JP4700652B2 - 層構造の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の主題は、平滑化された中間層を有し、かつ前記中間層上に設けられたその上方にある層を有する層構造の製造方法である。

この種の層構造は、例えばエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス及びマイクロエレクトロメカニクスの用途のための基板として製造される。この層は例えばＣＶＤ法を用いて支持体上に堆積されるか、又はボンディング法により支持体と接合される。このような基板の代表例は、例えば複数の堆積又はボンディングされた層を有する半導体ウェハ、特にＳＯＩ基板（silicon on insulator）、Ｓｉ_xＧｅ_1-x（シリコン−ゲルマニウム）からなる層及び歪みシリコンからなる層（strained silicon on bulk）を有する基板及びｓＳＯＩ基板（strained silicon on insulator）である。

中間層上に、その上方にある層を設けることは重要な工程である、それというのもこの工程は一般に中間層のマイクロラフネスができる限り低いことを必然的に必要とするためである。従って、この要求に適合させるために多様な方法が提案された。US2005/0104067によると、ＳＧＯＩ基板（SiGe on insulator）は歪みシリコンからなる層の堆積の前に、必要な平滑性を達成するために、化学機械研磨される。US2003/0060020によると、マイクロラフネスをさらに低減させるために、磁性流体（ＭＲＦ）で研磨される。これらの方法の欠点は、前記方法が必要とする費用である。US6,995,077には、特に単結晶シリコンからなる半導体ウェハをエピタキシャル層の堆積の前に平滑化するために用いられかつ前記半導体ウェハを水素と塩化水素とからなる混合物で処理することを有する方法が記載されている。
US2005/0104067 US2003/0060020 US6,995,077

前記課題は、公知の方法よりも費用がかからず、かつエピタキシーの前の単結晶シリコンからなる表面の平滑化のためだけに適しているのではない前記種類の方法を提供することであった。

本発明の主題は、平滑化された中間層と、前記中間層上に設けられたその上方にある層とを有する層構造の製造方法において、中間層を、フッ化水素を含有するガス状のエッチング剤で処理して、材料の取り去りを達成しかつ中間層を平滑化することを特徴とする、層構造の製造方法である。

この方法は特に層構造に適用され、その際、単結晶シリコン、多結晶シリコン、シリコンオキサイド、シリコン−ゲルマニウム、ゲルマニウム、シリコンカーバイド、ＩＩＩ／Ｖ化合物半導体及びＩＩ／ＶＩ化合物半導体が属するグループに含まれる材料からなる中間層が平滑化される。前記方法は、特に、エピタキシャル層を堆積させるべきシリコンからなる単結晶半導体ウェハの平滑化のため、又はドナーウェハからイオン注入により分離されかつ基板ウェハ上にＳＯＩウェハの形成のために移設された単結晶シリコンからなる薄層の平滑化のため、又は例えば歪みシリコンからなる層の堆積の前のｓＳＯＩ基板上の「クロスハッチ（cross-hatch）」の平滑化のため、又は多結晶シリコン、シリコンカーバイド又は二酸化ケイ素からなる中間層又は全体の半導体ウェハをボンディングの前に平滑化するために適している。多結晶シリコンは等方的にエッチングされ、つまり結晶子の配向とは無関係に平滑化される。シリコンの熱酸化により生じた二酸化ケイ素からなる中間層のラフネスは、一般に、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート）の分解により作成された二酸化ケイ素からなる中間層のラフネスよりも低い。従って、このようなシリケートベースで作成された中間層を平滑化する方法の適用が特に有利である。

この中間層は、平滑化作用を達成するために、フッ化水素を含有するガス状のエッチング剤を用いて処理される。シリコンからなる中間層は予め又は同時に酸化され、それによりフッ化水素は水の形成下で前記酸化物層を溶解しかつ取り去ることができる。酸化剤は、酸化剤が必要な場合に、ガス状のエッチング剤と一緒に中間層に供給される。酸化剤としてオゾンが特に有利である。

中間層を平滑化するこの処理は、有利に湿潤環境で、つまり供給された水の存在で行われる。例えば、ガス状のエッチング剤を供給する前に、水が前記中間層に吹き付けられる。前記酸化剤又はガス状のエッチング剤又はその両方は、中間層に到達する前に、例えば前記物質を水に導通させることにより水によって濃縮することができる。純水の代わりに、オゾン含有水を中間層に吹き付けることも可能である。

ガス状で供給されるエッチング剤は、フッ化水素の他に、１種又は数種の他の物質、例えばキャリアガスとして機能する窒素、水蒸気又はオゾンを含有していてもよい。中間層の表面の濡れを増大させる添加物、例えばイソプロパノールを添加することもできる。中間層を平滑化する処理のために適した反応器は、例えばUS 2004/0020513 A1に記載されている。

この中間層を平滑化する処理は、有利に２０〜７０℃の温度で行われる。３０〜７０℃の温度範囲が特に有利である、それというのもより低い温度の場合には平滑化は遅すぎ、より高い温度の場合には平滑化作用は実現されず、処理された側のラフネスは増大するためである。最適なのは４０℃の範囲の温度である。

中間層を平滑化する処理は、有利に数回、例えば１〜５回、特に有利に１〜２回繰り返される。平滑化処理をそれぞれ繰り返した後に、中間層を水で洗浄することも有利である。

中間層のラフネスは、この方法の適用により、４０×４０μｍ²の測定面積でＡＦＭを用いて測定して５Å ＲＭＳ未満、特に有利に２Å ＲＭＳ未満に低下する。中間層を平滑化する処理により達成される材料の取り去りは、有利に０．５μｍ以下、特に０．１〜０．２μｍである。

この平滑化する処理に引き続き、この中間層上に更なる層が設けられる。これは、例えば堆積、特にＣＶＤ堆積、又はボンディングによって行われる。

３００ｍｍシリコン基板上に４μｍの厚さのＳｉＧｅ層をエピタキシャル堆積させ、その際、ゲルマニウムの濃度は層の厚さにわたって０から２０％に高められる。前記層のラフネスは、４０×４０μｍ²のフィールドでＡＦＭ測定の際に１００ÅのＲＭＳ値が示された。引き続き、このエピタキシャル基板を前記の方法で処理することにより平滑化する。このために、エッチング室中で４０℃で水を吹き付け、引き続きＨＦガス及びオゾンを用いてエッチングする。このサイクルで２回の処理の後に、基板に再び水を吹き付け、回転乾燥させた。この場合、ＳｉＧｅ層から全体で０．２μｍが取り去られた。４０×４０μｍ²のフィールドでのＡＦＭ測定は、ＲＭＳラフネスが３Åに改善されたことを示した。

Claims (6)

1. シリコン−ゲルマニウムからなる中間層と、前記中間層上に設けられたその上方にある層とを有する層構造の製造方法において、中間層をガス状のエッチング剤で２０〜７０℃の温度で平滑化し、引き続き水で洗浄し、前記ガス状のエッチング剤はフッ化水素及びオゾンを含有し、及び０．５μｍ以下の材料の取り去りを達成し、中間層を平滑化する前記処理及び前記洗浄を１〜５回繰り返することを特徴とする、層構造の製造方法。
2. ガス状のエッチング剤が、イソプロパノールを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. ガス状のエッチング剤が、水を含むことを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
4. 中間層を５Å ＲＭＳ未満のラフネスに平滑化することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 上方にある層を中間層上にボンディングすることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 上方にある層を中間層上に堆積させることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。