JP2021522682A - 半導体ドナー基板からの層移転を容易にする光アシスト板状体形成 - Google Patents
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Abstract
Description
2.プルアウト。これらの欠陥は、典型的には直径がマイクロメータの範囲内にある。形成のメカニズムは、ボイドと同様である。
3.大面積の欠陥。これらの欠陥は、典型的にはサブマイクロメータの大きさである。それらの欠陥は、不均一な局所応力および層の破裂を生じさせた板状体の不均一な形成およびオストワルドの熟成プロセスによって引き起こされる。
4.光点欠陥。これらの欠陥には、ウエハ表面に垂直に保持された狭ビーム光源がウエハを照射した場合に見られる反射光の個々の微細な点が含まれる。これらの欠陥は、サイズがナノメータからマイクロメータのオーダーである。これらの欠陥は、板状体の形成や成長の過程で形成されることがほとんどである。
2.注入された種により効率的な利用、それは層転写のための熱予算をさらに低下させ、板状体の成長におけるオストワルドの熟成プロセスを抑制する。
本発明で使用するための基板は、単結晶半導体ドナー基板とキャリア基板とを含む。一般に、単結晶半導体ドナー基板は、2つの主要な一般的に平行な面であって、そのうちの1つは基板の表面で、他方は基板の裏面であり、さらに表面と裏面とを結合する周方向の縁と、表面と裏面との間のバルク領域と、表面と裏面との間のほぼ等距離の中心面とを含む。半導体ウエハ、例えばシリコンウエハは、典型的には、いくつかの総厚さ変動(TTV)、反り、および弓を有するので、表面上のすべての点と裏面上のすべての点との間の中点は、正確には平面内に収まらない。しかしながら、実用的な問題として、TTV、反り、および弓は、典型的には非常にわずかなものであり、近似的には、中間点は、表面と裏面との間でほぼ等距離にある架空の中心平面内にある。
本発明の方法によれば、エッチングされ、研磨され、任意に酸化された半導体ウエハのような単結晶半導体ドナー基板は、ドナー基板に損傷層を形成するためにイオン注入を受ける。イオン注入は、Applied Materials Quantum II、Quantum LEAP、またはQuantum Xのような市販の装置で実施してもよく、注入されたイオンは、ヘリウムイオンまたは水素イオン、またはそれらの組み合わせを含む。注入されたイオンは、He+、H+、H2 +、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。いくつかの具体例では、水素イオン、ヘリウムイオン、または水素イオンとヘリウムイオンの組み合わせが、単結晶半導体ドナー基板の表面を通って中心面に向かって測定された平均深さD1まで注入される。イオン注入は、半導体ドナー基板に損傷層を形成するのに十分な密度と時間で行われる。注入密度は、約1012イオン/cm2〜約1017イオン/cm2の範囲であってもよく、例えば、約1014イオン/cm2〜約1017イオン/cm2、約1015イオン/cm2〜約1016イオン/cm2でも良い。注入エネルギーは、約1keVから約3,000keVまで、例えば、約10keVから約3,000keVまでの範囲でもよい。注入エネルギーは、約1keVから約3,000keVまで、例えば約5keVから約1,000keVまで、または約5keVから約200keVまで、または約5keVから約100keVまで、または約5keVから約80keVまででもよい。注入の深さD1は、最終的なSOI構造における単結晶半導体デバイス層の厚さを決定する。イオンは、約100オングストロームと約30,000オングストロームの間、例えば約200オングストロームと約20,000オングストロームの間、例えば約2000オングストロームと約15,000オングストロームの間、または約15,000オングストロームと約30,000オングストロームの間の深さD1に注入されてもよい。水素およびヘリウムの両方が注入される場合、好ましくは、ヘリウム注入のピーク濃度は、水素注入のピークの約±1000オングストローム以内、より好ましくは約±500オングストローム以内、さらに好ましくは約±100オングストローム以内であることが望ましい。ヘリウム注入は、水素注入の前に、同時に、または水素注入の後に行っても良い。
本発明の方法によれば、注入された単結晶半導体ドナー基板に光を照射して、それによってイオン注入によって生じた損傷層またはその近傍に劈開面を形成する。劈開面は、転写されたデバイス層上の欠陥を減少させる均一な板状体を含む。均一な板状体の核形成および成長は、結晶格子、自由キャリアおよび点欠陥の両方の光子吸収によって促進され、これは、炉アニールプロセスで起こるようなフォノン(熱)アシスト板状体の形成および成長の場合よりもはるかに低い温度で起こる。いくつかの具体例によれば、単結晶半導体ドナー基板の表面、裏面、または表面と裏面の両方に、単結晶半導体ドナー基板の温度を450℃まで上昇させるのに十分な強度および持続時間の光が照射され、それによって単結晶半導体ドナー基板に劈開面が形成される。
いくつかの具体例では、イオン注入され、任意に洗浄され、その中に劈開面を有する単結晶半導体ドナー基板を、酸素プラズマおよび/または窒素プラズマ表面活性化に供する。いくつかの具体例では、酸素プラズマ表面活性化ツールは、EVG(登録商標)8l0LT低温度プラズマ活性化システムなどのEVグループから入手可能なツールのような市販のツールである。イオン注入され、任意に洗浄された単結晶半導体ドナー基板は、チャンバに装填される。チャンバ内を真空にし、大気圧以下の圧力で02またはN2を充填してプラズマを発生させる。単結晶半導体ドナー基板は、約1秒から約120秒までの範囲であってもよい所望の時間、このプラズマに曝される。酸素または窒素プラズマ表面酸化は、単結晶半導体ドナー基板の表面を親水性にして、上述の方法に従って準備された単結晶半導体ハンドル基板に結合することができるようにするために行われる。プラズマ活性化後、活性化された表面を脱イオン水でリンスする。その後、単結晶半導体ドナー基板は、結合に先立ってスピンドライされる。酸素プラズマ表面酸化は、単結晶半導体ドナー基板の表面を親水性にしてキャリア基板へのボンディングに適合するようにするために行われる。
単結晶半導体ドナー基板の親水性表面層と、キャリア基板の親水性表面、例えば表面とは、次に親密に接触させて、それによって結合構造を形成する。
実施例1.
水素とヘリウムの共注入ドナーウエハを、アプライド・マテリアルズ社のRTPCentura(登録商標)という高速熱処理装置で処理した。リアクター内のタングステンハロゲンランプは、0.5〜2μmの光スペクトルを提供した。ウエハは、室温でロボットによってつままれ、図1Aに示すように、リアクタのチャンバ内のSiCコーティングされたグラファイトサセプタ上に置かれた。ランプを点灯させた。ウエハの温度は、光吸収の結果として急速に上昇する。終点温度は、ランプ電力とプロセス時間によって350℃以下になるように制御された。総照射時間は約120秒であった。
水素とヘリウムの共注入ドナーウエハを、急速熱処理ツールで処理した。リアクタ内のタングステンハロゲンランプは、0.5〜2μmの光スペクトルを提供した。ウエハは、室温でロボットによってつままれて、図1Aに示すように、リアクタのチャンバ内のSiCコーティングされたグラファイトサセプタ上に置かれた。ランプを点灯させた。ウエハの温度は、光吸収の結果として急速に上昇した。終点温度は、ランプ電力およびプロセス時間によって230℃または300℃のいずれかに制御された。全照射時間は約60秒であった。
Claims (49)
- 単結晶半導体ドナー基板を準備する方法であって、
水素イオン、ヘリウムイオン、または水素イオンとヘリウムイオンの組み合わせを、単結晶半導体ドナー基板の表面を通って、表面から中心面に向かって測定された平均深さD1まで注入する工程であって、単結晶半導体ドナー基板は、2つの主要な、一般的に平行な面であって、その一方は単結晶半導体ドナー基板の表面であり、他方は単結晶半導体ドナー基板の裏面である、単結晶半導体ドナー基板の表面と裏面とを結合する周方向の縁部と、単結晶半導体ドナー基板の表面と裏面との間の中心面と、を有する工程と、
単結晶半導体ドナー基板の表面、裏面、または表面と裏面の両方に、単結晶半導体ドナー基板の温度を450℃まで上昇させるのに十分な強度と時間の光を照射し、これによって単結晶半導体ドナー基板に劈開面を形成する工程と、を含む方法。 - 単結晶半導体ドナー基板は、半導体ウエハを含む請求項1の方法。
- 半導体ウエハは、シリコン、サファイア、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、酸化ガリウム、窒化アルミニウムガリウム、リン化インジウム、炭化ケイ素、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む請求項2の方法。
- 半導体ウエハは、チョクラルスキー法により成長させた単結晶シリコンインゴットからスライスされたウエハを含む請求項2の方法。
- 単結晶半導体ドナー基板の表面は、水素イオン、ヘリウムイオン、または水素イオンとヘリウムイオンの組み合わせを注入する前に酸化層を含む請求項1〜4のいずれか1項の方法。
- 酸化層は、約1ナノメータと約5000ナノメータの間の厚さ、例えば約1ナノメータと約1000ナノメータの間の厚さ、または約1ナノメータと約100ナノメータの間の厚さ、または約1ナノメータと約50ナノメータの間の厚さを有する請求項5の方法。
- 光は、紫外線、可視光、または紫外線と可視光の組み合わせである請求項1〜6のいずれか1項の方法。
- 光は、紫外光、赤外光、または赤外光と可視光の組み合わせである請求項1〜6のいずれか1項の方法。
- 光は、約0.3マイクロメータと約3マイクロメータの間の波長を有する請求項1〜6のいずれか1項の方法。
- 光は、約0.5マイクロメータと約2マイクロメータの間の波長を有する請求項1〜6のいずれか1項の方法。
- 照射時間は、約1ミリ秒から約5分の間である請求項1〜10のいずれか1項の方法。
- 照射時間は、約30秒から約5分の間である請求項1〜10のいずれか1項の方法。
- 単結晶半導体ドナー基板は、照射中に回転する請求項1〜12のいずれか1項の方法。
- 単結晶半導体ドナー基板は、毎分約5回転から毎分約100回転の間の速度で回転する請求項13の方法。
- 照射時間は、単結晶半導体ドナー基板の表面、裏面、または表面と裏面の両方の面ヘイズを増加させるのに十分である請求項1〜14のいずれか1項の方法。
- 単結晶半導体ドナー基板の温度は、約200℃から約450℃の間の温度、例えば約250℃から約350℃の間の温度まで上昇する請求項1〜15のいずれか1項の方法。
- 単結晶半導体ドナー基板の温度は、約350℃までの温度、例えば約30℃と約350℃の間の温度、例えば約200℃と約350℃の間の温度まで上昇する請求項1〜15のいずれか1項の方法。
- さらに、酸素プラズマ表面活性化を介して、その中に劈開面を有する単結晶半導体ドナー基板を活性化する工程を含む請求項1〜17のいずれか1項の方法。
- さらに、内部に劈開面を有する単結晶半導体ドナー基板の活性化された表面をキャリア基板の表面に結合して、キャリア基板と劈開面を有する単結晶半導体ドナー基板とを含む結合構造体を形成する工程を含む請求項18の方法。
- キャリア基板は、シリコンウエハである請求項19の方法。
- シリコンウエハは、SiO2表面層を含む請求項20の方法。
- キャリア基板は、サファイアウエハである請求項20の方法。
- キャリア基板は、石英ウエハである請求項20の方法。
- さらに結合構造体をアニールする工程を含む請求項20の方法。
- 結合構造体は、約l50℃から約500℃の間の温度でアニールされる請求項20の方法。
- さらに結合構造体を劈開面に沿って劈開して、これによりキャリア基板と単結晶半導体ドナー基板から転写された単結晶半導体デバイス層とを含む多層構造体を形成する請求項20の方法。
- 多層構造体を準備する方法であって、
水素イオン、ヘリウムイオン、または水素イオンとヘリウムイオンの組み合わせを、単結晶半導体ドナー基板の表面を通って、表面から中心面に向かって測定された平均深さD1まで注入する工程であって、単結晶半導体ドナー基板は、2つの主要な、一般的に平行な面であって、その一方は単結晶半導体ドナー基板の表面であり、他方は単結晶半導体ドナー基板の裏面であり、単結晶半導体ドナー基板の表面と裏面とを結合する周方向の縁部と、単結晶半導体ドナー基板の表面と裏面との間の中心面と、を有する工程と、
単結晶半導体ドナー基板の表面、裏面、または表面と裏面の両方に、単結晶半導体ドナー基板の温度を450℃まで上昇させるのに十分な強度と時間の光を照射し、これにより単結晶半導体ドナー基板中に劈開面を形成する工程と、
酸素プラズマ表面活性化により、劈開面を有する単結晶半導体ドナー基板を活性化する工程と、
劈開面を有する単結晶半導体ドナー基板の活性化された表面をキャリア基板の表面に結合して、キャリア基板と劈開面を有する単結晶半導体ドナー基板とを含む結合構造体を形成する工程と、
結合構造体をアニールする工程と、
結合構造体を劈開面に沿って劈開することにより、キャリア基板と単結晶半導体ドナー基板から転写された単結晶半導体デバイス層とを含む多層構造体を形成する工程と、を含む方法。 - 単結晶半導体ドナー基板は、半導体ウエハを含む請求項27の方法。
- 半導体ウエハは、シリコン、サファイア、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、酸化ガリウム、窒化アルミニウムガリウム、リン化インジウム、炭化ケイ素、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む請求項28の方法。
- 半導体ウエハは、チョクラルスキー法により成長した単結晶シリコンインゴットからスライスされたウエハを含む請求項28の方法。
- 単結晶半導体ドナー基板の表面は、水素イオン、ヘリウムイオン、または水素イオンとヘリウムイオンの組み合わせを注入する前に、酸化層を含む請求項27〜30のいずれか1項の方法。
- 酸化層は、約1ナノメータと約5000ナノメータの間の厚さ、例えば約1ナノメータと約1000ナノメータの間の厚さ、または約1ナノメータと約100ナノメータの間の厚さ、または約1ナノメータと約50ナノメータの間の厚さを有する請求項31の方法。
- 光は、紫外光、可視光、または紫外光と可視光の組み合わせである請求項27〜32のいずれか1項の方法。
- 光は、紫外光、赤外光、または赤外光と可視光の組み合わせである請求項27〜32のいずれか1項の方法。
- 光は、約0.3マイクロメータから約3マイクロメータの間の波長を有する請求項27〜32のいずれか1項の方法。
- 光は、約0.5マイクロメータから約2マイクロメータの間の波長を有する請求項27〜32のいずれか1項の方法。
- 照射時間は、約1ミリ秒から約5分の間である請求項27〜36のいずれか1項の方法。
- 照射時間は、約30秒から約5分の間である請求項27〜36のいずれか1項の方法。
- 単結晶半導体ドナー基板は、照射中に回転する請求項27〜38のいずれか1項の方法。
- 単結晶半導体ドナー基板は、毎分約5回転から毎分約100回転の間の速度で回転する請求項39の方法。
- 照射時間は、単結晶半導体ドナー基板の表面、裏面、または表面と裏面の両方の面ヘイズを増加させるのに十分である請求項27〜40のいずれか1項の方法。
- 単結晶半導体ドナー基板の温度は、約200℃から約450℃の間の温度、例えば約250℃から約350℃の間の温度まで上昇する請求項27〜41のいずれか1項の方法。
- 単結晶半導体ドナー基板の温度は、約350℃までの温度、例えば約30℃と約350℃の間の温度、例えば約200℃と約350℃の間の温度まで上昇する請求項27〜41のいずれか1項の方法。
- キャリア基板は、シリコンウエハである請求項27〜43のいずれか1項の方法。
- シリコンウエハは、SiO2表面層を含む請求項44の方法。
- キャリア基板は、サファイアウエハである請求項27〜43のいずれか1項の方法。
- キャリア基板は、石英ウエハである請求項27〜43のいずれか1項の方法。
- さらに結合構造体をアニールする工程を含む請求項27〜43のいずれか1項の方法。
- 結合構造体は、約l50℃から約500℃の間の温度でアニールされる請求項27〜48のいずれか1項の方法。
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