JP2005539392A - バッファ層を有しないウエハからの緩和された有用層の形成 - Google Patents

Abstract

結晶材料から各々が選ばれた支持基板（１）と歪み層（２）を備えるウエハから有用層を形成する方法。

Description

この発明は、マイクロエレクトロニクス、光学又は光電子工学用の結晶材料から各々が選ばれた基板と歪み層を備えるウエハからの有用層の形成に関する。

この明細書において、バルク状態で平衡している材料の格子定数である公称格子定数に実質的に同じである格子定数を有する結晶材料により層が形成された場合、その層は「緩和」されたという。

逆に、「歪んだ」層とは、エピタキシャル成長等の結晶成長中に結晶構造が伸張又は圧縮により弾性的に歪んだ結晶材料による層のことで、その格子定数がこの材料の公称格子定数とは実質的に異なるものである。

同じウエハ内において、格子定数が互いに異なり、少なくとも部分的に緩和され且つ又は過度な数の結晶欠陥が無い結晶構造を維持している、第一の結晶材料の層を第二の結晶材料の基板上に形成することは場合によって有用又は効果的である。

この目的のために、基板と形成された層とに間にバッファ層を挿入することが知られている。

この構造においては、「バッファ層」は形成された層の格子定数が基板の格子定数と合う遷移層を意味する。

この目的のために、この種のバッファ層は厚みに応じて次第に変わる組成を有してもよく、そのバッファ層の組成が次第に変わるのは、基板と形成された層との格子定数の間で、バッファ層の格子定数が次第に変わることと直接関わっている。

それは、例えば、可変含有量組成変化（ｖａｒｉａｂｌｅ−ｃｏｎｔｅｎｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）、含有量の符号の反転、又は、組成の段階的変化というようなさらに複雑な態様とすることもできる。

そのような可変組成を形成するのは時間を要し、また、実施が複雑となる。

さらに、結晶欠陥密度を小さくするにはバッファ層が、通常、厚くなり、典型的には１から数ミクロンである。

従って、そのようなバッファ層の製造には、屡々、時間が掛かり、難しくコストが掛かる処理が含まれる。

形成された層内の弾性歪みを緩和し、必要な処理が少なく、同様な結果が得られる他の技術がＢ．Ｈｏｌｌａｎｄｅｒ ｅｔ ａｌ．の、例えば、“Ｓｔｒａｉｎ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ Ｓｉ_１−ｘＧｅ_ｘ／Ｓｉ（１００）ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｆｔｅｒ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｏｒ ｈｅｌｉｕｍ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｖｉｒｔｕａｌ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ”（ｉｎ Ｎｕｃｌｅａｒ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂ １７５−１７７ （２００１） ３５７−３６７）という題の文書に示されている。

記載されている処理は、圧縮により歪んだＳｉＧｅ層の緩和に関し、この層はＳｉ基板上に形成されている。

用いられている技術では、歪み層表面からＳｉ基板内へ、所定深さに、水素又はヘリウムイオンを注入する。

イオンを注入により生じ、注入領域とＳｉＧｅ層との間に横たわるＳｉ基板の一重内に位置する結晶の摂動により、熱処理下で、ＳｉＧｅ層がある程度緩和される。

従って、この技術により、基板内への簡単な原子又は分子注入により、中間バッファ層内に緩和された又は擬似的に緩和された層が形成される。

従って、この技術は、バッファ層の形成を含む技術に比べ、時間が少なく、実施が簡単、そして、コストが掛からないように見える。

素子、特に、電子工学や光電子工学用の素子を製造するために、ある構造にこの緩和又は擬似的緩和層を後で一体化させるのにこの技術を用いるのは興味深いと思われる。

この発明の目的は、この層一体化の実施を盛行させるために、第一のアスペクトにおいて、マイクロエレクトロニクス、光学又は光電子工学用の結晶材料から各々が選ばれた支持基板と歪み層を備えるウエハから有用層を形成する方法であって、前記支持基板の、構造的摂動を形成しうる所定深さに、摂動領域を形成する工程と、エネルギを供給して前記歪み層内の弾性歪みに少なくとも相対的緩和を起こさせる工程と、前記歪み層とは反対側の前記ウエハの部分を除去し、前記有用層が前記ウエハの残存部分となる工程を備えたことを特徴とする方法を提供する。

この発明のさらなるアスペクトである再利用方法が請求項２乃至３４に与えられる。

第二のアスペクトにおいて、この発明の主題は請求項３５の除去方法の応用である。

第三のアスペクトにおいて、この発明の主題は、請求項３６乃至３９に与えられる、剥離により薄層を提供する源ウエハとある構造である。

この発明のさらなる特徴、目的及び効果が、添付図面を参照し、詳細な説明を読むことにより明らかになる。

この発明は、有用層が支持基板と支持基板上の歪み層を備える源基板と、有用層の形成のための支持部材を形成する受け取り基板とを含む。

この明細書において、そして、一般に、「有用層」は受け取り基板上に形成される源基板の一部を示す。

この発明の主なる目的は、源基板から受け取り基板上に緩和又は擬似的緩和層を形成するもので、有用層は少なくとも部分的に源基板の歪み層内に含まれる。

歪み層は、バッファ層が無く、事前に緩和又は擬似的に緩和されたものである。

図１ａに示されているのはこの発明の源基板１０である。

源基板１０は支持基板１と歪み層２より成る。

支持基板１の第一の態様では、支持基板１は半導体材料等の結晶材料（図１には示されない）より成る上部層を備える疑似基板であり、上部層は歪み層２との間に界面を有し、そして、その歪み層２との界面で第一の格子定数を有する。

上部層の第一の格子定数は、効果的にも、それが形成される材料の公称格子定数であり、従って、この材料は緩和状態にある。

上部層は、さらに、上部歪み層２が支持基板１の上部層の結晶構造に大きな影響を与えることなしに、その格子定数を歪み層２に与えるに十分な厚みを有する。

支持基板１の第二の態様では、支持基板１は第一の格子定数を有する結晶材料のみにより成る。

他の効果的な態様では、支持基板１は単結晶基板である。

どのような態様が支持基板１に選ばれても、効果的なことに、支持基板１は、転位等の構造欠陥の密度が低い結晶構造を有する。

歪み層２の第一の態様では、歪み層２は半導体材料等の結晶材料の一重のみより成る。

この歪み層２を形成するのに選ばれる材料は、第一の格子定数と実質的に異なる第二の公称格子定数を有する。

形成された歪み層２は、支持基板１により圧縮又は伸張されて弾性的に歪み、即ち、それが成る材料の公称格子定数と実質的に異なる格子定数を持たされ、従って、この格子定数は第一の格子定数に近いものとなる。

この歪み層２を形成するのにに選ばれる材料は、効果的なことに、第一の格子定数より実質的に大きい第二の公称格子定数を有し、従って、圧縮により歪む。

歪み層２は、さらに効果的なことに、実質的に一定な原子組成を有する。

歪み層２の第二の態様では、歪み層２は幾重の複数材料より成り、各一重は半導体材料等の結晶材料より成る。

歪み層２の各一重は、さらに効果的なことに、実質的に一定な原子組成を有する。

支持基板１との界面に直接近接する歪み層２の材料厚みは第一の態様の歪み層２と実質的に同じ特性を有する。

歪み層２の緩和された材料の厚みが小さいということは少なくとも以下の内の効果の一つを有する。

それは、ある材料特性を達成するために受け取り基板上に形成される活性層の少なくとも一部分を構成する。

それは、特に、エッチング溶液よる選択的化学エッチング等の材料除去から近傍層を保護するための、選択的材料除去手段により行われる選択的材料除去の間の停止層を構成する。

それは、選択エッチング等の選択的材料除去手段により行われて、選択的材料除去の間の停止層となる近傍層より実質的に材料除去が大きくなる可能性があり、従って、材料除去から保護される。

緩和された材料はその一重にこれら機能が組み合わされてもよく、そして、他の機能を有してもよい。

すべての場合において、歪み層２は歪んだ材料より成る通常の構造を有するが、それは、さらに、歪み層２よりかなり薄い蓄積厚みを有する緩和された一つ又は幾重もの材料を含んでもよく、これにより、歪み層２が全体的に歪んだ状態を維持する。

どのような態様が歪み層２に選ばれても、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）等の既知の技術を用いたエピタキシャル成長等の結晶成長により、歪み層２が効果的に支持基板１上に形成される。

例えば、点欠陥や転位等の拡張欠陥等、過度な数の結晶欠陥無しにそのような歪み層２を得るには、支持基板１と（支持基板１との界面近傍において）歪み層２とが形成される結晶材料において、それら第一、第二の公称格子定数の差が十分小さい結晶材料を選ぶと効果的である。

この格子定数の差は、例えば、典型的には、約０．５％と約１．５％との間であるが、それより高い値でもよい。

例えば、IV−IV属材料においては、ＧｅはＳｉの公称格子定数より大きい約４．２％の公称格子定数を有しており、従って、Ｇｅを３０％含むＳｉＧｅはＳｉの公称格子定数よりより大きい約１．１５％の公称格子定数を有する。

さらには、歪み層２は、それが一定な固有特性、且つ又は、（図１ｃに見られるように）受け取り基板５に付着できるように、略一定な厚みを有すると好ましい。

歪み層２にプラスティックのような種類の緩和や内部応力が現れないように、歪み層２の厚みは、さらに、臨界弾性歪み厚みより薄くなければならない。

この臨界弾性歪み厚みは、主に、歪み層２のために選ばれた材料と、支持基板１との格子定数の差とに応じて変わる。

支持基板１に用いた材料の上に形成される歪み層２に用いた材料の臨界弾性歪み厚みの値は当業者であればこの分野において知り得る。

歪み層２は、一旦形成されると、その格子定数がその成長基板１の格子定数と実質的に同様になり、圧縮又は伸張により内部弾性歪みを有することになる。

図１ｂを参照すると、歪み層２を備えるウエハ１０が製造されると、摂動領域３が支持基板１内の所定深さに形成され、遷移層４が実質的に摂動領域３と歪み層２により拘束される。

摂動領域３は、周囲部分内に構造的な摂動を生じさせる内部歪みを有する領域として特徴付けられる。

この摂動領域３は、実際、支持基板１の表面全体に効果的に形成される。

この摂動領域３は全体的に支持基板１の表面に平行に効果的に形成される。

そのような脆弱領域３を形成する一つの処理は所定の注入エネルギと所定の原子種ドーズ量で支持基板１内の上記所定深さに原子種を注入することを含む。

注入を実施する一つのある方法では注入原子種が水素且つ又はヘリウムを含む。

注入により形成されたそのような摂動領域３は、この領域近傍の結晶格子上の注入された原子種により与えられた内部歪み又は結晶欠陥さえも有する。

従って、これらの内部歪みによりウエハ１０上に横たわる部分内に結晶摂動を生じさせることができる。

特に、この目的のために、以下の事項のために適切にパラメータ化された処理を行うと効果的である。

遷移層４内の摂動の出現を助長する。

これらの遷移層４内の摂動を脆弱領域３から歪み層２との界面方向に移動させる。

摂動の出現及び移動の後に歪み層２に少なくとも相対的な緩和を生じさせる。

従って、そのような処理の主なる目的は緩和歪み層２‘を形成するために歪み層２内に少なくとも歪みの相対的な緩和を生じさせることである。

そこで、適切にパラメータ化されれば、熱処理が、これら構造的変更を生じさせるために行われる。

この熱処理は、特に、それ以上高いと著しい数の注入原子種が脱ガスされる臨界温度より十分低いある温度又は複数温度で行われなければならない。

そこで、内部歪みにより脆弱領域３内に局部的な結晶摂動が生じる。

特に、歪み層２内の弾性エネルギを抑制するという理由で、特定の結晶平面により定められた経路に沿った、遷移層４と歪み層２との間の界面方向にずらされるこれらの摂動が遷移層４内に現れる。

遷移層４と歪み層２との間の界面に到達すると、これらの摂動により、歪み層２内に弾性歪みの相対緩和が生じ、これら相対緩和は、主に、歪み層２の材料と支持基板１の材料の公称格子定数間の格子のミスマッチによる歪みである。

そのような歪み層２内の弾性歪みの緩和は歪み層２周辺に結晶摂動を伴うことが多く、これらは、恐らく、界面でのパラメータが異なる歪みを伴う転位と、そして、自由面での原子ステップである。

ところが、歪み層２の緩和も、横断転位等の、この層の厚み内における非弾性結晶欠陥を伴う。

これらの欠陥数を減らすために適切な処理を行うことができる。

例えば、二つの制限値間で転位密度が増える適切な処理が行われ、これら二制限値は少なくとも転位の一部が消失する転位密度範囲を確定する。

この目的のために、上記転位層４内に摂動が生じるように、用いられる材料に合った熱処理が効果的に行われてもよい。

すべての場合において最終的に得られるのは、中間バッファ層が無い、緩和又は擬似的緩和層２‘であり、その公称格子定数は成長基板１の公称格子定数と実質的に異なる。

しかし、一重又はそれ以上の弾性歪み材料が緩和歪み層２‘内にあってもよい。

これらの幾重もの材料は、歪み層２の弾性緩和が起きる前に歪み層２内に設けられたもので、その格子定数は残りの歪み層２の格子定数とは実質的に異なる。

そのような幾重もの材料は、例えば、歪み層２の第二の態様で記載されたように、元から緩和されている。

歪み層２の全体的な緩和の間に、これらの幾重もの材料は周辺の緩和材料により生じた弾性歪みを受けて歪む。

ところが、これらの幾重もの材料はその蓄積厚みが歪み層２の厚みよりかなり薄いので、弾性緩和工程の後、歪み層２は全体的に緩和又は擬似的緩和状態を維持する。

図１ｃを参照すると、受け取り基板５が、緩和歪み層２‘側のウエハ１０表面に載置される。

受け取り基板５は、形成される有用層を支持し、そして、外界から与えられうる機械的応力から有用層を保護するのに十分なだけ強い機械的支持部材を備える。

この受け取り基板５は、例えば、シリコン、石英、又は、その他の材料から作られても良い。

受け取り基板５は、ウエハ１０に強く密着させ、ボンディング処理、効果的には、受け取り基板５とウエハ１０との間のウエハボンディング（分子付着）により付着される。

この付着技術、並びに、他の方法が、例えば、Ｑ．Ｙ．Ｔｏｎｇ，Ｕ．ＧｏｓｅｌｅそしてＷｉｌｅｙによる文書“Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ”，（Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）に記載されている。

必要に応じて、付着と共に、付着される各表面の適切な事前処理、且つ又は、熱エネルギ供給を行う。

そこで、例えば、付着中に熱処理を行うと付着力が高まる。

ウエハ１０と受け取り基板５との間に付着層を挿入するとさらに付着力が高まる。

この付着層は付着させる二表面の少なくとも一方に適用される。

二酸化シリコン（シリカ又はＳｉＯ_２とも呼ばれる）をそのような付着層として選択してもよく、これは、酸化堆積、熱酸化又は他の技術により形成できる。

付着前且つ又は後で、例えば、エッチング、化学機械研磨ＣＭＰ、熱処理又はその他の平坦化処理により表面仕上げ処理を行ってもよい。

一旦、受け取り基板５が付着されると、緩和歪み層２‘とは反対側のウエハ１０の部分が除去され、有用層６がウエハ１０の残存部分となる。

様々な材料除去技術が用いられる。

Ｓｍａｒｔ−ｃｕｔ^（Ｒ）と呼ばれ、当業者に知られている（そして、その記述はウエハを薄くするための技術をカバーする多くの研究に見られる）第一の材料除去技術は、受け取り基板５の付着前の、注入深さに近い深さに脆弱領域を形成するために、（水素又はヘリウムイオン等）の原子種の注入と、脆弱領域においてウエハ１０を二つの部分に剥離するために、熱且つ又は機械的処理又は他のエネルギ供給等の脆弱領域へのエネルギ供給とを備える。

脆弱領域をさらに脆弱化させるために、注入中又は後にウエハ１０に熱処理を施すと効果的である。

この材料除去を実施する第一の方法において、脆弱領域が支持基板１と緩和歪み層２‘との間に、又は、緩和歪み層２‘内に形成される。

この材料除去を実施する第二の方法においては、脆弱領域が支持基板１内に形成される。

脆弱領域は摂動層３の形成中又は後に形成されてもよい。

上記材料除去を実施する第二の方法の特別な場合、そして、摂動領域３を形成することによる遷移層４を形成する場合において、所定の注入エネルギと所定の原子種ドーズ量での原子種注入のような実質的に同じ技術で、摂動領域３と実質的に同じ位置に脆弱領域を形成してもよい。

この特別な場合、摂動領域３が形成されるのと実質的に同じ時間で脆弱領域が形成されうる。

注入前又は後に、さらなる脆弱領域の脆弱化とさらなる歪み層２の緩和という二つの機能を有する熱処理にウエハ１０をさらに施すこともできる。

そこで、その中で支持基板１を脆弱化させ、そして、歪み層２を緩和させるという二重の機能を持つかのような脆弱領域が形成される。

第二の材料除去技術は、原子種注入、又は、例えば、文書ＥＰ０８４９７８８Ａ２に記載されているようなその他の多孔形成技術による陽極酸化による少なくとも一つの多孔層の形成と、脆弱層内でウエハ１０を二部分に剥離するための機械的処理又は他のエネルギ供給等の脆弱層へのエネルギ供給とを備える。

この材料除去を実施する第一の方法において、脆弱層が支持基板１と緩和歪み層２‘との間に、又は、緩和歪み層２‘内に形成される。

この材料除去を実施する第二の方法においては、脆弱層が支持基板１内に形成される。

脆弱層を支持基板１内に形成するには、多孔層を単結晶材料の薄片上に効果的に形成し、薄片と格子定数が実質的に同じ非多孔性結晶材料の層を多孔層上に成長させ、そして、支持基板１は薄片、多孔層、そして、非多孔性Ｓｉ層より成る。

第一、第二の限定の無い材料除去技術により、ウエハ１０のかなりの部分がかたまって早く除去される。

これらの技術により、ウエハ１０の除去された部分を、例えば、この発明の処理等、他の処理で再度用いることができる。

従って、歪み層２と、場合によっては、支持基板１、且つ又は、その他の層が、好ましくは、支持基板１表面が研磨された後に再形成される。

第三の既知の技術は化学的、且つ又は、化学機械的材料除去処理より成る。

例えば、「エッチバック」型の処理を用いて、除去すべきドナーウエハ１０の材料の任意の選択エッチングを行ってもよい。

この技術は、受け取り基板５上に残しておきたいウエハ１０の部分を最終的に残すために、「後ろから」、即ち、支持基板１の自由面からウエハ１０のエッチングを行う。

材料を除去するエッチング溶液を用いる湿式エッチングを行ってもよい。

材料を除去するために、プラズマエッチングやスパッタリング等の乾式エッチングを行ってもよい。

エッチング処理又は複数のエッチング処理は純粋に化学的、電気化学的、又は光電気化学的に行ってもよい。

エッチング処理又は複数のエッチング処理は、ラッピング、研磨、機械的エッチング、又は、原子種のスパッタリング等、ウエハ１０に対する機械的アタックに先んじて又は後から行ってもよい。

エッチング処理又は複数のエッチング処理は、任意にＣＭＰ処理において機械研磨剤の作用を組み合わせた研磨等の機械的アタックを伴ってもよい。

そこで、除去したいウエハ１０の部分が純粋化学手段、又は、化学機械手段により完全に除去される。

この材料除去を実施する第一の方法において、エッチング処理又は複数のエッチング処理は、緩和歪み層２‘の少なくとも一部分のみをウエハ１０上に残すように行われる。

この材料除去を実施する第二の方法においては、エッチング処理又は複数のエッチング処理は、支持基板の一部分と緩和歪み層２‘をウエハ１０上に残すように行われる。

この第三の技術は、特に、歪み層２の結晶成長の間に得られる歪み層２の高い表面品質と一定な厚みを維持することができる。

これら三つの技術がこの文書において例として提案されているが、これらに限定されるものではなく、この発明の処理に従ってウエハから材料を除去できる如何なる種類の技術にもこの発明は拡張されるものである。

これら三つの技術、又は、その他の既知の技術から如何なる技術がが選ばれても、任意の選択化学エッチング、ＣＭＰ研磨、熱処理、又は、その他の平坦化処理等の表面処理技術が活性層に対して効果的に行われる。

これら三つの技術の内の一つが行われた後に支持基板１の一部が残るという特別な場合、そして、この支持基板１の残存部分が不要な場合、緩和歪み層２‘に対する支持基板１の残存部分の選択エッチングを備える仕上げ工程を行うと効果的である。

後者の特別な場合、厚みが一定且つ又は表面仕上がりが良好で、機械的仕上げで時々起こる加工硬化領域等の多くの欠陥を防止できる緩和歪み層２‘が得られる。

実行されるエッチングの停止層となる緩和歪み層２‘に選択エッチングを行い厚みが一定且つ又は表面仕上がりが良好な緩和歪み層２‘の一部分を得ることもできる。

選択エッチングを含む後の二つの仕上げ工程は、最終的に非常に薄い緩和歪み層２‘を得たい場合に特に効果的である。

すべての場合において、最終的に得られるのは、受け取り基板５と，活性層６と，そして、任意ではあるが、挿入付着層とを備えた構造２０である。

材料除去を実施する第一の方法においては、緩和歪み層２‘の少なくとも一部分のみが残される。

従って、活性層６は緩和歪み層２‘の少なくとも一部分より成る。

この材料除去を実施する第二の方法においては、支持基板１の一部分と緩和歪み層２‘のみが残される。

従って、活性層６は支持基板１の残存部分と緩和歪み層２‘より成る。

この場合、支持基板１の残存部分は、下部緩和歪み層２‘により、少なくとも部分的に歪む。

構造２０を用いる一つの特別な方法では、一回又は複数回の結晶成長処理が構造２０に対して行われる。

最終構造が得られると、例えば、有用層６と受け取り基板５との間の付着界面を増強するために、アニール処理等の仕上げ処理等の仕上げ工程を任意に行ってもよい。

構造２０を用いる一つの特別な方法で、且つ、どのような構造２０であっても、一つ又はそれ以上のエピ層がウエハ１０上に成長してもよい。

この文書の残部に、この発明の処理を実施することにより得られる構造を構成する材料の例が幾つか挙げられる。

特に、ＳｉとＳｉＧｅタイプの材料のより成る層が検討される。

上記のように、Ｇｅを３０％含むＳｉＧｅはＳｉの公称格子定数より約１％大きい公称格子定数を有する。

特定のＧｅ濃度を有し、そして、Ｓｉ支持基板上に形成されたＳｉＧｅの歪み層２はこの発明の処理を実施するのに適切である。

この発明の有用層を形成する好ましい処理が以下の例に示される。

例１：図１を参照すると、これは、ウエハ１０が、Ｓｉ支持基板１と、特定のＧｅ濃度を有し、厚みが（上記の）臨界歪み終結厚み（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｅｎｄ−ｏｆ−ｓｔｒａｉｎ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）より薄いＳｉＧｅより成る歪み層２とを備える。

歪みＳｉＧｅ層２は１５％より大きい典型的なＧｅ濃度を有する。

歪みＳｉＧｅ層２は、効果的にも、約１０^７ｃｍ^―２より小さい転位等の欠陥密度を有する。

Ｇｅを１５％含む歪み層２とＧｅを３０％含む歪み層２の典型的な厚みは、各々、約２５０ｎｍ、約１００ｎｍであり、従って、各々、臨界歪み終結厚みを下回る。

図１ｂを参照すると、Ｈ又はＨｅ等の原子種による注入によりＳｉ支持基板内に摂動領域３が形成される。

用いられるＨ又はＨｅ注入エネルギの範囲は典型的には１２から２５ＫｅＶの間である。

注入されるＨ又はＨｅドーズ量は典型的には１０^１４から１０^１７ｃｍ^―２の間である。

従って、例えば、Ｇｅを１５％含む歪み層２にとっては、約２５ＫｅＶのエネルギで、約３ｘ１０^１６ｃｍ^―２のドーズ量のＨをインプラントとして用いるのが好ましい。

従って、例えば、Ｇｅを３０％含む歪み層２にとっては、約１８ＫｅＶのエネルギで、約２．０ｘ１０^１６ｃｍ^―２のドーズ量のＨｅをインプラントとして用いるのが好ましい。

原子種の注入深さは典型的には５０ｎｍから１００ｎｍの間である。

摂動領域３形成後、適切な熱処理を行い、特に、遷移層４内の摂動を移動させ、そして、緩和歪み層２‘内に転位を消滅させる。

不活性雰囲気内で熱処理が行われる。

しかし、他の雰囲気内、例えば、酸化雰囲気内で熱処理が行われてもよい。

そこで、この種のウエハ１０に対しては、典型的に６００℃から１０００℃の間の温度で、典型的に約５分から約１５分の間の時間、ある熱処理が行われる。

そのような実験的な技術のさらなる詳細がＢ．Ｈｏｌｌａｎｄｅｒ ｅｔ ａｌ．により検討された、特に、“Ｓｔｒａｉｎ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ Ｓｉ_１−ｘＧｅ_ｘ／Ｓｉ（１００）ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｆｔｅｒ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｏｒ ｈｅｌｉｕｍ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｖｉｒｔｕａｌ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ”（ｉｎ Ｎｕｃｌｅａｒ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂ １７５−１７７ （２００１） ３５７−３６７）という題の文書に示されている。

この発明の摂動領域３を形成する他の場合では、水素又はヘリウムが約１０^１７ｃｍ^―２のドース量で注入される。

この所定ドース量によりＳｍａｒｔ−ｃｕｔ^（Ｒ）処理を用いた脆弱領域の形成に基づき、摂動領域３と脆弱領域の両方を形成できる。

この脆弱領域は、従って、上部遷移層４内に結晶摂動を形成し、そして、エネルギ供給後に、ウエハ１０が二つの部分に剥離するのに十分弱い内部応力を生じさせるという二つの機能を有する。

一つの特別な実施形態では、その後の熱処理が歪み層２内の歪みを緩和させ、そして、脆弱領域をさらに脆弱させるという二つの機能を有する。

遷移層４を形成するためのどのような注入方法が選ばれても、ＳｉＧｅ緩和歪み層２‘を形成するために、ＳｉＧｅ歪み層２が少なくとも部分的に緩和する。

図１ｃを参照すると、ウエハ１０に付着している受け取り基板５が、シリコン又は石英のような如何なる材料で形成されてもよい。

ＳｉＯ_２付着層が、効果的に、緩和歪み層２‘と受け取り基板５との間に挿入され、最終的に（図１ｄ参照）ＳＧＯＩ又はＳｉ／ＳＧＯＩタイプの構造２０が形成され、この構造２０において絶縁物はＳｉＯ_２層である。

図１ｄを参照すると、材料除去のための一つ又はそれ以上の既知の技術が実施されてもよい。

特に、ＳｉＧｅに対して実質的に選択性のあるエッチング溶液を用いてＳｉの選択エッチングが行われ、そのような溶液は、少なくとも、ＫＯＨ、ＮＨ_４ＯＨ（水酸化アンモニウム）、ＴＭＡＨ、ＥＤＰ又はＨＮＯ_３の内の少なくとも一つの化合物を含む溶液、又は、現在検討中で、文書ＷＯ９９／５３５３９の９頁に説明されているような、ＨＮＯ_３、ＨＮＯ_２、Ｈ_２Ｏ_２、ＨＦ、Ｈ_２ＳＯ_４、ＣＨ_３ＣＯＯＨ、そして、Ｈ_２Ｏ等の化学剤を混合した溶液である。

第一の状態では、後者の選択エッチングにより、構造２上に残るべく緩和歪み層２‘に対して除去されるべき支持基板１の残存部分を除去することができ、エッチング後に、有用層６が緩和歪み層２’より成る。

第二の状態では、支持基板１内にＳｉエッチング停止層が設けられ、エッチバック型の選択化学エッチングから停止層上のＳｉ層を保護し、活性層６が、この場合、緩和歪み層２‘と停止層上のＳｉ層を備える。

停止層は、例えば、ＳｉＧｅから形成されてもよく、ここで選択化学エッチングは上記エッチング溶液の一つを用いる。

図１ｄを参照すると、受け取り基板５と活性層６を備える構造２０が得られる。

用いられる除去方法に応じて、活性層６は、ＳｉＧｅ緩和歪み層２‘の少なくとも一部分と、任意であるが、Ｓｉ層と、支持基板１の残存部分とを備える。

例２：図２を参照すると、この例は、例１と実質的に同じであるが、歪みＳｉＧｅ層上で実質的に緩和されたＳｉ層をさらに含むウエハ１０に関する。

歪み層２は、従って、歪みＳｉＧｅ層２Ａと緩和Ｓｉ層２Ｂより成る。

この歪み層２はこれより厚いとＳｉＧｅが緩和するＳｉＧｅの臨界厚みより薄い。

歪み層２Ａは例１の歪みＳｉＧｅ層２と特性が実質的に同じである。

緩和Ｓｉ層２Ｂの厚みは歪み層２全体の厚みより非常に薄く、歪み層２が歪み構造特性全体を維持する。

緩和Ｓｉ層２Ｂの厚みは数十ナノメートルである。

除去処理の実施は実質的に例１と同じである。

実質的に例１と同じである遷移層４の形成とさらなる効果的な熱処理とが、（図示されない）緩和歪み層２Ａ‘を形成するために歪み層２Ａを弾性的に緩和させ、そして、（図示されない）歪み緩和層２Ｂ‘を形成するために緩和層２Ｂを弾性的に歪ませ、歪み緩和層２Ｂ‘は下部緩和ＳｉＧｅの格子定数に近い格子定数を有するという効果を呈する。

歪み緩和層２Ｂ‘において、中間付着層を有し又は有さずに、ウエハ１０が受け取り基板５に付着されると、上記の一つ又はそれ以上の既知の技術を用いて材料が除去できる。

材料除去を実施する第一の方法においては、緩和歪み層２Ａ‘の少なくとも一部分と歪みＳｉ層２Ｂ‘を残すのが望ましく、材料除去は例１で説明されたものと実質的に同じである。

最終的に得られるのは、受け取り基板５と活性層６を備えた（図１ｄのような）構造２０であり、活性層６は歪みＳｉ層２Ｂ‘と緩和ＳｉＧｅ層２Ａ‘の少なくとも一部分（さらに、用いられる除去方法に応じて、任意ではあるが、Ｓｉ層又は支持基板１の残存部分）より成る。

除去処理を実施する第二の方法においては、歪みＳｉ層２Ｂ‘の少なくとも一部分のみを残すのが望ましく、材料除去は例１で説明されたものとほぼ同一で、さらに、緩和ＳｉＧｅ層２Ａ’を除去するさらなる工程が加わる。

この目的のために、Ｓｉに対するＳｉＧｅの選択エッチングのための溶液、例えば、ＨＦ：Ｈ_２Ｏ_２：ＣＨ_３ＣＯＯＨ（選択比約１：１０００）を含む溶液を用いてＳｉＧｅを選択エッチングすることもできる。

従って、この処理を実施する第二の方法においては緩和ＳｉＧｅ層２Ａ’が犠牲層となる。

そのように緩和ＳｉＧｅ層２Ａ’が犠牲層となるには、パラメータが異なる歪みを伴う転位のような構造欠陥が消失し、これは、表面上に含まれていることもあり、付着前で、遷移層４内の摂動が伝搬した後に遷移層４との界面近傍に現れることもある。

緩和ＳｉＧｅ層２Ａ’は、従って、この発明の処理で用いられるある緩和方法の結果により考えられる構造欠陥から歪みＳｉ層２Ｂ‘を保護する。

従って、この犠牲技術は、特に、最終的に、構造欠陥が非常に少ない歪みＳｉ層２Ｂ‘を得るのに適している。

最終的に得られるのは（図１ｄの構造のような）構造２０で、受け取り基板５と、歪みＳｉ層２Ｂ‘から成る活性層６とを備える。

例３：図３を参照すると、この例は、例２と実質的に同じであるが、緩和Ｓｉ層上に実質的に緩和されたＳｉＧｅ層をさらに含むウエハ１０に関する。

歪み層２は、従って、歪みＳｉＧｅ層２Ａと緩和Ｓｉ層２Ｂと、そして、緩和ＳｉＧｅ層２Ｃより成る。

この歪み層２はこれより厚いとＳｉＧｅが緩和するＳｉＧｅの臨界厚みより薄い。

歪み層２Ａは例１の歪みＳｉＧｅ層２と特性が実質的に同じである。

遷移層４内の摂動が伝搬した後に遷移層４との界面近傍に現れる構造欠陥が層２Ａ内に含まれるような典型的な厚みより大きく又は等しく層２Ａの厚みを選定すると効果的である。

そのような歪みＳｉＧｅ層２Ａは、従って、歪み層２が全体的に緩和される間の如何なる構造欠陥から緩和Ｓｉ層２Ｂと歪みＳｉＧｅ層２Ｃを保護する。

従って、この犠牲技術は、特に、最終的に、構造欠陥が非常に少ないＳｉ層２Ｂを得るのに適している。

緩和Ｓｉ層２Ｂの厚みは歪み層２全体の厚みより非常に薄いので、歪み層２が全体的な歪み構造特性を維持する。

緩和Ｓｉ層２Ｂの厚みは約数十ナノメートルである。

歪みＳｉＧｅ層２Ｃは歪みＳｉＧｅ層２Ａと実質的に同じ特性を有する。

ところが、歪みＳｉＧｅ層２Ｃは、効果的にも、歪みＳｉＧｅ層２Ａより厚い。

歪みＳｉＧｅ層２Ｃは、ある特別な状況では、歪み層２の一重の主要部分となる。

除去処理の実施は例２と実質的に同じである。

例１と同じである遷移層４の形成とさらなる効果的な熱処理とが、（図示されない）緩和歪み層２Ａ‘を形成するために歪み層２Ａを弾性的に緩和させ、（図示されない）歪み緩和層２Ｂ‘を形成するために緩和層２Ｂを弾性的に歪ませ、歪み緩和層２Ｂ‘は下部緩和ＳｉＧｅの格子定数に近い格子定数を有し、そして、（図示されない）緩和歪み層２Ｃ’を形成するために歪み層２Ｃを弾性的に緩和させるという効果がある。

緩和歪み層２Ｃ‘において、中間付着層を有し又は有さずに、ウエハ１０が受け取り基板５に付着されると、上記の一つ又はそれ以上の既知の技術を用いて材料が除去できる。

材料除去を実施する第一の方法においては、緩和歪み層２Ａ‘の少なくとも一部分と、歪みＳｉ層２Ｂ‘と、緩和ＳｉＧｅ層２Ｃ’とを残すのが望ましく、材料除去は例１で説明されたものと実質的に同じである。

最終的に得られるのは、受け取り基板５と活性層６を備えた（図１ｄのような）構造２０であり、活性層６は緩和ＳｉＧｅ層２Ｃ’と、歪みＳｉ層２Ｂ‘と緩和ＳｉＧｅ層２Ａ‘の少なくとも一部分（さらに、用いられる除去方法に応じて、任意ではあるが、Ｓｉ層又は支持基板１の残存部分）より成る。

除去処理を実施する第二の方法においては、歪みＳｉ層２Ｂ‘の少なくとも一部分と緩和ＳｉＧｅ層２Ｃ’のみを残すのが望ましく、材料除去は例２で説明されたものとほぼ同一である。

最終的に得られるのは、受け取り基板５と活性層６を備えた（図１ｄのような）構造２０であり、活性層６は歪みＳｉ層２Ｂ‘の少なくとも一部分と緩和ＳｉＧｅ層２Ｃ‘より成る。

除去処理を実施する第三の方法においては、緩和Ｓｉ層２Ｃ‘の少なくとも一部分のみを残すのが望ましく、材料除去は上記の第二の方法の実施とほぼ同一で、さらに、歪みＳｉ層２Ｂ’を除去するさらなる工程が加わる。

この目的のために、ＫＯＨ、ＮＨ_４ＯＨ（水酸化アンモニウム）、ＴＭＡＨ、ＥＤＰ又はＨＮＯ_３Ｈの内の少なくとも一つの化合物を含む溶液、又は、ＨＮＯ_３、Ｈ_２Ｏ_２、ＨＦ、Ｈ_２ＳＯ_４、Ｈ_２ＳＯ_２、ＣＨ_３ＣＯＯＨ、そして、Ｈ_２Ｏのような化学剤の組み合わせで、現在、検討中の溶液のような溶液を用いて歪みＳｉ層２Ｂ’を選択エッチングすることもできる。

緩和ＳｉＧｅ層２Ｃ‘はエッチング停止層なので、この方法により、最終的に、特に、表面荒さの少ない均一な厚みの層が得られる。

従って、特に、質が高く、非常に薄い層をえることができる。

最終的に得られるのは、受け取り基板５と活性層６を備えた（図１ｄのような）構造２０であり、活性層６は緩和ＳｉＧｅ層２Ｃ‘より成る。

構造２０を用いる一つの特別な方法で、且つ、どのような構造２０であっても、多層構造を形成するために、ＳｉＧｅ層又は歪みＳｉ層のエピタキシャル成長、又は、ＳｉＧｅ層又は歪みＳｉ層の積層によるエピ層等の、一つ又はそれ以上のエピ層がウエハ１０上に成長してもよい。

この文書で示された半導体層には他の成分、例えば、この半導体層内の炭素濃度が実質的に５０％より低い又はこれに等しい、又は、特に、濃度５％より低い又はこれに等しい炭素を加えることができる。

この発明は、歪みＳｉＧｅ層２とＳｉ支持基板には限定されず、この発明の処理により用いることができる（二成分、三成分、四成分、又は、それ以上の）III−Ｖ又はII−VI原子属等の他の材料にも適用される。

剥離後に最終的に得られる構造はＳＧＯＩ、ＳＯＩ又はＳｉ／ＳＧＯＩタイプには限定されるものではない。

この発明の処理工程を示す図である。 この発明の処理工程を示す図である。 この発明の処理工程を示す図である。 この発明の処理工程を示す図である。 有用層が剥離されるこの発明のウエハを示す図である。 有用層が剥離されるこの発明の他のウエハを示す図である。

Claims (39)

1. マイクロエレクトロニクス、光学又は光電子工学用の結晶材料から各々が選ばれた支持基板と歪み層を備えるウエハから有用層を形成する方法であって、
   前記支持基板の、構造的摂動を形成しうる所定深さに、摂動領域を形成する工程と、
   エネルギを供給して前記歪み層内の弾性歪みに少なくとも相対的緩和を起こさせる工程と、
   前記緩和歪み層とは反対側の前記ウエハの部分を除去し、前記有用層が前記ウエハの残存部分となる工程を備えたことを特徴とする方法。
2. 前記供給工程中の前記歪み層の前記少なくとも相対的緩和は前記歪み層から前記摂動領域を分離する遷移層を越えて起こることを特徴とする請求項１に記載の有用層を形成する方法。
3. 前記摂動領域は原子種の注入により形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の有用層を形成する方法。
4. 前記注入される原子種は少なくとも部分的に水素且つ又はヘリウムを備えることを特徴とする請求項３に記載の有用層を形成する方法。
5. 前記供給工程中に供給されるエネルギは前記歪み層内の歪みの緩和を助長するための熱エネルギを備えることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の有用層を形成する方法。
6. 前記除去工程の前に、前記歪み層と同じ側において前記ウエハに受け取り基板を付着させる工程をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の有用層を形成する方法。
7. 前記付着工程は付着される二面の内の少なくとも一面に付着層を設けてから行われることを特徴とする請求項６に記載の有用層を形成する方法。
8. 前記付着層はシリカより成ることを特徴とする請求項７に記載の有用層を形成する方法。
9. 付着される二面の内の少なくとも一面の表面において仕上げ工程を実施することを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の有用層を形成する方法。
10. 付着を高めるための熱処理をさらに含むことを特徴とする請求項６乃至９いずれかに記載の有用層を形成する方法。
11. 前記除去工程の前に、前記支持基板内に脆弱領域を形成する工程を備え、
    前記除去工程は前記ドナーウエハから前記有用層を剥離するために前記脆弱領域内にエネルギを供給する工程を備えることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の有用層を形成する方法。
12. 前記脆弱領域は原子種の注入により形成されることを特徴とする請求項１１に記載の有用層を形成する方法。
13. 前記注入される原子種は少なくとも部分的に水素且つ又はヘリウムを備えることを特徴とする請求項１２に記載の有用層を形成する方法。
14. 前記脆弱領域と前記摂動領域とは前記ウエハ内の実質的に同じ点に位置することを特徴とする請求項１２又は１３いずれかに記載の有用層を形成する方法。
15. 前記脆弱領域と前記摂動領域とは該両領域を形成するための実質的に同じ時間で同じ手段で形成されることを特徴とする請求項１４に記載の有用層を形成する方法。
16. 前記脆弱領域は前記ウエハ内の層を多孔化することにより形成されることを特徴とする請求項１１に記載の有用層を形成する方法。
17. 前記除去工程は前記ウエハの除去される少なくとも一部分を化学エッチングする工程を備えることを特徴とする請求項１乃至１６いずれかに記載の有用層を形成する方法。
18. 前記除去工程は、前記緩和歪み層近傍の前記支持基板の一部分の選択化学エッチングを実施する工程を備え、前記緩和歪み層がこのエッチングの停止層を形成することを特徴とする請求項１乃至１７いずれかに記載の有用層を形成する方法。
19. 前記緩和歪み層が化学エッチング停止層を備え、前記除去工程は、前記停止層を覆う部分を除去するための前記緩和歪み層の選択化学エッチングを実施する工程を備えることを特徴とする請求項１乃至１８いずれかに記載の有用層を形成する方法。
20. 前記有用層は前記緩和歪み層の少なくとも一部分より成ることを特徴とする請求項１乃至１９いずれかに記載の有用層を形成する方法。
21. 前記有用層は前記緩和歪み層と前記除去工程の後に残る前記支持基板の一部分より成ることを特徴とする請求項１乃至１７いずれかに記載の有用層を形成する方法。
22. 前記支持基板の残存層は前記緩和歪み層により歪まされることを特徴とする請求項２１に記載の再利用方法。
23. 前記除去工程の後に、前記有用層の表面において実施される仕上げ工程を含むことを特徴とする請求項１乃至２２いずれかに記載の有用層を形成する方法。
24. 前記除去工程の後に、前記有用層上に少なくとも一層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至２３いずれかに記載の有用層を形成する方法。
25. 前記有用層上に形成される少なくとも一つの薄い層は前記緩和歪み層により歪まされた格子定数を有することを特徴とする請求項２３又は２４いずれかに記載の有用層を形成する方法。
26. 前記支持基板はシリコンより成り、前記歪み層はシリコンゲルマニウムより成ることを特徴とする請求項１乃至２５いずれかに記載の有用層を形成する方法。
27. 前記支持基板はシリコンより成り、前記歪み層は歪みシリコンゲルマニウムの一重と緩和シリコンの一重が連続して成ることを特徴とする請求項１乃至２６いずれかに記載の有用層を形成する方法。
28. 前記支持基板はシリコンより成り、前記歪み層は歪みシリコンゲルマニウムの一重と緩和シリコンの一重と歪みシリコンゲルマニウムの一重とが連続して成ることを特徴とする請求項１乃至２７いずれかに記載の有用層を形成する方法。
29. 前記除去工程は、支持基板近傍で、前記形成工程の間に緩和される前記歪みシリコンゲルマニウムの一重を除去する工程を備えることを特徴とする請求項２７又は２８いずれかに記載の有用層を形成する方法。
30. 前記除去工程は、前記供給工程実施中に歪まされる前記緩和シリコンの一重を除去する工程を備えることを特徴とする請求項２８又は２９いずれかに記載の有用層を形成する方法。
31. 前記有用層上に形成される少なくとも一つの薄い層が、前記歪み層のゲルマニウム濃度にほぼ等しいゲルマニウム濃度の緩和又は疑似緩和シリコンゲルマニウムと、前記緩和歪み層の格子定数に近い格子定数を有するように少なくとも部分的に歪まされたシリコンとの内の少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項２６乃至３０いずれかに記載の有用層を形成する方法。
32. 前記受け取り基板はシリコン又は石英より成ることを特徴とする請求項１乃至３１いずれかに記載の有用層を形成する方法。
33. 前記方法中に用いられる層の内の少なくとも一層は、さらに、炭素濃度が実質的に５０％より少ない又は等しい炭素を含むことを特徴とする請求項１乃至３２いずれかに記載の有用層を形成する方法。
34. この方法中に用いられる層の内の少なくとも一層は、さらに、炭素濃度が実質的に５％より少ない又は等しい炭素を含むことを特徴とする請求項１乃至３３いずれかに記載の有用層を形成する方法。
35. 請求項１乃至３４いずれかに記載の有用層を形成する方法をセミコンダクタ・オン・インシュレータ構造に応用し、該構造のセミコンダクタの一重が前記有用層を備えることを特徴とする応用。
36. 請求項１乃至３４いずれかに記載の有用層を形成する方法で用いられるウエハであって、第一の格子定数を有する支持基板と、さらに、第二の格子定数を有する全体が緩和又は疑似緩和された層とを有し、そして、バッファ層を含まないことを特徴とするウエハ。
37. 前記支持基板内に摂動領域をさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載のウエハ。
38. 脆弱領域をさらに含むことを特徴とする請求項３６又は３７いずれかに記載のウエハ。
39. 請求項３６乃至３８いずれかに記載のウエハと受け取り基板を備える構造。

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