JP2010016390A - グレーデッドエピタキシャル成長を用いた半導体品の製造プロセス - Google Patents
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Abstract
【課題】緩和III−V族またはII−VI族マテリアルオンインシュレータの製造方法の提供。
【解決手段】緩和Si1−yGey層104を有する半導体構造の形成プロセスは、第1の基板上へのグレーデッドSi1−xGexバッファ層102の堆積であって、前記Ge濃度xはゼロから値yまで増加するものである堆積、緩和Si1−yGey層104の堆積、前記緩和Si1−yGey層104中にイオンを導入して第1のヘテロ構造を規定、前記第1のヘテロ構造を第2の基板108に接合して第2のヘテロ構造を規定、および前記導入されたイオンの領域での前記第2のヘテロ構造の分割であって、前記緩和Si1−yGey層104の表層部分は前記第2の基板上108に残るものである分割を含む。
【選択図】図1B
【解決手段】緩和Si1−yGey層104を有する半導体構造の形成プロセスは、第1の基板上へのグレーデッドSi1−xGexバッファ層102の堆積であって、前記Ge濃度xはゼロから値yまで増加するものである堆積、緩和Si1−yGey層104の堆積、前記緩和Si1−yGey層104中にイオンを導入して第1のヘテロ構造を規定、前記第1のヘテロ構造を第2の基板108に接合して第2のヘテロ構造を規定、および前記導入されたイオンの領域での前記第2のヘテロ構造の分割であって、前記緩和Si1−yGey層104の表層部分は前記第2の基板上108に残るものである分割を含む。
【選択図】図1B
Description
(優先権情報)
本出願は、2000年8月16日に提出された仮出願第60/225,666号からの優先権を主張する。
本出願は、2000年8月16日に提出された仮出願第60/225,666号からの優先権を主張する。
本発明は、種々のエレクトロニクスまたはオプトエレクトロニクス用途向けの緩和Si1−xGexオンインシュレータ(SGOI)汎用基板の製造、および単結晶のIII−V族またはII−VI族マテリアルオンインシュレータ基板の製造に関する。
緩和Si1−xGexオンインシュレータ(SGOI)は、従来のSOI技術とディスラプティブSiGe技術との、二つの先進的な技術のもつ効果を組み合わせたものであるためきわめて有望な技術である。SOI構成によって絶縁性基板に伴う種々の利点がもたらされる、すなわち寄生容量の低減、アイソレーションの促進、およびショートチャネル効果の低減等である。高移動度の歪みSiMOSデバイス、歪みSi1−xGexMOSデバイス、または歪みGeMOSデバイスをSGOI基板上に作製することができる。
また、その他のIII−V族オプトエレクトロニクスデバイスについても、そのIII−V族材料と緩和Si1−xGexとの格子定数を一致させることによってSGOI基板に集積することができる。例えば、xが1もしくは1に近い、Si1−xGexオンインシュレータ上にGaAs層を成長させることができる。SGOIは、高速かつ低消費電力のエレクトロニクスまたはオプトエレクトロニクス用途向けの究極のプラットフォームとして機能し得る。
先行技術においてSGOIは数種の方法により作製されている。ある方法では、酸素注入によるセパレーション(SIMOX)技術を用いてSGOIが作製される。大量の酸素注入によって高濃度の酸素がSi1−xGex層に埋め込まれ、次いで高温(例えば、1350℃)アニールによってこの層が埋め込み酸化膜(BOX)層に変換されていた。例えば、非特許文献1および非特許文献2を参照されたい。一つの大きな問題点として、生じたSi1−xGex膜およびBOXの品質の問題がある。さらに、高温アニール時のGeの偏析によって最大のGe組成が低い値に制限されてしまうことがある。
特許文献1および特許文献2に、従来のSiオンインシュレータ(SOI)基板を可とう性基板として用いた、第2の方法が記載されている。このプロセスでは、最初に歪みSi1−xGex層が薄いSOI基板上に堆積される。アニール処理によって、歪みは下層のシリコン薄膜に移り、表層のSi1−xGex膜を緩和させる。最終構造は緩和SiGe/歪みSi/インシュレータとなり、理想的なSGOI構造ではない。構造中のシリコン層は不要であり、該シリコン層上に形成されたデバイスの性能を劣化させる可能性がある。例えば、この歪みSi上に寄生バックチャネルが形成される、あるいは歪みSiとSiGe層との間のバンドギャップのオフセットのために望ましくない電子の閉じ込めが生じる可能性がある。
特許文献3および特許文献4に、同様のSGOI構造すなわち歪み層/緩和SiGe/Si/インシュレータ構造の形成についての記載がある。この構造は、ウェハ接合およびP++層をエッチング停止層に用いたエッチバックプロセスによって作製されている。上記構造におけるシリコン層の存在はSiインシュレータウェハの接合を容易にするためのものであるが、理想的なSGOI基板のためには不要なものである。この場合も、このシリコン層はその上に形成されたデバイスの性能を劣化させる可能性がある。例えば、この歪みSi上に寄生バックチャネルが形成される、あるいは歪みSiとSiGe層との間のバンドギャップのオフセットのために望ましくない電子の閉じ込めが生じる可能性がある。さらに、この特許に記載された第1のグレーデッドSi1−yGey層のy値が0.2より大きい場合は、前述の構造中のP++エッチング停止層は実際には用をなさない。特許文献5に記載されているように、yが0.2より大きい場合のSi1−yGeyは、KOHおよびTMAHの両方に対してきわめて良好なエッチング停止層となることが研究実験結果から明らかにされている。したがって、KOHではこの特許に記載されている第1のグレーデッドSi1−yGey層および第2の緩和SiGe層を除去することができない。
その他の試みとして、SOI(シリコンオンインシュレータ)基板上に堆積された非晶質Si1−xGex層の再結晶がある。この場合も理想的なSGOI基板とはならず、シリコン層は不要であってその上に形成されたデバイスの性能を劣化させる可能性がある。非特許文献3を参照されたい。生じたSiGe膜の緩和および生じた構造の品質が主眼となっている。
2000年発行のMizunoらによるIEEE Electron Device Letters、Vol.21、No.5、230〜232頁
1999年発行のIshilawaらによるApplied Physics Letters、Vol.75、No.7、983〜985頁
2000年発行のYeoらによるIEEE Electron Device Letters、Vol.21、No.4、161〜163頁
以上から、簡単な緩和SGOI基板の作製方法、高品質のSGOIおよびその他のIII−V族マテリアルオンインシュレータの作製方法、および広範囲の材料を転写する方法が必要である。
本発明により、広範囲の高品質材料を作製するための改良された方法が提供される。特に、緩和Si1−xGexオンインシュレータ(SGOI)基板またはGaAsオンインシュレータなどの緩和III−V族またはII−VI族マテリアルオンインシュレータについて述べる。高品質な単結晶の、緩和SiGe層、緩和Ge層、または他の緩和III−V族材料層を、グレーデッドSi1−xGexエピタキシャル成長法を用いてシリコン基板上に成長させる。上記層の薄膜が、ウェハ接合および水素イオン注入を用いたウェハ分割によって酸化膜付ハンドルウェハに転写される。本発明ではグレーデッドSi1−xGexバッファ構造が使用されており、それによってプロセスの簡素化および改良がなされている。
また本発明によって、広範囲のデバイス材料を安価なシリコン基板に集積することを可能にする方法が提供される。例えば、この方法によって広範囲のGe濃度を有するSi1−xGexオンインシュレータの作製が可能になると共に、GaAs,AlAs,ZnSe、およびInGaPなどの多くのIII−V族またはII−VI族材料のマテリアルオンインシュレータの作製が可能になる。本発明のグレーデッドSi1−xGexバッファの使用により、転位欠陥がほとんどない、高品質な材料の作製および転写が可能になる。一例においては、グレーデッドバッファ中の所定領域が自然エッチング停止層としての働きをする、SiGe構造を用いてSGOIが作製される。
本発明は、単結晶半導体層を作製するプロセスおよび方法を提供するものである。典型的な一実施形態では、グレーデッドSi1−xGex(xは0からyまで増加する)を第1のシリコン基板上に堆積し、次いで緩和Si1−yGey層、薄い歪みSi1−zGez層、および別の緩和Si1−yGey層を堆積する。この後、水素イオンを歪みSi1−zGez層中に導入する。緩和Si1−yGey層を第2の酸化膜付基板に接合する。アニール処理によって接合対を歪みSi層の位置で分割し、それによって第2の緩和Si1−yGey層を前記第2の基板上に残す。
別の典型的実施形態では、Ge濃度xが0から1まで増加する、グレーデッドSi1−xGexが第1のシリコン基板上に堆積される。この後、緩和GaAs層を緩和Geバッファ上に堆積する。GaAsの格子定数はGeに近いので、GaAsは、転位欠陥がほとんどない、高い品質を備えている。水素イオンは緩和GaAs層中に選択された深さで導入される。緩和GaAs層は第2の酸化膜付基板に接合される。アニール処理によって接合対を水素イオンリッチ層の位置で分割し、それによって緩和GaAs層の上部を前記第2の基板上に残す。
層転写によってSGOIを作成するプロセスの一例を述べる。実験は2段階で行った。第1段階では、ヘテロエピタキシャルSiGe層がグレーデッドエピタキシャル成長法により形成される。4インチのSi(100)ドナーウェハ100を出発基板として、リニアなステップ式の組成をもつグレーデッドSi1−xGexバッファ102が、CVDを用いてGe濃度をゼロから25%まで増加させることにより堆積される。次いで、図1Aに示すように、最終のGe組成を有する、2.5μmの緩和Si0.75Ge0.25キャップ層104が堆積される。
緩和SiGeキャップ層は、グレーデッドバッファがSiと緩和SiGe間の格子不整合を吸収するため、転位欠陥密度がきわめて低い(1×10 6 /cm2)、高い品質を備えている。この高品質のSiGeの薄層が最終のSGOI構造に転写される。成長後の状態の緩和SiGe層の表面は、グレーデッド層の界面での不整転位によって生成される下地の歪み場のために、約11nm乃至15nmの大きな面粗度を示す。このため、化学的機械的研磨(CMP)により表面が平滑化される。第2段階では、ドナーウェハに水素イオンを注入して(100keV、5×1016H+/cm2)埋め込み水素リッチ層を形成する。変性RCA溶液中での表面洗浄工程の後、図1Bに示すように、このウェハを室温で酸化膜106付Siハンドルウェハ108に接合する。
ウェハ接合は主要な工程の一つであり、後続の次工程での層転写に耐えるために接合エネルギは十分に強くなくてはならない。良好な接合を行うには、平坦な表面および高い親水性表面が接合前に必要である。一方、最終の接合構造中の埋め込み酸化膜は、その上に作製される最終のデバイスに影響を及ぼすために、良好な電気的性質を有することが要求される。従来のSi膜転写では、通常ドナーウェハ表面の熱酸化膜がH+注入およびウェハ接合前に使用されて、完成後のシリコンオンインシュレータ構造中の埋め込み酸化膜となっている。
Siドナーウェハの熱酸化膜は、良好な電気的性質および平坦な表面を有し、かつハンドルウェハにきわめてよく接合することから、上記要求を全て満たしている。しかし、Siと異なり、SiGe膜の酸化は劣悪な熱酸化膜品質の原因となり、さらに酸化時のGeの偏析もSiGe膜の劣化をもたらす。したがって、SiGeの熱酸化膜はSGOIの作製にとって適当でない。典型的な一実施形態では、SiGe膜は酸化膜付Siハンドルウェハに直接接合される。ハンドルウェハ中の高品質の熱酸化膜が最終のSGOI構造中の埋め込み酸化膜となる。
CMP工程後平坦な表面が得られると、SiGeウェハは洗浄工程に供せられる。Siと比較した場合のSiGe膜の難しさの一つに、RCA1溶液中のNH4OHによってSiよりもGeが速くエッチングされるため、標準的なRCA洗浄ではSiGe表面が粗面になってしまうことがある。粗面になると、ハンドルウェハとの接合時に接触領域が減少するので、結合が弱くなる。本典型的実施形態では、H2SO4/H2O2溶液をRCA1の替わりに用いており、この溶液は後続の接合後の炉中アニールのための洗浄プロセスの要求を満たすものである。H2SO4−H2O2洗浄後のSiGe表面はRCA1に比べて良好な表面粗さを示している。
この修正された洗浄手順の後、SiGeウェハを希釈HF溶液中に浸責して古い自然酸化膜を除去する。この後、このウェハをDIウォータ(DI water)中で十分にリンスして、高活性の、新鮮な新自然酸化膜層を形成することにより表面を親水性にする。スピン乾燥の後、SiGeウェハは室温で酸化膜付ハンドルウェハに接合され、その後600℃で3時間アニールされる。アニールの間に接合対は埋め込み水素リッチ層に沿って二枚のシートに分割され、薄い緩和Si0.75Ge0.25膜110がハンドルウェハに転写されて、図1Bに示すような、SGOI基板112が得られる。最終の850℃アニールによりSi0.75Ge0.25とSiO2との結合が強化される。この後、図1Cに示すように、デバイス層114がSGOI基板112上に加工形成される。
図2Aおよび2Bは、それぞれ結合後の状態のウェハ対および分割後の最終のSGOI基板の赤外線透過像である。転写後の状態のSGOI基板の表面を調べるために、透過電子顕微鏡(TEM)および原子間力顕微鏡(AFM)を使用した。図3のTEM断面図は、550nmの埋め込み酸化膜(BOX)の表面に転写された約640nmのSIGe層を示したものである。また、損傷深さ約100nmの表面損傷が分割表面において明確に観察される。
図4に、AFMによる、転写後の状態のSGOIの5×5μm2の範囲における11.3nmの表面粗さを示す。このデータは、スマートカット(smart‐cut)プロセスによる転写後の状態のシリコン膜のデータと同様であり、約100nmの表面層を最終のCMP工程で除去する必要があることを示唆している。
SiGe膜の転写後、薄い緩和SiGe膜のみを取り除くと、このドナーウェハは再びドナーウェハとして使用することができる。この汎用SGOI基板を出発基板にして、図1Cに示すように、一つ以上のデバイス層を表面に成長させることによって種々のデバイス構造を実現することができる。このSGOI基板の表面に歪みSi層を成長させ、次いで歪みSiチャネルデバイスを作製することにより、電気的評価が向上する。
接合強度は本発明のプロセスにとって重要なものである。種々の条件下での接合前のSiGe膜の表面粗さを調べるためにAFM測定を実施した。成長後の状態の緩和SiGe層の表面は約11nm乃至15nmの大きい面粗度を有しているため、平滑な表面および良好な接合強度を得るために要するSiGe表面の研磨時間はどの程度か、を調べるための実験を行った。数枚の同一形状の緩和Si0.75Ge0.25膜付の4インチSiウェハを、異なる時間毎に最適化された研磨条件でCMP処理した。AFMを用いて、10μm×10μmの範囲で測定した表面微小粗さRMSは、2分、4分、および6分間CMP処理されたウェハに対して、それぞれ5.5Å,4.5Å、および3.8Åであった。同一形状のハンドルウェハへの接合後、評価した接合強度はRMSの減少にしたがって増加していた。良好な強度を得るためには6分のCMP時間が必要である。
別の実験では、緩和Si0.75Ge0.25膜の付いた二つの同一形状の4インチSiウェハを8分間CMP処理した。H2SO4:H2O2溶液中の2回の洗浄工程および希釈HF溶液中での一回の洗浄工程の後、一方のウェハを新しいH2SO4:H2O2(3:1)溶液中に、他方のウェハを新しいNH4OH:H2O2:H2O(1:1:5)すなわち従来のRCA1溶液中に、共に15分間浸責させた。それによって得られたウェハをAFMを用いて評価した。H2SO4:H2O2溶液処理後のウェハは1μm×1μmの範囲で2Åの表面粗さRMSを示し、NH4OH:H2O2:H2O処理後のウェハは4.4Åを示した。明らかに、従来のRCA洗浄はSiGe表面を著しく粗面にし、H2SO4:H2O2をSiGe洗浄用に用いるべきである。
さらに別の実験では、洗浄手順は接合前に最適化される。SiGeウェハを酸化膜付ハンドルウェハに直接接合する(SiGeと酸化膜との接合)ために、数種の異なる洗浄手順を評価した。H2SO4:H2O2(2〜4:1)溶液処理後のDIウォータリンスおよびスピン乾燥によって良好な接合強度が得られることが明らかになった。あるいは、SiGeウェハ上に酸化膜層を堆積した後その酸化膜層をCMP処理してもよい。この場合、SiGe/酸化膜が酸化膜付ハンドルウェハに接合される、すなわち酸化膜と酸化膜との接合になる。種々の洗浄手順の中で、NH4OH:H2O2:H2O洗浄およびDIウォータリンス後の、希釈HF処理、DIウォータリンス、およびスピン乾燥によってきわめて良好な接合強度が得られることが判明した。
図5は、本発明による半導体構造500の典型的一実施形態のブロック図である。グレーデッドSi1−xGexバッファ層504をシリコン基板502上に成長させる。この場合Ge濃度xはゼロから値yまでステップ式に増加し、yは0から1までのある選択された値を有する。この後、第2の緩和Si1−yGey層506を堆積し、この層に水素イオンを、注入エネルギを調整することによって選択された深さで注入して、埋め込み水素リッチ層508を形成する。このウェハを洗浄し、酸化膜付ハンドルウェハ510に接合する。500〜600℃のアニール処理によって、この接合対を水素リッチ層508の位置で分割する。この結果、緩和Si1−yGey層506の上部が酸化膜付ハンドルウェハ上に残り、SGOI基板が形成される。以上の記述には、y=1の場合のGeオンインシュレータの作製も含まれている。
接合前のウェハ洗浄工程において、標準的なシリコン表面用のRCA洗浄が一部修正される。標準のRCA1溶液中のNH4OHによってSiよりも速くGeがエッチングされるため、SiGe表面は粗くなり接合が弱くなる。H2SO4/H2O2溶液がRCA1の替わりに使用され、この溶液は後続の接合後の炉中アニールのための洗浄プロセスの要求を満たすものである。H2SO4/H2O2洗浄後のSiGe表面はRCA1洗浄に比べて良好な表面粗さを示した。修正RCA洗浄の後、ウェハは別の新鮮なH2SO4/H2O2溶液に10乃至20分間浸責される。H2SO4/H2O2処理によってSiGe表面は親水性にされる。DIウォータでのリンスおよびスピン乾燥後、SiGeウェハは直ちに室温で酸化膜付ハンドルウェハに接合され、次いでウェハ分割のために500〜600℃でアニールされる。
図6は半導体構造600の別の典型的実施形態のブロック図である。構造600は、シリコン基板602上に成長させたグレーデッドSi1−xGexバッファ層604を含み、この場合Ge濃度xはゼロから1まで増加する。この後、緩和純Ge層606およびGaAs層などのIII−V族材料層608をGe層上にエピタキシャル成長させる。このGaAs層608中に水素イオンを、注入エネルギを調整することによって選択された深さで注入して、埋め込み水素リッチ層610を形成する。このウェハを洗浄して、酸化膜付ハンドルウェハ612に接合する。アニール処理によって、この接合対を水素リッチ層610の位置で分割する。この結果、GaAs層608の上部が酸化膜付ハンドルウェハ上に残り、GaAsオンインシュレータ基板が形成される。
図7は半導体構造700のさらに別の典型的実施形態のブロック図である。グレーデッドSi1−xGexバッファ層704をシリコン基板702上に成長させる。この場合Ge濃度xはゼロから選択値yまで増加し、yは0.2より小さい。zが0.2から0.25までの範囲の、第2の緩和Si1−zGezバッファ層706を堆積させる。グレーデッドSi1−xGexバッファ層704中に水素イオンを選択された深さで注入して、層704内に埋め込み水素リッチ層708を形成する。このウェハを洗浄して、酸化膜付ハンドルウェハ710に接合する。500〜600℃のアニール処理によって、この接合対を水素リッチ層708の位置で分割する。
この結果、グレーデッドSi1−xGexバッファ層704の上部および緩和Si1−zGezバッファ層706が酸化膜付ハンドルウェハ710上に残る。この後、残ったグレーデッドSi1−xGexバッファ層704をKOHまたはTMAHのいずれかによって選択的にエッチングする。KOHおよびTMAHは、xが0.2より小さい場合はSi1−xGexを高速でエッチングするが、xが0.2より大きい場合はエッチング速度はきわめて遅くなる。したがって、グレーデッドSi1−xGexバッファ層704を選択的にエッチングして、緩和Si1−zGez層706を絶縁性基板710上に残すことで、緩和SGOI基板を形成することができる。このプロセスにおいては、最終のSGOI構造上の緩和Si1−zGez膜706の厚さは膜成長によって規定される。このことはいくつかのアプリケーションにおいて望ましいことである。
図8は半導体構造800のさらに別の典型的実施形態のブロック図である。グレーデッドSi1−xGexバッファ層804をシリコン基板802上に成長させる。この場合Ge濃度xはゼロから、0から1までのある選択された値yまで増加する。第2の緩和Si1−yGey層806を堆積させ、続いて歪みSi1−zGez層808および別の緩和Si1−yGey層810を堆積させる。層806,808、および810の厚さ、および値zは、Si1−zGez層808が平衡歪み状態下にあり、一方Si1−yGey層806および810は緩和状態のままであるように選択される。一つのオプションとして、歪みSi1−zGez層808中に水素イオンを導入して、水素リッチ層812を形成することも可能である。このウェハを洗浄して、酸化膜付ハンドルウェハ814に接合する。この後、接合対は歪みSi1−zGez層808に沿って分離される。
層は歪みによって脆弱になるため、分離時にこの層に沿って割れが伝播する。分離は種々の方法によって実施可能であり、例えば、機械的力を用いたり、前述と同じく水素導入時の500〜600℃のアニール処理によって行うことができる。例えば、共に本願に援用して引用する、米国特許第6,033,974号および第6,184,111号を参照されたい。この結果、緩和Si1−yGey層810が酸化膜付ハンドルウェハ上に残り、緩和SGOI基板が形成される。層806,808、および810の厚さ、および値zは、Si1−zGez層808中に望ましい量の転位が存在し、一方表層のSi1−yGey層810は緩和状態のままで、高品質を有し、かつ転位欠陥がほとんどないように選択される。
この後、Si1−zGez層808中の転位欠陥は、後続のイオン導入工程において水素トラップセンターとして作用する。水素イオンは、イオン注入、イオン拡散、または電解充電(electrolytic charging)によるドリフトなどの、種々の方法により導入される。zの値は、残ったSi1−zGez層808をKOHまたはTMAHによって選択的にエッチングすることができるように選択される。層806および810は、グレーデッドSi1−xGexバッファ層804中のGe濃度xがゼロから1まで増加するという条件下で、例えば純Ge、またはある種のIII−V族材料などの、他の材料であってもよい。
全てのセミコンダクタオンインシュレータ基板が前述の方法によって得られた後、さらに種々のデバイス層をこの基板表面に成長させることができる。再成長の前に、CMPを用いて表面の研磨を行うことも可能である。
いくつかの好適な実施形態に関連して本発明を図示および説明したが、本発明の範囲内で発明の形態および細部に種々の変更、省略、および追加を行うことができる。
以下、本発明の有利な態様を示す。
1.緩和Si 1−y Ge y 層を有する半導体構造の形成プロセスは、
第1の基板上へのグレーデッドSi 1−x Ge x バッファ層の堆積であって、前記Ge濃度xはゼロから値yまで増加するものである堆積、
緩和Si 1−y Ge y 層の堆積、
前記緩和Si 1−y Ge y 層中にイオンを導入して第1のヘテロ構造を規定、
前記第1のヘテロ構造を第2の基板に接合して第2のヘテロ構造を規定、
および前記導入されたイオンの領域での前記第2のヘテロ構造の分割であって、前記緩和Si 1−y Ge y 層の表層部分は前記第2の基板上に残るものである分割、を含むことを特徴とするプロセス。
2.上項1のプロセスはさらに、前記緩和Si 1−y Ge y 層の前記堆積工程の後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
3.上項2のプロセスにおいて、前記少なくとも一つのデバイス層は、歪みSi、w≠yである歪みSi 1−w Ge w 、歪みGe、GaAs、AlAs、ZnSe、およびInGaPの内の少なくとも一つを含むことを特徴とするプロセス。
4.上項1のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に絶縁層を形成することを特徴とするプロセス。
5.上項1のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に前記緩和Si 1−y Ge y 層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
6.上項1のプロセスにおいて、前記イオンは水素のH + イオンまたはH 2+ イオンを含むことを特徴とするプロセス。
7.上項1のプロセスはさらに、前記イオン導入工程後に前記緩和Si 1−y Ge y 層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
8.上項1のプロセスはさらに、前記接合工程前に、前記第1のヘテロ構造と前記第2の基板とを洗浄することを含むことを特徴とするプロセス。
9.上項1のプロセスにおいて、前記第2のヘテロ構造はアニールによって分割されることを特徴とするプロセス。
10.上項1のプロセスにおいて、前記第2のヘテロ構造はアニールおよびアニール後の機械的力によって分割されることを特徴とするプロセス。
11.上項1のプロセスはさらに、前記分割工程後、前記緩和Si 1−y Ge y 層の残部の表層部分を除去することを含むことを特徴とするプロセス。
12.上項1のプロセスはさらに、前記分割工程後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
13.上項12のプロセスにおいて、前記少なくとも一つのデバイス層は、緩和Si 1−y Ge y 、歪みSi、歪みSi 1−w Ge w 、歪みGe,GaAs,AlAs,ZnSe、およびInGaPの内の少なくとも一つを含むことを特徴とするプロセス。
14.上項1のプロセスはさらに、前記分割工程後、残りの第1のヘテロ構造を再利用することを含むことを特徴とするプロセス。
15.上項1のプロセスにおいて、前記第1の基板は単結晶シリコンを含むことを特徴とするプロセス。
16.半導体層の形成プロセスは、
第1の基板上へのグレーデッドSi 1−x Ge x バッファ層の堆積であって、前記Ge濃度xはゼロから1まで増加するものである堆積、
緩和Ge層の堆積、
格子定数がGeにほぼ近い、別の材料を含む単結晶半導体層の形成、
前記半導体層中にイオンを導入して第1のヘテロ構造を規定、
前記第1のヘテロ構造を第2の基板に接合して第2のヘテロ構造を規定、
および前記導入されたイオンの領域での前記第2のヘテロ構造の分割であって、前記半導体層の表層部分は前記第2の基板上に残るものである分割、を含むことを特徴とするプロセス。
17.上項16のプロセスにおいて、前記半導体層は、GaAs,AlAs,ZnSe、およびInGaPの内の一つを含むことを特徴とするプロセス。
18.上項16のプロセスはさらに、前記半導体層の前記形成工程後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
19.上項16のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に絶縁層を形成することを含むことを特徴とするプロセス。
20.上項16のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に前記半導体層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
21.上項16のプロセスにおいて、前記イオンは水素のH + イオンまたはH 2+ イオンを含むことを特徴とするプロセス。
22.上項16のプロセスはさらに、前記イオン導入工程後に前記半導体層を平坦化するステップを含むことを特徴とするプロセス。
23.上項16のプロセスはさらに、前記接合工程前に、前記第1のヘテロ構造と前記第2の基板とを洗浄することを含むことを特徴とするプロセス。
24.上項16のプロセスにおいて、前記第2のヘテロ構造はアニールによって分割されることを特徴とするプロセス。
25.上項16のプロセスにおいて、前記第2のヘテロ構造はアニールおよびアニール後の機械的力によって分割されることを特徴とするプロセス。
26.上項16のプロセスはさらに、前記分割工程後、前記第3の半導体層の残部の表層部分を除去することを含むことを特徴とするプロセス。
27.上項16のプロセスはさらに、前記分割工程後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
28.上項16のプロセスはさらに、前記分割工程後、残りの第1のヘテロ構造を再利用することを含むことを特徴とするプロセス。
29.上項16のプロセスにおいて、前記第1の基板は単結晶シリコンを含むことを特徴とするプロセス。
30.緩和Si 1−z Ge z 層を有する半導体構造の形成プロセスは、
第1の基板上へのグレーデッドSi 1−x Ge x バッファ層の堆積であって、前記Ge濃度xはゼロからある選択値yまで増加し、yは0.2より小さいものである堆積、
緩和Si 1−z Ge z 層の堆積であって、zは0.2から0.25までの範囲にある堆積、
前記緩和Si 1−y Ge y バッファ層中にイオンを導入して第1のヘテロ構造を規定、
前記第1のヘテロ構造を第2の基板に接合して第2のヘテロ構造を規定、
前記導入されたイオンの領域での前記第2のヘテロ構造の分割であって、第1のグレーデッドSi 1−x Ge x 層の上部および前記緩和Si 1−z Ge z 層は前記第2の基板上に残るものである分割、
および前記グレーデッドSi 1−x Ge x 層の残部の選択的エッチングであって、前記緩和Si 1−z Ge z 層は前記第2の基板上に残るものである選択的エッチング、を含むことを特徴とするプロセス。
31.上項30のプロセスはさらに、前記緩和Si 1−z Ge z 層の前記形成工程の後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
32.上項31のプロセスにおいて、前記少なくとも一つのデバイス層は、一つ以上の、歪みSi、w≠zである歪みSi 1−w Ge w 、および歪みGeを含むことを特徴とするプロセス。
33.上項30のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に絶縁層を形成することを特徴とするプロセス。
34.上項30のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に前記緩和Si 1−z Ge z 層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
35.上項30のプロセスにおいて、前記イオンは水素のH + イオンまたはH 2+ イオンを含むことを特徴とするプロセス。
36.上項30のプロセスはさらに、前記イオン導入工程後に前記緩和Si 1−z Ge z 層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
37.上項30のプロセスはさらに、前記接合工程前に、前記第1のヘテロ構造および前記第2の基板の両方を洗浄することを含むことを特徴とするプロセス。
38.上項30のプロセスにおいて、前記第2のヘテロ構造はアニールによって分割されることを特徴とするプロセス。
39.上項30のプロセスはさらに、前記エッチング工程後に、前記第2の緩和Si 1−z Ge z 層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
40.上項30のプロセスはさらに、前記エッチング工程後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
41.半導体層の形成プロセスは、
第1の基板上へのグレーデッドSi 1−x Ge x バッファ層の堆積であって、前記Ge濃度xはゼロから値yまで増加するものである堆積、
緩和Si 1−y Ge y 層の堆積、
歪みまたは欠陥層の堆積、
緩和層の堆積、
前記歪みまたは欠陥層中にイオンを導入して第1のヘテロ構造を規定、
前記第1のヘテロ構造を第2の基板に接合して第2のヘテロ構造を規定、
および前記歪みまたは欠陥層の領域での前記第2のヘテロ構造の分割であって、前記緩和層は前記第2の基板上に残るものである分割、を含むことを特徴とするプロセス。
42.上項41のプロセスにおいて、前記歪みまたは欠陥層は、z≠yである歪みSi 1−z Ge z 、または他のIII−V族材料のいずれかを含むことを特徴とするプロセス。
43.上項41のプロセスにおいて、前記緩和層または前記歪みまたは欠陥層は、wがyに近いもしくは等しいものである緩和Si 1−w Ge w 、または、yが1に等しい場合に、Ge,GaAs,AlAs,ZnSe、およびInGaPの内の一つのいずれかを含むことを特徴とするプロセス。
44.上項41のプロセスはさらに、前記緩和層の前記堆積工程後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
45.上項41のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に絶縁層を形成することを特徴とするプロセス。
46.上項41のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に前記緩和層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
47.上項41のプロセスにおいて、前記イオンは水素のH + イオンまたはH 2+ イオンを含むことを特徴とするプロセス。
48.上項41のプロセスはさらに、前記イオン導入工程後に前記緩和層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
49.上項41のプロセスはさらに、前記接合工程前に、前記第1のヘテロ構造と前記第2の基板とを洗浄することを含むことを特徴とするプロセス。
50.上項41のプロセスにおいて、前記第2のヘテロ構造はアニールによって分割されることを特徴とするプロセス。
51.上項41のプロセスはさらに、前記分割工程後、前記歪みまたは欠陥層の両残部の一方、および前記緩和層の表層部分を除去することを含むことを特徴とするプロセス。
52.上項41のプロセスはさらに、前記分割工程後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
53.上項41のプロセスはさらに、平坦化後、残りの第1のヘテロ構造を後続のプロセスのために再利用することを含むことを特徴とするプロセス。
54.半導体構造は、
第1の半導体基板、
xは0.1乃至1である、第2の緩和Si 1−x Ge x 層、
およびGaAs,AlAs,ZnSe、およびInGaPの内の少なくとも一つ、またはy≠xである歪みSi 1−y Ge y を含む第3の層、を含むことを特徴とする半導体構造。
55.半導体構造は、
単結晶シリコン基板を含む第1の基板、
第2の、前記Ge濃度xはゼロから値yまで増加するものである、グレーデッドSi 1−x Ge x バッファ層、
第3の、緩和Si 1−y Ge y 層、
第4の、z≠yである歪みSi 1−z Ge z 層または他のIII−V族もしくはII−VI族材料のいずれかを含む、歪みまたは欠陥層、
および第5の、wがyに近いもしくは等しいものである緩和Si 1−w Ge w 、または、yが1に等しい場合に、Ge,GaAs,AlAs,ZnSe、およびInGaPの内の少なくとも一つのいずれかを含む緩和層、を含むことを特徴とする半導体構造。
1.緩和Si 1−y Ge y 層を有する半導体構造の形成プロセスは、
第1の基板上へのグレーデッドSi 1−x Ge x バッファ層の堆積であって、前記Ge濃度xはゼロから値yまで増加するものである堆積、
緩和Si 1−y Ge y 層の堆積、
前記緩和Si 1−y Ge y 層中にイオンを導入して第1のヘテロ構造を規定、
前記第1のヘテロ構造を第2の基板に接合して第2のヘテロ構造を規定、
および前記導入されたイオンの領域での前記第2のヘテロ構造の分割であって、前記緩和Si 1−y Ge y 層の表層部分は前記第2の基板上に残るものである分割、を含むことを特徴とするプロセス。
2.上項1のプロセスはさらに、前記緩和Si 1−y Ge y 層の前記堆積工程の後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
3.上項2のプロセスにおいて、前記少なくとも一つのデバイス層は、歪みSi、w≠yである歪みSi 1−w Ge w 、歪みGe、GaAs、AlAs、ZnSe、およびInGaPの内の少なくとも一つを含むことを特徴とするプロセス。
4.上項1のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に絶縁層を形成することを特徴とするプロセス。
5.上項1のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に前記緩和Si 1−y Ge y 層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
6.上項1のプロセスにおいて、前記イオンは水素のH + イオンまたはH 2+ イオンを含むことを特徴とするプロセス。
7.上項1のプロセスはさらに、前記イオン導入工程後に前記緩和Si 1−y Ge y 層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
8.上項1のプロセスはさらに、前記接合工程前に、前記第1のヘテロ構造と前記第2の基板とを洗浄することを含むことを特徴とするプロセス。
9.上項1のプロセスにおいて、前記第2のヘテロ構造はアニールによって分割されることを特徴とするプロセス。
10.上項1のプロセスにおいて、前記第2のヘテロ構造はアニールおよびアニール後の機械的力によって分割されることを特徴とするプロセス。
11.上項1のプロセスはさらに、前記分割工程後、前記緩和Si 1−y Ge y 層の残部の表層部分を除去することを含むことを特徴とするプロセス。
12.上項1のプロセスはさらに、前記分割工程後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
13.上項12のプロセスにおいて、前記少なくとも一つのデバイス層は、緩和Si 1−y Ge y 、歪みSi、歪みSi 1−w Ge w 、歪みGe,GaAs,AlAs,ZnSe、およびInGaPの内の少なくとも一つを含むことを特徴とするプロセス。
14.上項1のプロセスはさらに、前記分割工程後、残りの第1のヘテロ構造を再利用することを含むことを特徴とするプロセス。
15.上項1のプロセスにおいて、前記第1の基板は単結晶シリコンを含むことを特徴とするプロセス。
16.半導体層の形成プロセスは、
第1の基板上へのグレーデッドSi 1−x Ge x バッファ層の堆積であって、前記Ge濃度xはゼロから1まで増加するものである堆積、
緩和Ge層の堆積、
格子定数がGeにほぼ近い、別の材料を含む単結晶半導体層の形成、
前記半導体層中にイオンを導入して第1のヘテロ構造を規定、
前記第1のヘテロ構造を第2の基板に接合して第2のヘテロ構造を規定、
および前記導入されたイオンの領域での前記第2のヘテロ構造の分割であって、前記半導体層の表層部分は前記第2の基板上に残るものである分割、を含むことを特徴とするプロセス。
17.上項16のプロセスにおいて、前記半導体層は、GaAs,AlAs,ZnSe、およびInGaPの内の一つを含むことを特徴とするプロセス。
18.上項16のプロセスはさらに、前記半導体層の前記形成工程後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
19.上項16のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に絶縁層を形成することを含むことを特徴とするプロセス。
20.上項16のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に前記半導体層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
21.上項16のプロセスにおいて、前記イオンは水素のH + イオンまたはH 2+ イオンを含むことを特徴とするプロセス。
22.上項16のプロセスはさらに、前記イオン導入工程後に前記半導体層を平坦化するステップを含むことを特徴とするプロセス。
23.上項16のプロセスはさらに、前記接合工程前に、前記第1のヘテロ構造と前記第2の基板とを洗浄することを含むことを特徴とするプロセス。
24.上項16のプロセスにおいて、前記第2のヘテロ構造はアニールによって分割されることを特徴とするプロセス。
25.上項16のプロセスにおいて、前記第2のヘテロ構造はアニールおよびアニール後の機械的力によって分割されることを特徴とするプロセス。
26.上項16のプロセスはさらに、前記分割工程後、前記第3の半導体層の残部の表層部分を除去することを含むことを特徴とするプロセス。
27.上項16のプロセスはさらに、前記分割工程後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
28.上項16のプロセスはさらに、前記分割工程後、残りの第1のヘテロ構造を再利用することを含むことを特徴とするプロセス。
29.上項16のプロセスにおいて、前記第1の基板は単結晶シリコンを含むことを特徴とするプロセス。
30.緩和Si 1−z Ge z 層を有する半導体構造の形成プロセスは、
第1の基板上へのグレーデッドSi 1−x Ge x バッファ層の堆積であって、前記Ge濃度xはゼロからある選択値yまで増加し、yは0.2より小さいものである堆積、
緩和Si 1−z Ge z 層の堆積であって、zは0.2から0.25までの範囲にある堆積、
前記緩和Si 1−y Ge y バッファ層中にイオンを導入して第1のヘテロ構造を規定、
前記第1のヘテロ構造を第2の基板に接合して第2のヘテロ構造を規定、
前記導入されたイオンの領域での前記第2のヘテロ構造の分割であって、第1のグレーデッドSi 1−x Ge x 層の上部および前記緩和Si 1−z Ge z 層は前記第2の基板上に残るものである分割、
および前記グレーデッドSi 1−x Ge x 層の残部の選択的エッチングであって、前記緩和Si 1−z Ge z 層は前記第2の基板上に残るものである選択的エッチング、を含むことを特徴とするプロセス。
31.上項30のプロセスはさらに、前記緩和Si 1−z Ge z 層の前記形成工程の後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
32.上項31のプロセスにおいて、前記少なくとも一つのデバイス層は、一つ以上の、歪みSi、w≠zである歪みSi 1−w Ge w 、および歪みGeを含むことを特徴とするプロセス。
33.上項30のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に絶縁層を形成することを特徴とするプロセス。
34.上項30のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に前記緩和Si 1−z Ge z 層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
35.上項30のプロセスにおいて、前記イオンは水素のH + イオンまたはH 2+ イオンを含むことを特徴とするプロセス。
36.上項30のプロセスはさらに、前記イオン導入工程後に前記緩和Si 1−z Ge z 層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
37.上項30のプロセスはさらに、前記接合工程前に、前記第1のヘテロ構造および前記第2の基板の両方を洗浄することを含むことを特徴とするプロセス。
38.上項30のプロセスにおいて、前記第2のヘテロ構造はアニールによって分割されることを特徴とするプロセス。
39.上項30のプロセスはさらに、前記エッチング工程後に、前記第2の緩和Si 1−z Ge z 層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
40.上項30のプロセスはさらに、前記エッチング工程後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
41.半導体層の形成プロセスは、
第1の基板上へのグレーデッドSi 1−x Ge x バッファ層の堆積であって、前記Ge濃度xはゼロから値yまで増加するものである堆積、
緩和Si 1−y Ge y 層の堆積、
歪みまたは欠陥層の堆積、
緩和層の堆積、
前記歪みまたは欠陥層中にイオンを導入して第1のヘテロ構造を規定、
前記第1のヘテロ構造を第2の基板に接合して第2のヘテロ構造を規定、
および前記歪みまたは欠陥層の領域での前記第2のヘテロ構造の分割であって、前記緩和層は前記第2の基板上に残るものである分割、を含むことを特徴とするプロセス。
42.上項41のプロセスにおいて、前記歪みまたは欠陥層は、z≠yである歪みSi 1−z Ge z 、または他のIII−V族材料のいずれかを含むことを特徴とするプロセス。
43.上項41のプロセスにおいて、前記緩和層または前記歪みまたは欠陥層は、wがyに近いもしくは等しいものである緩和Si 1−w Ge w 、または、yが1に等しい場合に、Ge,GaAs,AlAs,ZnSe、およびInGaPの内の一つのいずれかを含むことを特徴とするプロセス。
44.上項41のプロセスはさらに、前記緩和層の前記堆積工程後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
45.上項41のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に絶縁層を形成することを特徴とするプロセス。
46.上項41のプロセスはさらに、前記イオン導入工程前に前記緩和層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
47.上項41のプロセスにおいて、前記イオンは水素のH + イオンまたはH 2+ イオンを含むことを特徴とするプロセス。
48.上項41のプロセスはさらに、前記イオン導入工程後に前記緩和層を平坦化することを含むことを特徴とするプロセス。
49.上項41のプロセスはさらに、前記接合工程前に、前記第1のヘテロ構造と前記第2の基板とを洗浄することを含むことを特徴とするプロセス。
50.上項41のプロセスにおいて、前記第2のヘテロ構造はアニールによって分割されることを特徴とするプロセス。
51.上項41のプロセスはさらに、前記分割工程後、前記歪みまたは欠陥層の両残部の一方、および前記緩和層の表層部分を除去することを含むことを特徴とするプロセス。
52.上項41のプロセスはさらに、前記分割工程後、少なくとも一つのデバイス層または複数の集積回路デバイスを形成することを含むことを特徴とするプロセス。
53.上項41のプロセスはさらに、平坦化後、残りの第1のヘテロ構造を後続のプロセスのために再利用することを含むことを特徴とするプロセス。
54.半導体構造は、
第1の半導体基板、
xは0.1乃至1である、第2の緩和Si 1−x Ge x 層、
およびGaAs,AlAs,ZnSe、およびInGaPの内の少なくとも一つ、またはy≠xである歪みSi 1−y Ge y を含む第3の層、を含むことを特徴とする半導体構造。
55.半導体構造は、
単結晶シリコン基板を含む第1の基板、
第2の、前記Ge濃度xはゼロから値yまで増加するものである、グレーデッドSi 1−x Ge x バッファ層、
第3の、緩和Si 1−y Ge y 層、
第4の、z≠yである歪みSi 1−z Ge z 層または他のIII−V族もしくはII−VI族材料のいずれかを含む、歪みまたは欠陥層、
および第5の、wがyに近いもしくは等しいものである緩和Si 1−w Ge w 、または、yが1に等しい場合に、Ge,GaAs,AlAs,ZnSe、およびInGaPの内の少なくとも一つのいずれかを含む緩和層、を含むことを特徴とする半導体構造。
Claims (1)
- 緩和Si1−yGey層を有する半導体構造の形成プロセスは、
第1の基板上へのグレーデッドSi1−xGexバッファ層の堆積であって、前記Ge濃度xはゼロから値yまで増加するものである堆積、
緩和Si1−yGey層の堆積、
前記緩和Si1−yGey層中にイオンを導入して第1のヘテロ構造を規定、
前記第1のヘテロ構造を第2の基板に接合して第2のヘテロ構造を規定、
および前記導入されたイオンの領域での前記第2のヘテロ構造の分割であって、前記緩和Si1−yGey層の表層部分は前記第2の基板上に残るものである分割、を含むことを特徴とするプロセス。
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