JP2007526646A - スマートカット（登録商標）剥離後の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ドナー基板（１０）から採取した、半導体材料の中から選択した材料からなる層（１）を含む構造（３０）の形成方法に関し、この方法は、（ａ）ドナー基板（１０）内の採取層（１）の厚さに近い深さのところに脆化ゾーン（４）を形成するために核種を注入するステップと、（ｂ）受容基板（２０）にドナー基板を接着するステップと、（ｃ）脆化ゾーン（４）でドナー基板（１０）から採取層（１）を切り離すために熱エネルギーを供給するステップと、（ｄ）採取層（１）の処理ステップとを含み、ステップ（ｄ）は、採取層（１）が依然としてドナー基板の残りの部分（１０’）と接触し続けているのにも関わらず実施される採取層（１）の修復操作を含み、この修復操作が、ドナー基板の残りの部分（１０’）と採取層（１）との再接着温度より低い温度の熱処理によって実施されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ドナー基板から採取された、半導体材料からなる層を含む構造の形成方法に関し、この方法は以下の連続するステップ：
（ａ）ドナー基板内の所定の深さのところに脆化ゾーンを形成するために核種を注入するステップ、
（ｂ）受容基板にドナー基板を接着するステップ、
（ｃ）脆化ゾーンで採取層をドナー基板から剥離、または切り離すためにエネルギーを供給するステップ、
（ｄ）採取層の処理ステップ
を含む。

このタイプの層の採取はスマートカット（登録商標）とも呼ばれ、当業者にとって周知である。特に、たとえばＪｅａｎ−Ｐｉｅｒｒｅ Ｃｏｌｉｎｇｅ著「Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｏｏｌｓ ＶＬＳＩ、第二版（「Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ」出版）」の５０〜５１ページの抜粋のような、既に発行された多数の文献で詳細をみることができる。

受容基板の（採取層の）接着ステップ（ｂ）は、ＳｉＯ₂などの誘電性材料からなる接着層を介して、通常、注入を受けたドナー基板の表面で行われる。

このようにして、ＳＯＩ（採取層がシリコンの場合）、ＳｉＧｅＯＩ（採取層がシリコンゲルマニウムの場合）、ｓＳＯＩ（採取層がひずみシリコンの場合）、ＳＧＯＩ（採取層が、ひずみＳｉ層をその上に保持する緩和ＳｉＧｅ層を含む場合）、またはＧｅＯＩ（採取層がゲルマニウムである場合）構造などの、絶縁体上の半導体構造を形成することができる。

一般に、ステップ（ｃ）の際、エネルギーは少なくとも部分的に熱として供給される。その場合、採取層が剥離するモーメントを決定するために考慮しなければならないのは、熱収支（熱処理温度／時間の組み合わせ）である。

採取層の剥離後、採取層の粗度が大きいことがあり、また、結晶品質が低下していることが一定して観察できるが、これは、特に、先に行われた注入ステップと剥離ステップのためである。

図１には、絶縁体上の半導体構造３０（電気絶縁層５を介して採取層１で被覆された受容基板２０からなる）が概略的に示されており、その半導体部分（すなわち採取層１）で、このような結晶品質の低下がみられる。

このように、採取層１が欠陥ゾーン１Ａを含み、この欠陥ゾーン１Ａに、結晶欠陥と表面の粗さとが存在することが観察できる。

欠陥ゾーンの厚さは、通常約１５０ｎｍである。

さらに、注入ステップが、採取層１において結晶品質の低下を引き起こした可能性がある。

欠陥ゾーンは、特に採取層に存在する欠陥のために、剥離後、完全に除去しなければならない。

そのため、剥離後に実施される仕上げ操作の際にこれらの欠陥を完全に除去するために、より厚い層を採取することが通常行われている。例として、厚さ５００オングストロームの採取層を含む構造を形成するには、２０００〜２５００オングストロームを転移させ、そして、たとえば、研磨、選択的エッチング、または犠牲酸化により、１５００〜２０００オングストロームを除去することが必要になる。

従って、採取層１の処理ステップ（ｄ）は、通常、この欠陥ゾーン１Ａを除去し、そうすることにより採取層１の正常ゾーン１Ｂの少なくとも一部を得るために実施される。

通常、まず、欠陥ゾーン１Ａを酸化させてから、フッ化水素酸ＨＦを用いた化学エッチングにより欠陥ゾーンを除去（いわゆる「犠牲酸化」処理を実施）し、その後、たとえば機械研磨または機械化学研磨で仕上げる。

このような採取層１の処理ステップ（ｄ）は、このように複雑で、経済的な観点からも高価である。

さらに、これらの処理手段を実施するには、採取層１の表面に接近できるようにドナー基板の陰性を徹底的に除去する必要があり、従って、基板を炉から取り出す必要があるが（ステップ（ｃ）の熱処理は、この炉で行われる）、これは、時間の損失であり、基板の追加操作が必要である上、適切な機材を使用しなければならない。

仏国特許出願公開第２８４２３４９号明細書は、ＳｉＧｅからなる採取層の、欠陥ゾーン１Ａとなるところとその下の正常ゾーン１Ｂとなるところとの間に、Ｓｉからなる停止層を入れて、二重の選択的エッチング（欠陥ゾーン１Ａと停止層）を行うことにより、ステップ（ｄ）の際に実施される仕上げ操作を改善することで、上記の問題の解決を試みており、これにより、ＳｉＧｅの正常ゾーン１Ｂの表面で、粗度（それらの最大値（「ｐｅａｋｓ ｔｏ ｖａｌｌｅｙｓ」）と二乗値（ＲＭＳ（オングストローム））によって測定される粗度が実質的に減少する。

しかしながら、選択的エッチングは決して完全ではなく、第一の化学エッチングの最前部が欠陥ゾーン１Ａと停止層との間の境界面に達しても粗さは残り、従って、この化学エッチングは停止層の表面で不均衡に行われる。ところで、停止層は一般に厚さが非常に薄いので、第一の選択的エッチングが停止層を貫通し、その後、下の正常ゾーン１Ｂを著しく腐食し始めることがある。上記の明細書においても、選択的エッチングの前に研磨を行うことが同様に提案され、こうした潜在的な問題の一部を解決しようとしている。しかし、研磨と選択的エッチングとの組み合わせにより、これらの操作はずっと複雑化し、時間が長くかかる上、経済コストは必ずしも採算が合うとは限らない。

仏国特許出願公開第２８４２３５０号明細書では、採取層１は、ひずみＳｉからなる正常ゾーン１Ｂと、ＳｉＧｅからなる欠陥ゾーン１Ａとから構成され、この欠陥ゾーンが、正常ゾーン１Ｂに対して選択的に除去される。ここでは、エッチングの最前部が正常ゾーン１Ｂに達したときに上記と同じ問題が見られ、正常ゾーンの表面のエッチングは不均衡に行われる。

さらに、複数の核種の注入（一般にヘリウム注入および水素注入）により注入ステップ（ａ）を実施することも同様に提案する旨が記載されている。以下、このタイプの注入を共注入と呼ぶ。

実際、共注入の実施により、使用する核種の全体分量を、単一核種の注入時に使用される分量より少なくすることができる。そのため、共注入時の全体分量は通常、単一核種注入時の分量の１／３である。

注入する全体分量をこのように減らすことにより、欠陥ゾーンの厚みが薄くなり、特に、剥離後に実施される仕上げ処理を軽減もしくは簡素化することができる。
仏国特許出願公開第２８４２３４９号明細書 仏国特許出願公開第２８４２３５０号明細書

しかしながら、本出願人が、２００４年９月２１日に出願したＰＣＴ／ＩＢ２００４／００３３００号（未公開、内容は、２００５年３月１日にＩＰ．ｃｏｍサイトで整理番号ＩＰＣＯＭ００００８３３３３Ｄとしてオンライン公開されている）においてＳｉ層における共注入と関連して明記しているように、粗度を最小化することを可能にする共注入パラメータにより一定の欠陥が形成され（接着界面における空隙または採取層内の結晶欠陥など）、また逆に、前記欠陥の形成を最小化することを可能にする共注入パラメータにより粗度が増す。言い換えると、粗度とこれらの欠陥形成との妥協を図らなければならず、したがって、共注入を用いることはそれ自体としては欠陥の存在と表面の粗度とに関する上記の問題をうまく解決しえない。

本発明は、第一の態様によれば、ドナー基板から採取した、半導体材料の中から選択した材料からなる層を含む構造の形成方法を提案することにより、これらの問題を解決しようとするものであり、この方法は、
（ａ）ドナー基板内の、採取層の厚さに近い深さのところに、脆化ゾーンを形成するために核種を注入するステップと、
（ｂ）受容基板にドナー基板を接着するステップと、
（ｃ）脆化ゾーンでドナー基板から採取層を切り離すために熱エネルギーを供給するステップと、
（ｄ）採取層の処理ステップとを含み、
ステップ（ｄ）が、採取層が依然としてドナー基板の残りの部分と接触し続けているのにも関わらず実施される採取層の修復操作を含み、この修復操作が、ドナー基板の残りの部分と採取層との再接着温度より低い温度での熱処理により実施されることを特徴とする。

本発明の他の特徴は、次の通りである。
−前記再接着温度が約８００℃である。
−ステップ（ｃ）が、３００℃〜５５０℃の温度で実施される。
−修復温度が３５０℃〜８００℃である。
−修復温度が５５０℃〜８００℃である。
−修復操作が、ＡｒまたはＮ₂雰囲気等の不活性雰囲気で行われる。
−修復操作が酸化雰囲気で行われる。
−ステップ（ｄ）の修復操作が、ステップ（ｃ）から連続して同じ炉で実施される。
−ステップ（ｄ）の修復操作が、ステップ（ｃ）の切り離し温度から、選択した修復温度への、簡単な温度変化を含む。
−ステップ（ｃ）が、約３０分間から約２時間に及びうる時間中、約５００℃で実施される。
−ステップ（ａ）が、水素またはヘリウムの単一注入を含む。
−ステップ（ａ）が、水素とヘリウムとの共注入を含む。
−ステップ（ｄ）の修復操作が、ほぼ５７５℃〜６２５℃の温度の熱処理により実施される。
−ドナー基板がＳｉＧｅ層を含んでおり、ステップ（ａ）が、前記ＳｉＧｅ層に脆化ゾーンを形成させるのに適した、またヘリウム濃度のピークをドナー基板内の水素拡散ゾーンよりも深く、脆化ゾーンよりも深いところに配置するのに適した条件に従った共注入によって実施される。
−修復熱処理が、３０分から四時間の時間中、実施される。
−採取層とドナー基板の残りの部分との接触をやめさせることができるステップが、ステップ（ｄ）の修復操作後に実施され、場合によっては、その後に、ＣＭＰ、化学エッチング、犠牲酸化、熱アニーリングの少なくとも一つの操作を含む、ステップ（ｄ）に含まれる仕上げ操作が行われる。
−採取層が、０＜ｘ≦１であるＳｉ_1-xＧｅ_xからなる。
−採取層が、ｘ≠０であるＳｉ_1-xＧｅ_xと選択的エッチングの停止層とを含み、ステップ（ｄ）が、修復操作の後で、採取層（１）とドナー基板の残りの部分（１０’）との接触をやめさせてから実施される、選択的なエッチングを含む。
−ドナー基板が、バルクＳｉからなる支持板と、ＳｉＧｅからなるバッファ構造と、Ｓｉ_1-xＧｅ_x（ｘ≠０）を含む上層とを有し、受容基板がバルクＳｉである。
−この方法は、さらに、ステップ（ｂ）の前に、ドナー基板および／または受容基板に接着層を形成するステップを含み、接着層が、たとえばＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、またはＳｉ_xＯ_yＮ_z等の電気絶縁材料からなる。

第二の態様によれば、本発明は、前記構造の形成方法を絶縁体上の半導体構造の形成に適用することを提案する。

第三の態様によれば、本発明は、ステップにおける修復操作後、採取層とドナー基板の残りの部分との接触をやめさせた後で得られる、粗度のＲＭＳが４０Å未満の絶縁体上の半導体構造を提案する。

本発明の他の特徴、目的、および利点は、添付図面に関して限定的でない例として挙げた本発明の好適な実施方法についての以下の詳細な説明を読むことで、いっそう明らかになるであろう。
−図１は、従来技術によるスマートカット（登録商標）方法の実施後に得られる絶縁体上の半導体構造を概略的に示す断面図である。
−図２は、本発明による方法の実施後に得られる絶縁体上の半導体構造の、出願人によるＴＥＭ撮影の断面図である。
−図３ａ〜３ｆは、スマートカット（登録商標）により採取した層を含む構造を形成するための、本発明による一つの方法の各ステップの概略図である。
−図４は、図３ａ〜３ｆに示した本発明の方法による、採取層の切り離しステップと修復操作時とで用いた熱処理温度の、第一の経時的な変化を示すグラフである。
−図５は、図３ａ〜３ｆに示した本発明の方法による、採取層の切り離しステップと修復操作時とで用いた熱処理温度の、第二の経時的な変化を示すグラフである。
−図６ａ、６ｂおよび６ｃは、Ｈｅ／Ｈの共注入を実施したＳｉドナー基板のＴＥＭ撮影図である。
−図７、８、および９は、特にＳｉおよびＳｉＧｅを含む採取層をそれぞれ備えた構造の粗度の測定結果を示すグラフである。
−図１０は、特に、ＳｉおよびＳｉＧｅを含む採取層をそれぞれ備えた構造の欠陥を数量化した結果を示すグラフである。

本発明の第一の目的は、スマートカット（登録商標）により採取した層の処理手段の時間、経済的なコスト、および数を減らすことにある。

本発明の第二の目的は、スマートカット（登録商標）により採取した層の処理時に除去される材料の量を減らすことにある。

本発明の第三の目的は、従来技術と比べて採取層の結晶品質を改善することからなる。

本発明の第四の目的は、スマートカット（登録商標）による採取方法全体に容易に組み込まれる、スマートカット（登録商標）により採取した層の簡単な処理方法を提案することにある。

本発明の第五の目的は、採取層の特性を実質的にそれほど損なうことなく不活性雰囲気でも酸化雰囲気でも採取層の修復熱処理を実施する手段を見出すことにある。

本発明の第六の目的は、優れた結晶品質をもち、有用な層の厚さをごく薄くすることができる絶縁体上の半導体構造を実現することにある。

本発明の第七の目的は、半導体部分としてＳｉＧｅまたはＧｅを含む、絶縁体上の半導体構造を実現することにある。

本発明の第八の目的は、欠陥ゾーンの厚さを薄くし、欠陥の存在を制限し、表面の粗度を最小化することを同時に可能にする、剥離パラメータ（注入パラメータ、エネルギー供給パラメータ）を決定することにある。

以下、本発明による方法の実施例と、本発明による適用例とを、材料、つまりタイプＩＶ合金、特にＳｉ_1-xＧｅ_x（ｘ≠０）からなる、スマートカット（登録商標）により採取した層に基づいて説明する。

図３ａ〜３ｆには、本発明に従った、Ｓｉ_1-xＧｅ_x層（ｘ≠０）をドナー基板から受容基板に転移させるための第一の採取方法が示されている。

図３ａには、採取するＳｉ_1-xＧｅ_x層（図示せず）を含むドナー基板１０が示されている。

通常、Ｓｉ_1-xＧｅ_xを含むドナー基板１０は、Ｓｉバルク板を有し、この板の上に、さまざまな層からなるＳｉＧｅバッファ構造（図示せず）が形成され、このバッファ構造では、Ｓｉバルク板での０％から、上方のＳｉ_1-xＧｅ_x層との境界面での約１００％に至るまで、Ｇｅ成分の濃度が徐々に増加している。

もちろん、ドナー基板１０は、緩和または非緩和Ｓｉ_1-xＧｅ_x層をその上部に有する、他のあらゆる構成にすることができる。

任意選択に、結晶成長（たとえばＣＶＤ）によりＳｉ_1-xＧｅ_x層の上にひずみＳｉ層が形成される。

図３ｂでは、脆化ゾーン４が、ドナー基板１０の、Ｓｉ_1-xＧｅ_xからなる上方部に形成されている。

この脆化ゾーン４は、好適には核種注入により形成され、その分量、種類、およびエネルギーを特に選択することにより、注入深度と脆化度とを決定する。

核種の注入は、たとえば、水素、ヘリウム、または希ガスの単一注入（すなわち主に単一核種の注入）などとすることができる。

核種の注入は、たとえば、ヘリウムを注入してから水素を注入する（またはその逆）等の、核種の共注入（すなわち主に二種類の核種の注入）などとすることができる。

共注入の場合、出願人は、脆化ゾーン４が概して単一注入の場合よりも薄いことに気づいた。

注入深度は、採取層１の所望の厚さに近いか、またはこの厚さを上回るように選択される。

そのため、エネルギー２０〜６０ｋｅＶで約６×１０¹⁶／ｃｍ²の水素を単一注入する場合、約３００〜６００ナノメータの注入深度が得られる。

また、エネルギー５０〜９０ｋｅＶで約０．９×１０¹⁶／ｃｍ²のヘリウムと、エネルギー２０〜６０ｋｅＶで１０¹⁶／ｃｍ²の水素とを共注入する場合、約３００〜６００ナノメータの注入深度が得られる。

ここで、共注入の一つの長所が分かる。単一種の注入時に使用すべき分量よりも共注入時の核種の全体分量が少ないことによって、共注入では薄い層を採取することができる。従って、共注入の全体分量は、一般に、単一種の注入分量の１／３である。

図３ｃでは、受容基板２０と、ドナー基板１０の共注入された側とを接着するステップが実施されている。

受容基板２０は、バルクＳｉとすることができる。

注入ステップの前に、貼り合わされる各面の一方および／または他方にＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓｉ_xＯ_yＮ_zの層のような、接着層を形成することが可能である。

こうした一つまたは複数の接着層がＳｉＯ₂の場合、熱酸化またはＳｉＯ₂の溶着によりそれらを形成することが可能である。

熱酸化では、大半の場合においてＳｉの酸化が実施されるため、受容基板２０の熱酸化が通常好ましい。

ドナー基板１０の熱酸化は、Ｓｉ_1-xＧｅ_xからなる採取層１で実施可能である。

受容基板２０とドナー基板１０とを接触させる前に、場合によっては、ＳＣ１およびＳＣ２溶液、オゾン溶液等による周知の表面洗浄技術および表面処理技術を用いて、接着面の処理を実施してもよい。

第一に、二つの接着面がそれぞれ備える親水性を考慮した分子接着による接着を実施することが可能である。

第二に、特に一つまたは複数の接着層がドナー基板１０と受容基板２０との間に挿入されている場合、場合によっては、後述する修復操作の後で熱処理を実施し、特に共有結合を生じさせることによって、接着をいっそう強化する。

本発明の範囲内で使用可能な接着方法の詳細については、特に、Ｋ−Ｙ．ＴｏｎｇおよびＵ．Ｇｏｓｅｌｅ著「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｗａｆｅｒ ｂｏｎｄｉｎｇ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（Ｗｉｌｅｙ ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎ’ｓ，Ｉｎｃ．）を参照することができる。

図３ｄ、３ｅには、採取層１の切り離しステップと修復ステップとがそれぞれ示されている。

図３ｄにおいて、切り離しステップは、脆化ゾーン４の弱い結合を破壊して採取層１をドナー基板の残りの部分１０’から切り離すのに十分な、熱エネルギーおよび／または機械エネルギーの供給により行われる。その場合、熱エネルギーの供給は、たとえば、脆化ゾーン４で、そこに閉じ込められたガス種に、機械的な作用を要することなく弱い結合を切断する熱作用を発生させるのに十分なものとする。

切り離しは、温度が低いか高いかに応じてそれぞれ長時間または短時間にわたり、約３００℃〜約５５０℃の温度で実現可能である。たとえば、Ｓｉ_1-xＧｅ_xからなる採取層に対して、１５〜３０分から２時間に及ぶ時間中、約５００℃の温度で熱処理を実施することができる。

採取層１をドナー基板の残りの部分１０’から切り離すこのような操作を熱処理だけで行うと、採取層とドナー基板の残りの部分１０’との接触をやめさせることなく採取層１を切り離すことができる（図３ｄ参照）。

その場合、（切り離し熱処理が行われた）炉から必ずしも基板を出さなくても、また、追加操作をしなくても、直接切り離し後に修復熱処理を行うことができる。

さらに、ドナー基板の残りの部分１０’は、場合によってはもたらされる汚染物質、酸化剤、または他の核種から採取層１を保護するので、さまざまな雰囲気で修復操作を実施することができる。

このようにして、本発明によるこの方法の範囲内では、図３ｅに示すように、採取層１がドナー基板の残りの部分１０’と再接着（または再結合）する再接着温度より低く選択される温度Ｔ₂での熱処理により修復操作を実施する。

有利には、再接着温度は、ここでは、本発明の範囲内で、また出願人が実施した複数の実験に基づくと、約８００℃に等しい。

この採取層１の修復熱処理は、わずかに酸素が存在する不活性雰囲気または十分に酸素が存在する不活性雰囲気（ＡｒまたはＮ₂雰囲気など）で実施される。

任意選択で、温度Ｔ₂は、基板１０、２０が結合ステップのときにおかれた温度Ｔ₁よりも高くしてもよい。

従って、温度Ｔ₂は、たとえば３５０℃〜８００℃とすることができ、３０分間から４時間の間保持される。

より特定的に、温度Ｔ₂は、５５０℃〜８００℃とすることができる。

図４、５には、本発明による、採取層１の結合段階と修復段階で考えられる温度変化の例が示さている。

かくして、図４では、約５００℃で第一の水平部に達し、約３０分間この温度を保持して最終的に切り離しを実施し（矢印１０００の位置）、次いで約６００℃に温度を上げて、本発明による修復操作を行う（一定温度部分２０００）。その場合、修復操作は、３０分から２時間続くことがある。

修復温度は、このように、たとえば３０〜６０分間保持することが可能である。

図５において、ここでは切り離しは温度の一定部分では行われず、温度上昇時に実施され（たとえば図の約５００℃の矢印１０００の位置で）、その後、約６００℃で修復温度の一定部分２０００に達する。

意外にも出願人はこのことから、採取層１のこのような修復操作を実施することによって、採取層において、
−注入時（図３ｂ参照）および切り離し時（図３ｄ参照）に損傷した部分の結晶品質の改善、
−特に高い頻度の粗度（ＨＦ粗度）について滑らかな面
が得られることに気づいた。

図３ｆにおいて、修復した採取層１’と接触するドナー基板の残りの部分１０’を除去して、最終的に、Ｓｉ_1-xＧｅ_xからなる修復した採取層１’と受容基板２０とを含む構造３０を得る。この構造３０は、犠牲酸化による中間操作を行うことなく、すなわち採取層１の一部を大きく失うことなく、結晶品質が改善され、粗度が減少している。

場合によっては、ＣＭＰ、研磨、または化学エッチング等の仕上げステップを実施して、採取層１’の表面に残っているわずかな粗さや小さな結晶欠陥を除去することができる。

任意選択として、弾性ひずみを備えられるように、Ｓｉ_1-xＧｅ_x層上にＳｉ層をエピタキシー処理してもよい。

本発明による特定の事例では、ひずみＳｉ層は採取前に、Ｓｉ_1-xＧｅ_x層上に形成された。構造３０は、この場合、ひずみＳｉ層を有する採取層１’を含み、ひずみＳｉ層の上にＳｉ_1-xＧｅ_x層が配置される。

場合によっては、（たとえばＨＦ：Ｈ₂Ｏ₂：ＣＨ₃ＣＯＯＨを用いた選択的エッチングによって）Ｓｉ_1-xＧｅ_x層を除去し、最終的なｓＳＯＩ構造を得る。

本発明による別の特定の事例では、Ｓｉ_1-xＧｅ_xからなる採取層１が、（採取前に採取層に形成される）Ｓｉ_1-yＧｅ_y層（ｙ∈［０；１］、ｙ≠ｘ）のような一つまたは複数の停止層を含み、有利には、仏国特許出願公開第２８４２３４９号明細書、仏国特許出願公開第２８４２３５０号明細書に特に開示されているように、周知の解決方法を用いて（研磨を伴うまたは研磨を伴わない）少なくとも一つの選択的エッチングを実施することができ、特に高性能の仕上げステップを行うことができる。

このＳｉ_1-yＧｅ_y層は、たとえば、隣接するＳｉ_1-xＧｅ_x層により弾性ひずみを与えられたひずみＳｉ層とすることができる（ｙ＝０の場合）。

実際、前述の修復操作は、採取層１の表面の粗さと厚さの不均一性とを著しく低減させるので、選択的エッチングで見られうる欠点（本明細書の冒頭参照）を解消しながら、従来技術とほぼ同じ選択的エッチングを実施することが可能である。

図２には、６００℃での切り離し後の修復熱処理の後出願人が得た、２０％のＧｅを含むＳＧＯＩ構造３０（ＴＥＭで撮影）が示されており、修復した採取層１’（ＳｉＯ₂層５を覆う）は、図１の絶縁体上の半導体構造の採取層に比べて結晶欠陥がほとんどなく、粗度が非常に小さい。

特に、図１の採取層１の欠陥ゾーン１Ａの厚さと、図２の修復した採取層１’の該ゾーンの厚さとが大きく違うことが分かる。

同様に、図１と２の採取層１の厚さが同じでも、正常ゾーン１Ｂの割合は、従来技術の絶縁体上の半導体構造よりも本発明により得られたＳＧＯＩの方がずっと多い。

欠陥ゾーン１Ａの厚さの減少は、核種の共注入で脆化ゾーンを形成する場合に特に観察されることに留意されたい。

これは、先に述べたように、主に、共注入された核種の分量全体が、単一核種を注入するときに注入すべき分量よりもずっと少ないことによる。

そのため、共注入は、単一核種の注入に比べて、欠陥ゾーンの厚さを低減し、それによって特に切り離し後に実施される仕上げ処理を少なくし、あるいは簡素化できるという長所を有する。

２０％のＧｅを含むＳＧＯＩ構造の粗度を出願人が測定した結果を下表に示した。これらの測定は、単一注入または共注入に続いて３０分間５００℃で切り離しを行い、５００℃または６００℃で修復処理を行った直後に実施したものである。

粗度は、原子力間顕微鏡ＡＦＭを用いて、１０×１０μｍ²の表面の走査により測定し、ＲＭＳ値と「Ｐｅａｋ ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ」（ＰＶ）値とで表した。
出願人が結果を有効化するのに十分な測定数を実施したということに留意されたい。

この表から分かるのは、表に示されている全ての事例において（単一種の注入または複数種の共注入）、６００℃での修復が、単一種の注入後の切り離し温度（約５００℃）で実施した修復処理に対して、平均値（ＲＭＳ）でも最大値（ＰＶ）でも粗度を約三分の一近く減少させているということであり、粗度のＲＭＳは４０Å未満になり、さらに共注入の場合はＲＭＳが３５Å未満になり、ＰＶは２７５Å未満になっている。

出願人は、このように、採取層１に修復処理を行った場合、粗度が著しく減少することを証明した。

この表からはまた、単一注入の場合よりも共注入の場合に粗度が小さいことが分かる。

ｓＳＩ構造（Ｇｅを２０％含むＳｉＧｅ層にひずみＳｉ層を溶着させたもの）について出願人が実施した他の粗度測定結果を以下に記載する。これらの結果は、特に、切り離しパラメータの幾つか、とりわけ、共注入のさまざまなパラメータに関与する。

以下、スマートカット（登録商標）タイプの層採取方法でドナー基板から採取したＳｉ層を含む構造の形成時に生じる諸問題について説明する。これらの問題は、先に述べた、出願人によるＰＣＴ国際出願に記載されており、２００５年３月１日以降、整理番号ＩＰＣＯＭ００００８３３３３Ｄによりその内容が一般公開されている。

共注入を用いると、確かに、接着界面に空隙が形成され、採取層内に欠陥が生じることがある。

接着する基板の一方および／または他方に粒子または有機物質が存在すると、接着界面の一部のゾーンにおいて十分な接着の実施が阻害されることがある。その場合、注入された核種は、接着が弱い接着界面ゾーンで拡散し、接着界面で空隙（英語系の専門用語では「ｂｌｉｓｔｅｒｓ」）を形成することがある。

さらに、接着のエネルギーは、局部的に、ドナー基板の切り離しを可能にするのに不十分な場合がある。そのため、採取層の一部のゾーンを受容基板に移すことができない（これらのゾーンは、一般に「非転移ゾーン」またはＺＮＴと呼ばれる）。

さらに、用いる共注入条件によっては、欠陥ゾーンを超えて採取層内にナノ空洞（直径が数ナノメータである）タイプの結晶欠陥が観察されることがある。これらの欠陥は、注入中に移動したシリコン原子またはゲルマニウム原子の凝集によって発生しうる。特に、ヘリウムを水素とほぼ同じ深さで注入すると、こうしたナノ空洞タイプの欠陥が採取層内に観察される（欠陥ゾーンを超えてはいるが、欠陥ゾーン内に存在する欠陥と同程度に望ましくない）。こうした欠陥が現れると、切り離し後に必要以上の厚さの材料を除去する必要が生じ、従って、いっそう厚い層を採取しなければならなくなる。

そのため、ＴＥＭ撮影で得られた図６ａ、６ｂ、６ｃでは、切り離し熱処理による層の採取のために、Ｓｉからなるドナー基板にヘリウムと水素を共注入したところを示した。

例えば、図６ａは、ヘリウムと水素が共注入された（矢印参照）、Ｓｉからなるドナー基板のＴＥＭ撮影の図である。この図６ａでは、ドナー基板内におけるこれらの核種の分布が分かる（濃い点）。

受容基板への接着後、熱処理により、脆化ゾーンでの切り離しを行う（図６ｂ参照）。一方、図６ｃは、切り離し後、受容基板に転移された採取層を示す（図２と逆向きの図）。図６ｃでは、表面付近の欠陥ゾーンと、採取層内の欠陥の存在（濃い点）とを観察することができる。

注入された各核種は、核種が主に集中していて最大濃度ピークがある拡散ゾーンを示す分布特性に従って、ドナー基板内に分布する。より正確には、この分布は、（核種が主に分布し、たとえば注入核種の７０％がみられる前記拡散ゾーンを画定する）標準偏差と、特に注入エネルギーに依存する最大濃度ピークとを示す、準ガウス分布である。

ヘリウム原子は水素原子よりも母材Ｓｉに拡散しやすい。そのため、接着界面付近にヘリウムが注入されると、空隙および欠陥ゾーンを超えた結晶欠陥とが形成されるリスクが高まる。この問題を解決するための方法は、水素よりもヘリウムを深く注入し、注入された水素を含むゾーンがヘリウムの拡散を阻止できるようにすることからなる。より正確には、共注入パラメータを制御して、ヘリウムのピークを水素の拡散ゾーンよりも深いところに配置させることが重要である。

しかしながら、切り離し後の粗度の傾向は同じではなく、ヘリウムを水素よりも深く注入すると粗度が増す傾向にあることが明らかになっている。これは、注入条件（すなわち注入分量と注入エネルギー）では、粗度と、空隙および欠陥ゾーンを越えた結晶欠陥の形成とを独立して制御できないことを意味する。そのため、空隙および欠陥の形成を制限するのに最適なパラメータと、表面の粗度を制限するのに最適なパラメータとを妥協させることが必要である。

この問題を解決することができる一つの解決方法は、２００５年３月１日からその内容が一般公開されている上記のＰＣＴ国際特許出願で本出願人が既に提案している。概して、この解決方法は、注入されたドナー基板内でのヘリウムのピークと水素のピークとの相対的な位置を正確に制御し（ヘリウムのピークは、脆化ゾーンの、水素の拡散ゾーンよりも深いところに配置される）、同時に、各核種の分量を制御することからなる（ヘリウムの分量は全体分量の約４０％から６０％とする）。上記のパラメータに従って注入ステップを共注入によって実施することにより、粗度と欠陥形成とをうまく妥協させることができる。

出願人が、Ｇｅを含む層（一般にＧｅを１５％超含むＳｉＧｅ層）での切り離しについて実施した数々の実験では、粗度と、空隙および欠陥ゾーンを越える結晶欠陥の形成とに関して、意外な結果が得られた。

本発明による方法で考えられる実施形態は、
−ヘリウムと水素の濃度ピークをずらして配置し、特に、ヘリウムのピークを水素の拡散ゾーンよりも深いところに配置するのに適し、また一方でヘリウムのピークを脆化ゾーンよりも深いところに配置するのに適した注入パラメータに従って、一般にヘリウムと水素をＳｉＧｅ層に共注入し、
−３０分から四時間、たとえば約一時間にわたって保持することが可能な、約６００℃（±２５℃）の温度で、切り離し後の修復熱処理を実施することからなる。

一般に、注入パラメータは、水素のピークよりも約１．２倍深いところにヘリウムのピークを「配置する」ように調整される。例として、本願で説明した注入分量と注入エネルギーの条件では、水素のピークから５００オングストローム超離れたところにヘリウムのピークを配置することになる。

ヘリウムの分量は、全体分量（水素＋ヘリウム）の３０％〜７０％であり、好適には全体分量の４０％〜６０％である。全体分量は、一般に、限定的ではないが１０¹⁶原子／ｃｍ²である。

このような実施形態により、粗度（特に高い頻度の粗度）を著しく減少させることができ、さらに、ヘリウムの注入深度に関わらず粗度が小さくなる。そのため、この実施形態においては、ヘリウムを水素よりも深く注入することができ、それによって、空隙と採取層内の欠陥ゾーンを越える結晶欠陥との形成を制限することができ、転移した層におけるヘリウムの拡散は、水素の拡散ゾーンにより阻止される。

その結果、この実施形態の範囲内では、切り離し後の粗度と、空隙タイプの欠陥の数および採取層内に存在する欠陥の数とを、同時に最小化することができる。これにより、採取する全体の厚みをより薄くすることができるので、切り離し後の仕上げ操作（研磨、選択的エッチング、犠牲酸化など）を軽減し、あるいは少なくとも簡素化することが可能になる。特に、厚さ５００オングストロームの採取層を含む構造を形成する場合、厚さ１５００オングストロームだけを採取すればよいので、除去するゾーンの厚さを約１０００オングストロームに減らすことができる。

図７から９に、ＳＯＩ構造と、Ｇｅを２０％含むＳＧＯＩ構造の、切り離し後の粗度の測定結果を示した。

これらの測定は、水素の単一注入（図ではＨｏｎｌｙと示す）またはヘリウムと水素の共注入（図ではＣｏＩと示す）後に切り離しを行い、５００℃または６００℃で一時間にわたり修復処理を実施した直後に行った。

より正確には、切り離し段階および修復段階の際の温度変化は次の通りである：約一時間にわたって３５０℃で一定に保持し、その後、５℃／分の勾配で温度上昇させ、それぞれ５００℃および６００℃で約一時間（修復を実施するために）一定に保持する。

図７と８は、原子力間顕微鏡ＡＦＭを用いて２×２μｍ²の表面と１０×１０μｍ²の表面とをそれぞれ走査して実施した高い頻度の粗度の測定結果を示す。図９は、Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ社のＤｅｋｔａｋ（登録商標）測定器による表面形状測定により実施した低い頻度の粗度の測定結果を示す。

図７〜９の各図では、左側では平均値（ＲＭＳ）、右側では最大値（ＰＶ）で、粗度測定の結果を示した。

これらの図では、Ｓｉ層およびＳｉＧｅ層への注入後に実施した測定の結果を示した（図７を参照すると、ＳｉおよびＳｉＧｅにそれぞれ関する縦棒が明確に区別されている）。

Ｓｉに関しては、Ｈｅ／Ｈ共注入を行った二つの基板について調査した。共注入パラメータは、次の通りである。
Ｈ：３０ｋｅＶ−１×１０¹⁶／ｃｍ²
Ｈｅ：５２または６０ｋｅＶ−１×１０¹⁶／ｃｍ²

ＳｉＧｅに関しては、五つの基板、すなわちＨだけを注入した一つの基板（Ｈ：３０ｋｅＶ，６×１０¹⁶／ｃｍ²）と、以下のパラメータに従ってＨｅ／Ｈ共注入を行った他の四つの基板について調査した。
Ｈ：３０ｋｅＶ−１×１０¹⁶／ｃｍ²
Ｈｅ：４８、５２、５６または６０ｋｅＶ−１×１０¹⁶／ｃｍ²

図７から、高い頻度の粗度について、Ｈだけの注入に比べてＨｅ／Ｈの共注入に関する非常に有効な利点を確認することができる（５００℃もしくは６００℃のいずれの修復処理の後に行われた場合であっても）。

しかしながら、６００℃での高温処理の場合、Ｈの単一注入と共注入とを含む全ての変形実施例について、粗度は著しく減少する（通常半分超）。また、これらの粗度の値は、共注入が実施されるときによりいっそう小さいことが分かる。

一方、５００℃での処理の場合は、（Ｓｉで観察されたのと同様に）ヘリウムのピークが脆化ゾーンよりも深いところに配置されるとき（通常、ここではヘリウム注入エネルギーが５６ＫｅＶを超えるとき）に粗度が増加する傾向が見られる。

それに対して、６００℃での高温処理では、脆化ゾーンよりも深いところにヘリウムを注入しても粗度はほとんど変わらない。ここでは、５００℃における処理時にシリコンならびにＳｉＧｅで観察された振舞いとは異なり、意外な振舞いが観察される。

図８、９に示した結果は、この観察を裏付けるものである。

これまで出願人が確認した現象は、Ｓｉ層での切り離しにおいて、ヘリウムの注入エネルギーを増加する（ヘリウムピークは脆化ゾーンよりいっそう深いところにずらして配置される）と粗度が増すという現象であったので、６００℃で修復処理をしたときの共注入の振舞いは意外であった。

そして、切り離し後の表面の平滑化現象は、修復処理の温度に関係するだけでなく、ドナー基板に存在する材料の種類にも関係する。実施した実験では、相違点は、ＳｉＧｅからなる基板におけるＧｅの存在にあり、もちろん、Ｓｉからなる基板にはＧｅは存在しない。

図１０は、出願人が、さまざまな転移層に存在する欠陥（ＺＮＴタイプ、空隙）の数を確認することを目的として実施した測定結果を示す。

（斜入射光による）肉眼での観察により、ＺＮＴタイプまたは空隙の欠陥を検出することができる。ここでは、欠陥の数（ＺＮＴ＋空隙）の和が、注入に関連し切り離し後に観察される特定の欠陥を表すものとみなす。

Ｈｅ：４８ｋｅＶ、Ｈｅ：５２ｋｅＶの二つの変形実施例、すなわち、ヘリウムの分布特性が水素の分布特性と重なっているかまたはほぼ重なっている（ヘリウムのピークが水素の拡散ゾーンの「内部」にある）変形実施例で、多数の欠陥が確認された。

それに対して、Ｈｅ：５６ｋｅＶ、Ｈｅ：６０ｋｅＶの変形実施例、すなわち、ヘリウムの分布特性のピークが水素の拡散ゾーンよりも深いところに配置される変形実施例で確認された欠陥の数は少なかった。換言すれば、空隙タイプの欠陥は、ヘリウムの注入が深いとき最小になる（６００℃での修復の場合では、粗度は増加しない）。

もちろん、当業者は、他の材料に関する物理的特性および物理量を知っている限りにおいて、ここに示した本発明を、Ｓｉ_1-xＧｅ_x以外の材料に容易に置き換えることができる。

したがって、ＩＩＩ−ＶまたはＩＩ−ＶＩの材料からなる採取層に、本発明による方法を適合させることができる。

また、これらの材料全てを、少量（約５％）の炭素またはドーパントを含むものとすることも可能である。

従来技術によるスマートカット（登録商標）方法の実施後に得られる絶縁体上の半導体構造を概略的に示す断面図である。 本発明による方法を実施後に得られる絶縁体上の半導体構造の、出願人によるＴＥＭ撮影の断面図である。 スマートカット（登録商標）により採取した層を含む構造を形成するための、本発明による一つの方法の各ステップを概略的に示す図である。 図３ａ〜３ｆに示した本発明による方法による、採取層の切り離しステップと修復操作時とで用いた熱処理温度の、経時的な第一の変化を示すグラフである。 図３ａ〜３ｆに示した本発明による方法による、採取層の切り離しステップと修復操作時とで用いた熱処理温度の、経時的な第二の変化を示すグラフである。 Ｈｅ／Ｈの共注入を実施したＳｉドナー基板のＴＥＭ撮影図である。 特に、ＳｉおよびＳｉＧｅを含む採取層をそれぞれ備えた構造の粗度測定結果を示すグラフである。 特に、ＳｉおよびＳｉＧｅを含む採取層をそれぞれ備えた構造の粗度測定結果を示すグラフである。 特に、ＳｉおよびＳｉＧｅを含む採取層をそれぞれ備えた構造の粗度測定結果を示すグラフである。 特に、ＳｉおよびＳｉＧｅを含む採取層をそれぞれ備えた構造の欠陥を数量化した結果を示すグラフである。

符号の説明

１：採取層
１Ａ：欠陥ゾーン
１Ｂ：正常ゾーン
１０：ドナー基板
２０：受容基板
４：脆化ゾーン
５：電気絶縁層

Claims (25)

1. ドナー基板（１０）から採取した、半導体材料の中から選択した材料からなる層（１）を含む構造（３０）の形成方法であって、
   （ａ）ドナー基板（１０）内の、採取層（１）の厚さに近い深さのところに、脆化ゾーン（４）を形成するために核種を注入するステップと、
   （ｂ）受容基板（２０）にドナー基板を接着するステップと、
   （ｃ）脆化ゾーン（４）でドナー基板（１０）から採取層（１）を切り離すために熱エネルギーを供給するステップと、
   （ｄ）採取層（１）の処理ステップ
   とを含み、
   ステップ（ｄ）が、採取層（１）が依然としてドナー基板の残りの部分（１０’）と接触し続けているのにも関わらず実施される採取層（１）の修復操作を含み、この修復操作が、ドナー基板の残りの部分（１０’）と採取層（１）との再接着温度より低い温度での熱処理によって実施されることを特徴とする方法。
2. 前記再接着温度が約８００℃であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ステップ（ｃ）が、温度３００℃〜５５０℃で行われることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 修復温度が３５０℃〜８００℃であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
5. 修復温度が５５０℃〜８００℃であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一つに記載の方法。
6. 修復操作が、ＡｒまたはＮ₂雰囲気等の不活性雰囲気で行われることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一つに記載の方法。
7. 修復操作が酸化雰囲気で行われることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一つに記載の構造の形成方法。
8. ステップ（ｄ）の修復操作が、ステップ（ｃ）から連続して同じ炉で行われることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一つに記載の構造の形成方法。
9. ステップ（ｄ）の修復操作が、ステップ（ｃ）の切り離し温度から、選択した修復温度への、簡単な温度変化を含むことを特徴とする、請求項８に記載の構造の形成方法。
10. ステップ（ｃ）が、約３０分から約２時間に及びうる時間中、約５００℃で実施されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. ステップ（ａ）が、水素またはヘリウムの単一注入を含むことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一つに記載の構造の形成方法。
12. ステップ（ａ）が、水素とヘリウムとの共注入を含むことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一つに記載の構造の形成方法。
13. ステップ（ｄ）の修復操作が、ほぼ５７５℃〜６２５℃の温度の熱処理によって実施されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一つに記載の方法。
14. ドナー基板がＳｉＧｅ層を含んでおり、ステップ（ａ）が、前記ＳｉＧｅ層内に脆化ゾーンを形成させるのに適した、また、ヘリウム濃度のピークをドナー基板内の水素拡散ゾーンよりも深く、脆化ゾーンよりも深いところに配置するのに適した注入パラメータに従って実施されることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 修復熱処理が、３０分から四時間の間実施されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一つに記載の方法。
16. 採取層（１）とドナー基板の残りの部分（１０’）との接触をやめさせることができるステップが、ステップ（ｄ）の修復操作後に実施されることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一つに記載の方法。
17. 採取層（１）とドナー基板の残りの部分（１０’）との接触をやめさせた後で、ステップ（ｄ）が、さらに、ＣＭＰ、化学エッチング、犠牲酸化、熱アニーリングのうちの少なくとも一つの操作を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 採取層（１）が、０＜ｘ≦１であるＳｉ_1-xＧｅ_xからなることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一つに記載の方法。
19. 採取層（１）が、ひずみＳｉと、０＜ｘ≦１であるＳｉ_1-xＧｅ_xとからなることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一つに記載の方法。
20. Ｓｉ_1-xＧｅ_x層が、ステップ（ｄ）の後で、ひずみＳｉ層に対して選択的にエッチングされることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
21. 採取層（１）が、ｘ≠０であるＳｉ_1-xＧｅ_xと選択的エッチングの停止層とを含み、ステップ（ｄ）が、修復操作の後で、採取層（１）とドナー基板の残りの部分（１０’）との接触をやめさせてから実施される選択的エッチングを含むことを特徴とする、請求項１から２０のいずれか一つに記載の方法。
22. ドナー基板（１０）が、バルクＳｉからなる支持板と、ＳｉＧｅからなるバッファ構造と、Ｓｉ_1-xＧｅ_x（ｘ≠０）からなる上層とを有し、受容基板（２０）がバルクＳｉであることを特徴とする、請求項１から２１のいずれか一つに記載の方法。
23. さらに、ステップ（ｂ）の前に、ドナー基板（１０）および／または受容基板（２０）に接着層を形成するステップを含み、接着層が、たとえばＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、またはＳｉ_xＯ_yＮ_z等の電気絶縁材料からなることを特徴とする、請求項１から２２のいずれか一つに記載の方法。
24. 請求項２３に記載の方法を、絶縁体上の半導体構造形成へ適用する方法。
25. 請求項１から２３のいずれか一つに記載の方法のステップ（ｄ）の修復操作後、採取層（１）とドナー基板の残りの部分（１０’）との接触をやめさせた後で得られる、粗度のＲＭＳが４０Å未満の絶縁体上の半導体構造（３０）。

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