコンゲルマニウムの層を堆積して、シリコン／シリコンゲルマニウム部分を形成するステップと、シリコンゲルマニウム層に水素イオンを注入するステップと、絶縁体基板を準備するステップと、シリコンゲルマニウム層が絶縁体基板と接触する状態で、シリコン／シリコンゲルマニウム部分を絶縁体基板に結合し、結合されたエンティティを形成するステップと、結合されたエンティティをキュアリングするステップと、結合されたエンティティを熱アニーリングして、結合されたエンティティをシリコン／シリコンゲルマニウム部分と絶縁体上に形成されたシリコンゲルマニウム部分とに分割して、シリコンゲルマニウム層を緩和するステップとを包含する。

本発明のこの要旨および目的は、本発明の性質を迅速に理解するために提供される。本発明のより詳細な理解は、添付の図面とともに本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明を参照することによって得られる。

本発明の絶縁体上にシリコンゲルマニウム層を形成する方法は、シリコン基板を準備するステップと、該シリコン基板上にシリコンゲルマニウムの層を堆積して、シリコン／シリコンゲルマニウム部分を形成するステップと、該シリコンゲルマニウム層に水素イオンを注入するステップと、絶縁体基板を準備するステップと、該シリコンゲルマニウム層が該絶縁体基板と接触して結合されたエンティティを形成するように、該シリコン／シリコンゲルマニウム部分を該絶縁体基板に結合するステップと、該結合されたエンティティをキュアリングするステップと、該結合されたエンティティを熱アニーリングして、該結合されたエンティティをシリコン／シリコンゲルマニウム部分と絶縁体上に形成したシリコンゲルマニウム部分とに分割し、かつ、該シリコンゲルマニウム層を緩和するステップとを包含し、それにより上記目的が達成される。

前記結合するステップの前に、前記水素の注入されたシリコンゲルマニウム層上にエピタキシャルシリコン層を堆積するステップと、前記熱アニーリングするステップの後に、前記絶縁体上に形成したシリコンゲルマニウム部分から該シリコンゲルマニウム層を除去して、絶縁体の上の緩和したシリコン部分を形成するステップとをさらに包含してもよい。

前記絶縁体基板を準備するステップは、ガラス基板を準備するステップを包含してもよい。

前記シリコン基板上にシリコンゲルマニウムの層を堆積するステップは、約１０％から６０％の間のゲルマニウム濃度で、二軸圧縮歪みの形式で、約２０ｎｍから１００ｎｍの間の厚さまでシリコンゲルマニウムの層を堆積するステップを包含し、該ゲルマニウム濃度は、均一な分布および傾斜のついた分布からなる分布の群から選択される層の分布で分布してもよい。

前記シリコンゲルマニウム層に水素イオンを注入するステップは、約１・１０^１６ｃｍ^−２から５・１０^１７ｃｍ^−２の間のイオン量で、約１ｋｅＶから３００ｋｅＶの間のエネルギーで、Ｈ^＋イオンおよびＨ_２ ^＋イオンからなる水素イオンの群から選択される水素イオンを注入するステップを包含してもよい。

アルゴン、ヘリウム、およびボロンからなるイオンの群から選択されるイオンを注入するステップをさらに包含してもよい。

前記シリコンゲルマニウム層が絶縁体基板と接触して結合されたエンティティを形成するように、シリコン／シリコンゲルマニウム部分を絶縁体基板に結合するステップは、直接のウェハ結合によって結合するステップを包含してもよい。

前記結合されたエンティティをキュアリングするステップは、約１５０℃から２５０℃の間の温度で、約１時間から１４時間、前記結合されたエンティティをキュアリングするステップを包含してもよい。

前記結合されたエンティティを熱アニーリングするステップは、約３５０℃から７００℃の間の温度で、約３０分から４時間の間、前記結合されたエンティティをアニーリングするステップを包含してもよい。

本発明のガラス基板上にシリコンゲルマニウム層を形成する方法は、シリコン基板を準備するステップと、該シリコン基板上にシリコンゲルマニウムの層を堆積して、シリコン／シリコンゲルマニウム部分を形成するステップと、該シリコンゲルマニウム層に水素イオンを注入するステップと、ガラス基板を準備するステップと、該シリコンゲルマニウム層が該ガラス基板と接触して結合されたエンティティを形成するように、直接のウェハ結合によって、該シリコン／シリコンゲルマニウム部分を該ガラス基板に結合するステップと、約１５０℃から２５０℃の間の温度で、約１時間から１４時間、該結合されたエンティティをキュアリングするステップと、約３５０℃から７００℃の間の温度で、約３０分から４時間の間、該結合されたエンティティを熱アニーリングして、該結合されたエンティティをシリコン／シリコンゲルマニウム部分とガラス上に形成したシリコンゲルマニウム部分とに分割し、かつ、該シリコンゲルマニウム層を緩和するステップとを包含し、それにより上記目的が達成される。

前記結合するステップの前に、前記水素の注入されたシリコンゲルマニウム層上にエピタキシャルシリコン層を堆積するステップと、前記熱アニーリングするステップの後に、前記ガラス上に形成したシリコンゲルマニウム部分から該シリコンゲルマニウム層を除去して、ガラス上の緩和したシリコン部分を形成するステップとをさらに包含してもよい。

本発明により、膜転位ステップ時に緩和が生じ、ウェハ転位後の後のアニーリングが必要ではなく、従来の製造技術から少なくとも１つのステップを排除することができる。本発明のプロセスは、より簡便で、より安価であり、結果として、従来技術によって作製される膜よりも欠陥が少ない膜を提供することができる。

（本発明の詳細な説明）
本発明の方法は、ガラス基板などの絶縁体上に形成する緩和したＳｉＧｅ層を製造する技術を開示する。転位される膜は、歪みＳｉＧｅ層か、または、エピタキシャルシリコンで覆われた歪みＳｉＧｅ層である。膜転位ステップ時に緩和が生じ、ウェハ転位後の後のアニーリングが必要ではなく、従来の製造技術から少なくとも１つのステップを排除する。このプロセスは、より簡便で、より安価であり、結果として生じる膜は、従来技術によって作製される膜よりも欠陥が少ない。結果として生じる絶縁体上に形成するＳｉＧｅ層は、ガラス上に形成される様々な高速デバイスの製造に利用される。ＳｉＧｅ／Ｓｉ部分は、ＳｉＧｅ膜の除去の後、ガラスデバイス上に形成した歪みシリコンを製造するために用いられ得る。

Ｃｏｒｎｉｎｇ１７３７ＡＭＬＣＤガラス基板などのガラス上に歪みＳｉＧｅ層を直接付加することによって、ＳｉＧｅ層の適切な緩和が、分割アニールステップにおいて生じる。歪みシリコン層は、傾斜のついたＳｉＧｅ層であってもよいし、一定量のゲルマニウムを含有するＳｉＧｅのどちらかであり得る。

本発明の方法は、一般的に、図１の１０で、ブロック図の形式で示され、以下の５つのステップを包含する。
１．シリコン基板を準備し、その上にＳｉＧｅ層を堆積するステップ（ブロック１２）
２．水素イオンを注入するステップ（ブロック１４）
３．ガラス基板を準備するステップ（ブロック１６）
４．ガラス基板を表面処理し、ガラス基板ＳｉＧｅ層を結合するステップ（ステップ１８）
５．約３５０℃から７００℃の間の温度で、約３０分から４時間、結合された構造を熱アニーリングし、ウェハ分割を促進するステップ（ブロック２０）
本発明の方法のある変形では、ＳｉＧｅ堆積のような適切なプロセスの後に、エピタキシャルシリコン層がＳｉＧｅ上に堆積され得、ＣＭＰまたは酸化およびエッチングによってＳｉＧｅ層の厚さを低減し、この表面を滑らかにする。

図２は、シリコン基板２２を準備し、シリコンウェハ２２上にエピタキシャルＳｉＧｅ層２４を堆積するステップを示す。ゲルマニウム濃度は、約１０％から６０％の間の範囲にあり、ＳｉＧｅ層全体を通して傾斜をつけられてもよいし、均一な濃度であってもよい。ＳｉＧｅ層２４は、約２０ｎｍから１０００ｎｍの間の厚さを有する。ＳｉＧｅ層２４は、二軸圧縮歪みの下にあり、このとき、緩和されない。

図３は、水素イオン注入ステップを示し、ここで、Ｈ^＋またはＨ_２ ^＋イオンがＳｉＧｅ層２４に注入される。そのドーズ量は、約１ｘ１０^１６から５ｘ１０^１７の間の範囲にあり、エネルギーは、約１ｋｅＶから３００ｋｅＶの間の範囲にある。注入ステップにおいて、アルゴン、ヘリウム、および／またはボロンのような他のガスもまた、利用されるか、または、追加され得る。水素は、領域２５によって示されるＳｉＧｅ層に注入される一方で、領域２５の下に位置する残りのＳｉＧｅ層２４、および、層２５の上に位置する層２８は、比較的水素濃度が低い。このように、上述されたこの構造は、本明細書においてＳｉ／ＳｉＧｅ部分と呼ばれる部分を含み、全体は、参照番号３０によって識別される。

図４は、ガラス基板３２を準備するステップを示す。このガラス基板は、希釈ＳＣ−１（Ｈ_２Ｏ：Ｈ_２Ｏ_２：ＮＨ_４ＯＨ＝５：１：１）溶液により洗浄するように処理され、その後、ウェハのすすぎ洗いおよび乾燥が行われる。

図５は、ガラス基板３２にＳｉ／ＳｉＧｅ部分３０を結合し、直接のウェハ結合によって結合されたエンティティ（もしくはカプレット）３４を形成するステップを示す。直接のウェハ結合では、両方の部分の表面が、改変された（ｍｏｄｉｆｉｅｄ）ＳＣ−１洗浄溶液で洗浄され、蒸留水ですすぎ洗いされる。９０℃より低い温度での乾燥後、両方の表面は、親水性になる。もう一方の部分と面する乾燥した親水性部分がさらされた部分は、周囲の温度で一定にされる。この結合は、ウェハを一緒にして加圧し閉じ込められた空気を圧迫することによって、接触ウェハの小さな領域で開始する。この結合領域は、数秒で接触表面全体を介して瞬時に広がる。ここで、結合されたエンティティは、約１５０℃から２５０℃の間の温度で、約１時間から１４時間の間、キュアリングされる。

図６は、約３５０℃から７００℃の間の温度で、約３０分から４時間の間、熱アニーリングすることによって、結合されたエンティティ３４を分割し、ガラス基板３２およびＳｉＧｅ層２８からシリコンウェハ２２およびＳｉＧｅ層２４部分を分離するステップを示す。本明細書中において、シリコンウェハ２２およびＳｉＧｅ層２４部分は、シリコン基板部分と呼ばれる。ガラス基板３２およびＳｉＧｅ層２８は、ガラス上に形成されたＳｉＧｅ部分３６を含む。この時点で、層２４は、約１００ｎｍから５００ｎｍの間の厚さを有し、ＳｉＧｅ層２８は、約１０ｎｍから５００ｎｍの間の厚さを有する。ＳｉＧｅ層は、熱アニールの結果、緩和される。カプレットは、高水素濃度のＳｉＧｅ層２５に形成された水素注入により誘発される微小な割れ目に沿って分割する。

歪みシリコンを形成する別の方法は、ＳｉＧｅ堆積の後、最初に、薄いエピタキシャルシリコン層を堆積することによる。結合および分割の後、シリコンおよびＳｉＧｅ層の両方が、ガラス基板上に転位される。ＳｉＧｅ層は、適切な酸化およびエッチングステップによって除去され、ガラス上に薄い歪みシリコン層のみを残す。これは、絶縁体上に形成した歪みシリコン、すなわち高速デバイスの製造のために利用され得る。

図７は、シリコンウェハ４０上にエピタキシャルに堆積したＳｉＧｅ層４２を示す。ゲルマニウム濃度は、約１０％から６０％の間の範囲にあり、傾斜をつけられてもよいし、一定であってもよい。エピタキシャルＳｉＧｅ層の厚さは、約２０ｎｍから１０００ｎｍの間である。ＳｉＧｅは、二軸圧縮歪みの下にあり、このとき、緩和されない。薄いエピタキシャルシリコン層４４は、ＳｉＧｅ表面上に堆積される。本発明の方法による第１に説明された実施形態と同様に、ガラス基板４６が準備される。

図８は、熱アニーリングの後の分割ウェハを示す。

図９は、ＳｉＧｅ層の除去後のガラス部分を示す。

（Ｃｏｒｎｉｎｇ１７３７ガラスにおけるＳｉＧｅの結合の実験結果）
以下は、傾斜のついたＳｉＧｅ層をガラスに取り付けた結果である。約８０％の緩和が達成される。Ｈ_２ ^＋が注入されたＳｉＧｅ層を有する３つのウェハは、Ｃｏｒｎｉｎｇ１７３７ガラス基板に首尾よく結合された。例えば、約１時間から１４時間、約１５０℃から２５０ｄｐの間の長いキュアリングの後、約３０分から１時間の間、ウェハ分割を促進するために、ウェハはアニーリングされた。

図１０は、５０倍で、第１のＳｉＧｅ／ガラスカプレットからのガラス上に形成したＳｉＧｅ部分を示す。このカプレットは、１５秒のランプアップ時間の後、約６００℃で、約６０分間、ＲＴＰで分割された。

図１１は、５０倍で、第１のＳｉＧｅ／ガラスカプレットのシリコン基板部分を示す。

図１２は、５０倍で、第２のＳｉＧｅ／ガラスカプレットからのガラス上に形成したＳｉＧｅ膜部分を示す。このカプレットは、５秒のランプアップ時間の後、約６５０℃で、約６０分間、ＲＴＰで分割された。

図１３は、５０倍で、第２のＳｉＧｅ／ガラスカプレットのシリコン基板部分を示す。

図１４は、２０００倍で、第１のＳｉＧｅ／ガラスカプレットからのガラス上に形成したＳｉＧｅ膜部分を示す。このカプレットは、１５秒のランプアップ時間の後、約６００℃で、約６０分間、ＲＴＰで分割された。

図１５は、２０００倍で、第１のＳｉＧｅ／ガラスカプレットのシリコン基板部分を示す。

図１６は、２０００倍で、第３のＳｉＧｅ／ガラスカプレットからのガラス上に形成したＳｉＧｅ膜部分を示す。このカプレットは、５秒のランプアップ時間の後、約６５０℃で、約６０分間、ＲＴＰで分割された。

図１７は、２０００倍で、第３のＳｉＧｅ／ガラスカプレットのシリコン基板部分を示す。

全ての例において、表面は、熱アニール分割の後、滑らかになる。分割カプレットの両方の面の粗さおよび表面特性は、非常に類似している。６００℃のウェハカプレット分割のＳＥＭ顕微鏡写真は、図１８〜２０に示される。断面図ＳＥＭは、ＳｉＧｅ／ガラス界面が、空洞および割れなく、極めて無傷であることを示す。さらに、この表面は、比較的平坦である。

図１８は、第１のＳｉＧｅ／ガラスカプレットからのガラス上に形成したＳｉＧｅ膜の表面を示す。図１９は、第１のＳｉＧｅ／ガラスカプレットのシリコン部分を示す。図２０は、第１のＳｉＧｅ／ガラスカプレットからのガラス上に形成したＳｉＧｅ膜のＳＥＭ断面図である。

ＳｉＧｅ層の緩和の程度は、ＸＲＤマッピングによって判定された。その結果を図２１〜２２に示す。図２１は、第１のＳｉＧｅ／ガラスカプレットからのガラス上に形成したＳｉＧｅ膜を示し、ＸＲＤピークのＦＷＨＭ＝０．３１°（表面に沿って）であり、ＳｉＧｅ（２２４）ピークは、ｘ＝０．２５９、Ｒ＝５９％を与える。図２２は、第２のＳｉＧｅ／ガラスカプレットからのガラス上に形成したＳｉＧｅ膜を示し、ＸＲＤピークのＦＷＨＭ＝０．２７４°（表面に沿って）であり、ＳｉＧｅ（００４）ピークは、ｘ＝０．２６、Ｒ〜７８％を与える。

本発明の重要な特徴は、結合された構造をシリコンおよびガラス部分に分割するために利用される熱アニーリングステップが、歪みＳｉＧｅ層の緩和を促進することである。

以上により、層転位によりガラス上に緩和したシリコンゲルマニウムを作製する方法が開示された。本発明のさらなる改変および修正は、添付の特許請求の範囲で規定される本発明の範囲内で行われ得る。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

（要約）
絶縁体上にシリコンゲルマニウムを形成する方法は、シリコン基板を準備するステップと、シリコン基板上にシリコンゲルマニウムの層を堆積して、シリコン／シリコンゲルマニウム部分を形成するステップと、シリコンゲルマニウム層に水素イオンを注入するステップと、絶縁体基板を準備するステップと、シリコンゲルマニウム層が絶縁体基板と接触する状態で、シリコン／シリコンゲルマニウム部分を絶縁体基板に結合し、結合されたエンティティを形成するステップと、結合されたエンティティをキュアリングするステップと、結合されたエンティティを熱アニーリングして、結合されたエンティティをシリコン／シリコンゲルマニウム部分と絶縁体上に形成されたシリコンゲルマニウム部分とに分割して、シリコンゲルマニウム層を緩和するステップとを包含する。

図１は、本発明の方法のブロック図である。図２は、本発明の方法のステップを示す。図３は、本発明の方法のステップを示す。図４は、本発明の方法のステップを示す。図５は、本発明の方法のステップを示す。図６は、本発明の方法のステップを示す。図７は、本発明の方法のステップを示す。図８は、本発明の方法のステップを示す。図９は、本発明の方法のステップを示す。図１０は、本発明の方法の結果を示す。図１１は、本発明の方法の結果を示す。図１２は、本発明の方法の結果を示す。図１３は、本発明の方法の結果を示す。図１４は、本発明の方法の結果を示す。図１５は、本発明の方法の結果を示す。図１６は、本発明の方法の結果を示す。図１７は、本発明の方法の結果を示す。図１８は、本発明の方法の結果のＳＥＭ写真を示す。図１９は、本発明の方法の結果のＳＥＭ写真を示す。図２０は、本発明の方法の結果のＳＥＭ写真を示す。図２１は、本発明の方法の結果のＸＲＤマッピングを示す。図２２は、本発明の方法の結果のＸＲＤマッピングを示す。

符号の説明

２２シリコン基板
２４エピタキシャルＳｉＧｅ層
２８ＳｉＧｅ層
３０Ｓｉ／ＳｉＧｅ部分
３２ガラス基板
３４結合されたエンティティ
４０シリコン基板
４２エピタキシャルＳｉＧｅ層
４４エピタキシャルシリコン層
４６ガラス基板

Claims

絶縁体上にシリコンゲルマニウム層を形成する方法であって、
シリコン基板を準備するステップと、
該シリコン基板上にシリコンゲルマニウムの層を堆積して、シリコン／シリコンゲルマニウム部分を形成するステップと、
該シリコンゲルマニウム層に水素イオンを注入するステップと、
絶縁体基板を準備するステップと、
該シリコンゲルマニウム層が該絶縁体基板と接触して結合されたエンティティを形成するように、該シリコン／シリコンゲルマニウム部分を該絶縁体基板に結合するステップと、
該結合されたエンティティをキュアリングするステップと、
該結合されたエンティティを熱アニーリングして、該結合されたエンティティをシリコン／シリコンゲルマニウム部分と絶縁体上に形成したシリコンゲルマニウム部分とに分割し、かつ、該シリコンゲルマニウム層を緩和するステップと
を包含する、方法。
前記結合するステップの前に、前記水素の注入されたシリコンゲルマニウム層上にエピタキシャルシリコン層を堆積するステップと、前記熱アニーリングするステップの後に、前記絶縁体上に形成したシリコンゲルマニウム部分から該シリコンゲルマニウム層を除去して、絶縁体の上の緩和したシリコン部分を形成するステップとをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
前記絶縁体基板を準備するステップは、ガラス基板を準備するステップを包含する、請求項１に記載の方法。
前記シリコン基板上にシリコンゲルマニウムの層を堆積するステップは、約１０％から６０％の間のゲルマニウム濃度で、二軸圧縮歪みの形式で、約２０ｎｍから１００ｎｍの間の厚さまでシリコンゲルマニウムの層を堆積するステップを包含し、該ゲルマニウム濃度は、均一な分布および傾斜のついた分布からなる分布の群から選択される層の分布で分布する、請求項１に記載の方法。
前記シリコンゲルマニウム層に水素イオンを注入するステップは、約１・１０^１６ｃｍ^−２から５・１０^１７ｃｍ^−２の間のイオン量で、約１ｋｅＶから３００ｋｅＶの間のエネルギーで、Ｈ^＋イオンおよびＨ_２ ^＋イオンからなる水素イオンの群から選択される水素イオンを注入するステップを包含する、請求項１に記載の方法。
アルゴン、ヘリウム、およびボロンからなるイオンの群から選択されるイオンを注入するステップをさらに包含する、請求項５に記載の方法。
前記シリコンゲルマニウム層が絶縁体基板と接触して結合されたエンティティを形成するように、シリコン／シリコンゲルマニウム部分を絶縁体基板に結合するステップは、直接のウェハ結合によって結合するステップを包含する、請求項１に記載の方法。
前記結合されたエンティティをキュアリングするステップは、約１５０℃から２５０℃の間の温度で、約１時間から１４時間、前記結合されたエンティティをキュアリングするステップを包含する、請求項１に記載の方法。
前記結合されたエンティティを熱アニーリングするステップは、約３５０℃から７００℃の間の温度で、約３０分から４時間の間、前記結合されたエンティティをアニーリングするステップを包含する、請求項１に記載の方法。
ガラス基板上にシリコンゲルマニウム層を形成する方法であって、
シリコン基板を準備するステップと、
該シリコン基板上にシリコンゲルマニウムの層を堆積して、シリコン／シリコンゲルマニウム部分を形成するステップと、
該シリコンゲルマニウム層に水素イオンを注入するステップと、
ガラス基板を準備するステップと、
該シリコンゲルマニウム層が該ガラス基板と接触して結合されたエンティティを形成するように、直接のウェハ結合によって、該シリコン／シリコンゲルマニウム部分を該ガラス基板に結合するステップと、
約１５０℃から２５０℃の間の温度で、約１時間から１４時間、該結合されたエンティティをキュアリングするステップと、
約３５０℃から７００℃の間の温度で、約３０分から４時間の間、該結合されたエンティティを熱アニーリングして、該結合されたエンティティをシリコン／シリコンゲルマニウム部分とガラス上に形成したシリコンゲルマニウム部分とに分割し、かつ、該シリコンゲルマニウム層を緩和するステップと
を包含する、方法。
前記結合するステップの前に、前記水素の注入されたシリコンゲルマニウム層上にエピタキシャルシリコン層を堆積するステップと、前記熱アニーリングするステップの後に、前記ガラス上に形成したシリコンゲルマニウム部分から該シリコンゲルマニウム層を除去して、ガラス上の緩和したシリコン部分を形成するステップとをさらに包含する、請求項１０に記載の方法。
前記シリコン基板上にシリコンゲルマニウムの層を堆積するステップは、約１０％から６０％の間のゲルマニウム濃度で、二軸圧縮歪みの形式で、約２０ｎｍから１００ｎｍの間の厚さまでシリコンゲルマニウムの層を堆積するステップを包含し、該ゲルマニウム濃度は、均一な分布および傾斜のついた分布からなる分布の群から選択される層の分布で分布する、請求項１０に記載の方法。
前記シリコンゲルマニウム層に水素イオンを注入するステップは、約１・１０^１６ｃｍ^−２から５・１０^１７ｃｍ^−２の間のイオン量で、約１ｋｅＶから３００ｋｅＶの間のエネルギーで、Ｈ^＋イオンおよびＨ_２ ^＋イオンからなる水素イオンの群から選択される水素イオンを注入するステップを包含する、請求項１０に記載の方法。
アルゴン、ヘリウム、およびボロンからなるイオンの群から選択されるイオンを注入するステップをさらに包含する、請求項１３に記載の方法。