JP6111678B2 - Manufacturing method of GeOI wafer - Google Patents

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Description

本発明は、GeOIウェーハの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a GeOI wafer.

ゲルマニウム(Ge)単結晶は、シリコン(Si)単結晶よりも電子・正孔の移動度が高く、GeOI(Germanium On Insulator)は次世代のCMOS用基板として有用と考えられている。従来、GeOIの作製方法として数々の方法が提案されてきた。   A germanium (Ge) single crystal has higher electron / hole mobility than a silicon (Si) single crystal, and GeOI (Germanium On Insulator) is considered to be useful as a next-generation CMOS substrate. Conventionally, a number of methods have been proposed as a method for producing GeOI.

第一の公知の方法は、イオン注入剥離法を利用する方法で、ゲルマニウム単結晶からなるドナーウェーハからの層転写を使用するものである(特許文献1)。シリコン単結晶からなるハンドルウェーハ(支持基板)の酸化された表面はドナーウェーハに接合される。ドナーウェーハおよびハンドルウェーハは次いで、Geの薄層が酸化シリコン上に残るように劈界面に沿って分離(剥離)される。但し、転写されたGe層の表面粗さをCMP(化学機械研磨)により加工する必要があり、膜厚均一性の良好なGe層を形成することは困難である。   The first known method uses an ion implantation delamination method and uses layer transfer from a donor wafer made of germanium single crystal (Patent Document 1). The oxidized surface of the handle wafer (support substrate) made of silicon single crystal is bonded to the donor wafer. The donor wafer and handle wafer are then separated (peeled) along the heel interface so that a thin layer of Ge remains on the silicon oxide. However, it is necessary to process the surface roughness of the transferred Ge layer by CMP (chemical mechanical polishing), and it is difficult to form a Ge layer with good film thickness uniformity.

また、第2の公知の方法は、シリコンドナーウェーハにSiGeグレーデッド層をエピタキシャル成長させ、かつSiGeグレーデッド層上にGe層をエピタキシャル成長させるものである(特許文献2)。次いでイオン注入剥離法によりハンドルウェーハ上にGe層又はSiGe/Ge層が転写される。しかし、SiGeグレーデッド層の上に成長されるGe層の貫通転位密度は10〜10cm−2程度あり、デバイスの性能を低下させる要因となる。また、転写後のSiGe/Ge層からGe層を露出するため、高いGe含有量を有するSiGeグレーデッドの転写層のみを選択エッチングすることは困難である。 The second known method is to epitaxially grow a SiGe graded layer on a silicon donor wafer and to epitaxially grow a Ge layer on the SiGe graded layer (Patent Document 2). Next, the Ge layer or the SiGe / Ge layer is transferred onto the handle wafer by ion implantation separation. However, the threading dislocation density of the Ge layer grown on the SiGe graded layer is about 10 6 to 10 8 cm −2, which is a factor that degrades the performance of the device. Further, since the Ge layer is exposed from the transferred SiGe / Ge layer, it is difficult to selectively etch only the SiGe graded transfer layer having a high Ge content.

第3の公知の方法は、SiGeOI基板から出発し、Ge層の酸化濃縮法によってGeOIウェーハを作製する方法である(特許文献3)。しかし、この方法においては酸化濃縮時に温度を上げる必要がある為、高密度の欠陥が形成される。   A third known method is a method of starting a GeGeOI substrate and producing a GeOI wafer by an oxidation concentration method of a Ge layer (Patent Document 3). However, in this method, since it is necessary to raise the temperature at the time of oxidative concentration, high density defects are formed.

特開平5−211128JP-A-5-211128 特開2008−141206JP 2008-141206 A 特開2005−142217JP-A-2005-142217

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、面内膜厚が均一で、表面粗さと結晶欠陥の少ないGe層を有するGeOIウェーハを製造する方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for producing a GeOI wafer having a Ge layer having a uniform in-plane film thickness and having less surface roughness and crystal defects.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、
シリコン単結晶ウェーハ上に埋め込み酸化膜層(BOX層)とSOI層が順次形成されたSOIウェーハのSOI層表面にGe層をエピタキシャル成長させ、
該Ge層を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより前記シリコン単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成し、
前記Ge層の表面とハンドルウェーハの表面とを絶縁膜を介して密着させて貼り合わせた後、前記イオン注入層で剥離することによって、前記ハンドルウェーハ上に、前記絶縁膜、前記Ge層、前記SOI層、前記埋め込み酸化膜層、前記シリコン単結晶ウェーハの一部とが順次積層された構造を有する貼り合わせウェーハを作製し、
その後、前記シリコン単結晶ウェーハの一部、前記埋め込み酸化膜層、前記SOI層を順次除去して前記Ge層を露出させることによって、前記ハンドルウェーハ上に、前記絶縁膜と前記Ge層とが順次積層されたGeOIウェーハを作製することを特徴とするGeOIウェーハの製造方法を提供する。
The present invention has been made to solve the above problems,
A Ge layer is epitaxially grown on the SOI layer surface of an SOI wafer in which a buried oxide film layer (BOX layer) and an SOI layer are sequentially formed on a silicon single crystal wafer,
Forming an ion implantation layer in the silicon single crystal wafer by implanting at least one of hydrogen ions or rare gas ions through the Ge layer;
The surface of the Ge layer and the surface of the handle wafer are adhered and bonded together via an insulating film, and then peeled off by the ion implantation layer, whereby the insulating film, the Ge layer, A bonded wafer having a structure in which an SOI layer, the buried oxide film layer, and a part of the silicon single crystal wafer are sequentially laminated is manufactured.
Thereafter, the insulating layer and the Ge layer are sequentially formed on the handle wafer by sequentially removing a part of the silicon single crystal wafer, the buried oxide layer, and the SOI layer to expose the Ge layer. Provided is a method for manufacturing a GeOI wafer, characterized by producing a stacked GeOI wafer.

本発明は、Ge層を通してSOIウェーハのシリコン単結晶ウェーハ(ベースウェーハ)の内部にイオン注入層を形成させるものであり、Ge層に劈開面(剥離面)がないので、剥離に基づくGe層の表面粗さをCMP(化学機械研磨)により加工する必要がなく、膜厚均一性の良好なGe層を有するGeOIウェーハを製造することができる。また、SOI層のSiの膜厚が薄く、膜厚分布の良好な超薄膜SOIウェーハ(SOI膜厚≦20nm)を用いれば、最終段のSi層除去の取り代が少なくて済み、Si層除去に伴うGe層の表面粗さの悪化や膜厚均一性の劣化を抑制することができる。   In the present invention, an ion implantation layer is formed inside a silicon single crystal wafer (base wafer) of an SOI wafer through a Ge layer, and the Ge layer has no cleavage plane (peeling surface). It is not necessary to process the surface roughness by CMP (Chemical Mechanical Polishing), and a GeOI wafer having a Ge layer with good film thickness uniformity can be manufactured. Also, if an ultra-thin SOI wafer (SOI film thickness ≦ 20 nm) with a thin film thickness and a good film thickness distribution is used, the removal of the final Si layer can be reduced, and the Si layer can be removed. It is possible to suppress the deterioration of the surface roughness of the Ge layer and the deterioration of the film thickness uniformity.

このとき、前記シリコン単結晶ウェーハの一部の除去をアルカリエッチング又はCMP(化学機械研磨)で行い、前記埋め込み酸化膜層の除去をHF含有溶液で行い、前記SOI層の除去をエッチング液、選択エッチング液、CMP又は犠牲酸化処理のいずれかで行うことが好ましい。   At this time, part of the silicon single crystal wafer is removed by alkali etching or CMP (chemical mechanical polishing), the buried oxide film layer is removed by an HF-containing solution, and the SOI layer is removed by an etching solution. It is preferable to carry out either etching liquid, CMP or sacrificial oxidation treatment.

このようにすれば、Ge層上の多層膜(Si/BOX/SOI層)を良好に剥離することができ、効果的にGe層のみを残してGeOIウェーハを作製することができる。   In this way, the multilayer film (Si / BOX / SOI layer) on the Ge layer can be satisfactorily peeled, and a GeOI wafer can be produced effectively leaving only the Ge layer.

さらにこのとき、前記SOI層の膜厚を10nm以下とすることが好ましい。   Further, at this time, the thickness of the SOI layer is preferably 10 nm or less.

このような超薄膜SOI層を用いることにより、SOI層を除去するための研磨に要する時間は極めて短時間であるので、研磨における取り代も少なくて済み、膜厚が均一なGe層を有するGeOIウェーハを確実に製造することができる。また、このような超薄膜SOI層を用いることにより、エッチングに要する時間を極めて短時間にすることができるので、Ge層の表面荒れが少ないGeOIウェーハを確実に製造することができる。これらの効果は、SOI層を薄くするほど、より高い効果を得ることができる。   By using such an ultra-thin SOI layer, the time required for polishing to remove the SOI layer is extremely short, so that the machining allowance in polishing is small and a GeOI having a uniform Ge layer thickness A wafer can be reliably manufactured. Also, by using such an ultra-thin SOI layer, the time required for etching can be made extremely short, so that a GeOI wafer with less surface roughness of the Ge layer can be reliably manufactured. These effects can be increased as the SOI layer is made thinner.

さらにこの場合、前記ハンドルウェーハをシリコン単結晶ウェーハとし、該シリコン単結晶ウェーハの表面に前記絶縁膜としてのシリコン酸化膜を形成し、該シリコン酸化膜の表面と前記Ge層の表面とを貼り合わせることが好ましい。   Further, in this case, the handle wafer is a silicon single crystal wafer, a silicon oxide film as the insulating film is formed on the surface of the silicon single crystal wafer, and the surface of the silicon oxide film and the surface of the Ge layer are bonded together. It is preferable.

このようにすれば、膜厚が均一なGe層を有するGeOIウェーハを、効果的に製造することができる。   In this way, a GeOI wafer having a uniform Ge layer can be effectively manufactured.

以上のように、本発明によれば、面内膜厚が均一で、表面粗さと結晶欠陥の少ないGe層を有するGeOIウェーハが作製できる。その結果、デバイスの高速化や低消費電力化が可能となる。   As described above, according to the present invention, a GeOI wafer having a Ge layer with a uniform in-plane film thickness and less surface roughness and crystal defects can be produced. As a result, it is possible to speed up the device and reduce power consumption.

本発明のGeOIウェーハの製造方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the GeOI wafer of this invention.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、
シリコン単結晶ウェーハ上に埋め込み酸化膜層(BOX層)とSOI層が順次形成されたSOIウェーハのSOI層表面にGe層をエピタキシャル成長させ、
該Ge層を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより前記シリコン単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成し、
前記Ge層の表面とハンドルウェーハの表面とを絶縁膜を介して密着させて貼り合わせた後、前記イオン注入層で剥離することによって、前記ハンドルウェーハ上に、前記絶縁膜、前記Ge層、前記SOI層、前記埋め込み酸化膜層、前記シリコン単結晶ウェーハの一部とが順次積層された構造を有する貼り合わせウェーハを作製し、
その後、前記シリコン単結晶ウェーハの一部、前記埋め込み酸化膜層、前記SOI層を順次除去して前記Ge層を露出させることによって、前記ハンドルウェーハ上に、前記絶縁膜と前記Ge層とが順次積層されたGeOIウェーハを作製することを特徴とするGeOIウェーハの製造方法であれば、面内膜厚が均一で、表面粗さと結晶欠陥の少ないGe層を有するGeOIウェーハを製造することができることを見出し、本発明を完成させた。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors
A Ge layer is epitaxially grown on the SOI layer surface of an SOI wafer in which a buried oxide film layer (BOX layer) and an SOI layer are sequentially formed on a silicon single crystal wafer,
Forming an ion implantation layer in the silicon single crystal wafer by implanting at least one of hydrogen ions or rare gas ions through the Ge layer;
The surface of the Ge layer and the surface of the handle wafer are adhered and bonded together via an insulating film, and then peeled off by the ion implantation layer, whereby the insulating film, the Ge layer, A bonded wafer having a structure in which an SOI layer, the buried oxide film layer, and a part of the silicon single crystal wafer are sequentially laminated is manufactured.
Thereafter, the insulating layer and the Ge layer are sequentially formed on the handle wafer by sequentially removing a part of the silicon single crystal wafer, the buried oxide layer, and the SOI layer to expose the Ge layer. A method for producing a GeOI wafer characterized by producing a stacked GeOI wafer can produce a GeOI wafer having a Ge layer having a uniform in-plane film thickness and a small surface roughness and crystal defects. The headline and the present invention were completed.

以下、本発明のGeOIウェーハの製造方法について、図1を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定するものではない。
まず、Ge層を形成させるドナーウェーハとしてSOIウェーハ(SOI層3/BOX層2/ベースウェーハ1)を用い、SOI層3の表面にGe層4をエピタキシャル成長させる(図1(A))。
このとき、SOI層3のSiの膜厚が薄く、膜厚分布の良好な超薄膜SOIウェーハ(SOI膜厚≦20nm、特には10nm以下)を用いれば、最終段のSi層除去の取り代が少なくて済み、Si層除去に伴うGe層の表面粗さ悪化や膜厚均一性の劣化を抑制することが出来るので、好都合である。ここでは、超薄膜SOIウェーハを用いた場合を例に挙げて説明する。
Hereinafter, the method for producing a GeOI wafer of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1, but the present invention is not limited thereto.
First, an SOI wafer (SOI layer 3 / BOX layer 2 / base wafer 1) is used as a donor wafer on which a Ge layer is formed, and a Ge layer 4 is epitaxially grown on the surface of the SOI layer 3 (FIG. 1A).
At this time, if an ultra-thin SOI wafer having a thin film thickness and a good film thickness distribution (SOI film thickness ≦ 20 nm, particularly 10 nm or less) is used, the allowance for removal of the Si layer at the final stage can be reduced. This is advantageous because it can be reduced and the deterioration of the surface roughness and film thickness uniformity of the Ge layer accompanying the removal of the Si layer can be suppressed. Here, a case where an ultra-thin SOI wafer is used will be described as an example.

尚、SOI層の表面にエピタキシャル成長するGe層の膜厚を厚くすると、SiとGeの格子定数の差に起因したミスフィット転位の発生が顕著になるので、Ge層の膜厚は20nm以下とすることが好ましく、10nm以下とすることがより好ましい。
また、SOIウェーハのベースウェーハとして用いる半導体単結晶基板としては、シリコン単結晶ウェーハを用いる。
Note that when the thickness of the Ge layer epitaxially grown on the surface of the SOI layer is increased, misfit dislocations due to the difference in lattice constant between Si and Ge become prominent, so the thickness of the Ge layer is set to 20 nm or less. The thickness is preferably 10 nm or less.
A silicon single crystal wafer is used as the semiconductor single crystal substrate used as the base wafer of the SOI wafer.

次に、Ge層4を通してイオンを注入し、ベースウェーハ1の内部にイオン注入層5を形成する(図1(B))。このとき、イオンの注入深さを前記SOIウェーハのベースウェーハ1で剥離する深さにする。
このようなイオン注入層は、水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入して形成するものである。ここでは、水素イオンを注入する場合(水素イオン注入層5)を例に挙げて説明する。
Next, ions are implanted through the Ge layer 4 to form an ion implanted layer 5 inside the base wafer 1 (FIG. 1B). At this time, the ion implantation depth is set to a depth at which the base wafer 1 of the SOI wafer is peeled off.
Such an ion implantation layer is formed by ion implantation of at least one kind of gas ions of hydrogen ions or rare gas ions. Here, a case where hydrogen ions are implanted (hydrogen ion implanted layer 5) will be described as an example.

上記のように、本発明ではGe層4にはイオン注入層が形成されないので、劈開面(剥離面)はGe層4に形成されない。このため、剥離によるGe層4の表面粗さをCMP(化学機械研磨)により加工する必要がなく、膜厚が均一性の良好なGe層を有するGeOIウェーハを製造することができる。   As described above, in the present invention, since the ion implantation layer is not formed in the Ge layer 4, the cleavage plane (peeling surface) is not formed in the Ge layer 4. For this reason, it is not necessary to process the surface roughness of the Ge layer 4 due to peeling by chemical mechanical polishing (CMP), and a GeOI wafer having a Ge layer with a uniform film thickness can be manufactured.

次に、別途ハンドルウェーハ6を熱酸化し、ハンドルウェーハ6の表面に絶縁膜(シリコン酸化膜)7を形成する(図1(C))。
ハンドルウェーハとして用いる半導体単結晶基板としては、シリコン単結晶ウェーハを用いることが好ましい。ここでは、シリコン単結晶ウェーハを用いた場合について説明する。
Next, the handle wafer 6 is separately thermally oxidized to form an insulating film (silicon oxide film) 7 on the surface of the handle wafer 6 (FIG. 1C).
A silicon single crystal wafer is preferably used as the semiconductor single crystal substrate used as the handle wafer. Here, a case where a silicon single crystal wafer is used will be described.

次に、例えば20〜30℃の室温において、Ge層4とハンドルウェーハ6の表面とを絶縁膜(シリコン酸化膜)7を介して貼り合わせ、貼り合わせウェーハを作製する(図1(D))。この場合、貼り合わせの前に、Ge層4、ハンドルウェーハ6の少なくとも一方の貼り合わせ面にプラズマ処理等の表面活性化処理を行うことによって、貼り合わせ強度を向上させることもできる。   Next, for example, at a room temperature of 20 to 30 ° C., the Ge layer 4 and the surface of the handle wafer 6 are bonded together via an insulating film (silicon oxide film) 7 to produce a bonded wafer (FIG. 1D). . In this case, the bonding strength can be improved by performing surface activation processing such as plasma processing on at least one bonding surface of the Ge layer 4 and the handle wafer 6 before bonding.

次に、貼り合わせウェーハに低温アニールを施して(図1(E))、剥離処理を行い、水素イオン注入層5で剥離することによって、ハンドルウェーハ6上の絶縁膜(シリコン酸化膜)7上にSi/BOX/SOI/Ge層を転写させる(図1(F))。   Next, the bonded wafer is annealed at a low temperature (FIG. 1E), is subjected to a peeling process, and is peeled off by the hydrogen ion implantation layer 5 to thereby form an insulating film (silicon oxide film) 7 on the handle wafer 6. The Si / BOX / SOI / Ge layer is transferred to the substrate (FIG. 1F).

次に、剥離後の最表層のSi(SOIウェーハのベースウェーハ1の一部)を除去する(図1(G))。このとき、アルカリエッチング等のエッチングまたはCMPを用いれば、エッチング速度や研磨速度の低下を利用してSiO層(SOIウェーハのBOX層2)でエッチング又はCMPを停止することができるため、表面側のSi層のみを除去できるので好ましい。 Next, the outermost Si after peeling (a part of the base wafer 1 of the SOI wafer) is removed (FIG. 1G). At this time, if etching such as alkali etching or CMP is used, etching or CMP can be stopped at the SiO 2 layer (BOX layer 2 of the SOI wafer) by utilizing a decrease in etching rate or polishing rate. It is preferable because only the Si layer can be removed.

次に、SiO層(SOIウェーハのBOX層2)を除去する(図1(H))。除去方法は特に限定されないが、エッチングをする場合は、SiO層を容易にエッチングし、Si層(SOIウェーハのSOI層3)をエッチングしづらいHF含有溶液をエッチング溶液として用いることが好ましい。ここでは、HF含有溶液をエッチング溶液として用いたが、HF含有水蒸気によりエッチングしてもよい。 Next, the SiO 2 layer (BOX layer 2 of the SOI wafer) is removed (FIG. 1H). The removal method is not particularly limited. However, when etching is performed, it is preferable to use an HF-containing solution that easily etches the SiO 2 layer and hardly etches the Si layer (the SOI layer 3 of the SOI wafer) as the etching solution. Although the HF-containing solution is used as the etching solution here, the etching may be performed with HF-containing water vapor.

最後に、Si層(SOIウェーハのSOI層3)を除去する(図1(I))。除去方法は、例えばエッチング液、選択エッチング液、CMP又は犠牲酸化処理が挙げられ、SC1溶液(NHOHとHの混合水溶液)等のSi層をエッチングするエッチング液、又はSi層を容易にエッチングし、Ge層はエッチングしづらい選択エッチング液により薄膜化しても良いし、CMPによってSi層を除去するか、熱酸化を行ってSi層全体をSiO層に変化させた後、そのSiO層をエッチング除去することによって、Ge層4を残留させることができる。 Finally, the Si layer (SOI layer 3 of the SOI wafer) is removed (FIG. 1I). Examples of the removal method include an etching solution, a selective etching solution, CMP, or sacrificial oxidation treatment. An etching solution for etching the Si layer such as an SC1 solution (mixed aqueous solution of NH 4 OH and H 2 O 2 ), or an Si layer is used. The Ge layer may be easily etched and the Ge layer may be thinned with a selective etchant that is difficult to etch, or the Si layer may be removed by CMP or thermally oxidized to change the entire Si layer to a SiO 2 layer, The Ge layer 4 can be left by etching away the SiO 2 layer.

この時、本発明では、SOI層は例えば20nm以下、特には10nm以下と薄くしているので、エッチング、あるいは研磨で除去する必要がある取り代も20nm以下と少なくすることができる。従って、露出したGe層表面をほとんど研磨、エッチングすることなしにSOI層を除去できる。従って、露出したGe層の表面は、粗さを劣化させることがなく、剥離面でもないので欠陥もない。さらに、研磨により多くの取り代で除去されていないため、膜厚均一性も良好に維持されている。   At this time, in the present invention, since the SOI layer is thinned to, for example, 20 nm or less, particularly 10 nm or less, the machining allowance that needs to be removed by etching or polishing can be reduced to 20 nm or less. Therefore, the SOI layer can be removed with almost no polishing and etching of the exposed Ge layer surface. Therefore, the surface of the exposed Ge layer does not deteriorate the roughness and is not a release surface, so there is no defect. Furthermore, the film thickness uniformity is maintained well because it is not removed by polishing with a lot of removal.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.

(実施例1)
ドナーウェーハとして、SOI/BOX層=10nm/145nmのSOIウェーハにGe層を10nmエピタキシャル成長させた基板を用意し、水素イオンを注入深さが、SOIウェーハのベースウェーハのバルク中になるように、注入エネルギー:50keV、ドーズ量:5×1016cm−2(5e16cm−2)で注入した。一方、ハンドルウェーハとしては、Si単結晶ウェーハに150nmの酸化膜(シリコン酸化膜)を形成した基板を用意し、貼り合わせ前に、ドナーウェーハ、およびハンドルウェーハにプラズマ処理を施し、その後貼り合わせを行った。
Example 1
As a donor wafer, prepare a substrate obtained by epitaxially growing a Ge layer on a SOI / BOX layer = 10 nm / 145 nm SOI wafer and implanting hydrogen ions so that the implantation depth is in the bulk of the base wafer of the SOI wafer. The energy was 50 keV and the dose was 5 × 10 16 cm −2 (5e16 cm −2 ). On the other hand, as a handle wafer, a substrate in which a 150 nm oxide film (silicon oxide film) is formed on a Si single crystal wafer is prepared, and plasma processing is performed on the donor wafer and the handle wafer before bonding, and then bonding is performed. went.

貼り合わせ後のウェーハにAr雰囲気下、500℃、30分の剥離処理を行い、ハンドルウェーハ上のシリコン酸化膜上にSi/BOX/SOI/Ge層を転写させた。   The bonded wafer was peeled off at 500 ° C. for 30 minutes in an Ar atmosphere to transfer the Si / BOX / SOI / Ge layer onto the silicon oxide film on the handle wafer.

その後、CMPを用いて最表面のSi層(SOIウェーハのベースウェーハの一部)を除去し、BOX/SOI/Ge層を残留させた。その後、HF含有水溶液によりSiO層(SOIウェーハのBOX層)を除去し、SOI/Ge層を残留させた。その後、Si層(SOIウェーハのSOI層)を除去する方法として、CMP(取り代=14nm)を用いて該Si層を除去し、Ge層厚が6nmのGeOIウェーハを作製した。 Thereafter, the uppermost Si layer (a part of the base wafer of the SOI wafer) was removed using CMP to leave a BOX / SOI / Ge layer. Thereafter, the SiO 2 layer (BOX layer of the SOI wafer) was removed with an HF-containing aqueous solution, and the SOI / Ge layer was left. Thereafter, as a method for removing the Si layer (SOI layer of the SOI wafer), the Si layer was removed by using CMP (removal allowance = 14 nm) to produce a GeOI wafer having a Ge layer thickness of 6 nm.

(実施例2)
実施例1と同様にしてSOI/Ge層を残留させた後、Si層(SOIウェーハのSOI層)の除去をSC1溶液(NHOHとHの混合水溶液)でエッチング(エッチング代=12nm)することより行い、Ge層厚が8nmのGeOIウェーハを作製した。
(Example 2)
After the SOI / Ge layer was left in the same manner as in Example 1, the Si layer (the SOI layer of the SOI wafer) was removed by etching with an SC1 solution (mixed aqueous solution of NH 4 OH and H 2 O 2 ) (etching rate = 12 nm), a GeOI wafer having a Ge layer thickness of 8 nm was produced.

(実施例3)
実施例1と同様にしてSOI/Ge層を残留させた後、Geの融点(934.7℃)以下の800℃の酸化熱処理によりSOI層を酸化した後、酸化されたSOI層をHF含有水溶液でエッチングする事により除去し、Ge層厚が8nmのGeOIウェーハを作製した。
(Example 3)
After the SOI / Ge layer was left in the same manner as in Example 1, the SOI layer was oxidized by an 800 ° C. oxidation heat treatment not higher than the melting point of Ge (934.7 ° C.), and then the oxidized SOI layer was converted into an HF-containing aqueous solution. The GeOI wafer having a Ge layer thickness of 8 nm was prepared by etching.

(比較例1)
Si単結晶ウェーハに、傾斜SiGe(グレーデッドSiGe(G−SiGe))層を形成した後、Ge層をエピタキシャル成長させた基板をドナーウェーハとし、イオン注入剥離法でGe層で剥離後CMPによりGe層を薄膜化してGeOIウェーハを形成した。
(Comparative Example 1)
After forming a graded SiGe (graded SiGe (G-SiGe)) layer on a Si single crystal wafer, a substrate obtained by epitaxially growing the Ge layer is used as a donor wafer, and the Ge layer is peeled off by a Ge layer by an ion implantation peeling method, and then a Ge layer is obtained by CMP. Was thinned to form a GeOI wafer.

実施例1〜3、比較例1においてGeOIウェーハ作製後のGe層(GeOI層)の膜厚均一性、表面粗さ、欠陥密度を測定した結果を表1に示す。   Table 1 shows the results of measuring the film thickness uniformity, surface roughness, and defect density of the Ge layer (GeOI layer) after fabrication of the GeOI wafer in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.

尚、表1において、GeOI層の膜厚はエリプソメーターを使用して面内41点の測定を行い、その最大膜厚と最小膜厚の差を膜厚レンジ(Range)として評価し、表面粗さはAFM(原子間力顕微鏡)を用いて1μm角のRMS(Root Mean Square:自乗平均平方根)により評価した。   In Table 1, the film thickness of the GeOI layer was measured at 41 points in the plane using an ellipsometer, and the difference between the maximum film thickness and the minimum film thickness was evaluated as the film thickness range (Range). The thickness was evaluated by RMS (Root Mean Square) of 1 μm square using an AFM (atomic force microscope).

また、GeOI層の欠陥密度は、各GeOIウェーハをHF水溶液に浸漬し、GeOI層の欠陥を通して下地の酸化膜に形成されたピンホールを光学顕微鏡で観察してその密度を測定して評価した。   The defect density of the GeOI layer was evaluated by immersing each GeOI wafer in an HF aqueous solution, observing pinholes formed in the underlying oxide film through the defects of the GeOI layer with an optical microscope, and measuring the density.

Figure 0006111678
Figure 0006111678

表1に示すように、実施例1〜3は、比較例1に比べて、GeOI層の面内膜厚の均一性、欠陥密度が著しく良いとともに、表面粗さも良好で全てがバランス良く優れる顕著な結果を得ることができた。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 3, compared with Comparative Example 1, the in-plane film thickness uniformity and defect density of the GeOI layer are remarkably good, the surface roughness is also good, and all are excellent in a good balance. I was able to get a good result.

なお、本発明は、上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に含有される。   In the present invention, the above-described embodiment is an exemplification, and what has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibits the same function and effect is any Even within the technical scope of the present invention.

1…ベースウェーハ、 2…BOX層、 3…SOI層、 4…Ge層、
5…水素イオン注入層、 6…ハンドルウェーハ、 7…絶縁膜(シリコン酸化膜)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base wafer, 2 ... BOX layer, 3 ... SOI layer, 4 ... Ge layer,
5 ... Hydrogen ion implantation layer, 6 ... Handle wafer, 7 ... Insulating film (silicon oxide film).

Claims (2)

シリコン単結晶ウェーハ上に埋め込み酸化膜層(BOX層)と膜厚が10nm以下のSOI層が順次形成されたSOIウェーハのSOI層表面にGe層をエピタキシャル成長させ、
該Ge層を通して水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより前記シリコン単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成し、
前記Ge層の表面とハンドルウェーハの表面とを絶縁膜を介して密着させて貼り合わせた後、前記イオン注入層で剥離することによって、前記ハンドルウェーハ上に、前記絶縁膜、前記Ge層、前記SOI層、前記埋め込み酸化膜層、前記シリコン単結晶ウェーハの一部とが順次積層された構造を有する貼り合わせウェーハを作製し、
その後、前記シリコン単結晶ウェーハの一部、前記埋め込み酸化膜層、前記SOI層を順次除去して前記Ge層を露出させることによって、前記ハンドルウェーハ上に、前記絶縁膜と前記Ge層とが順次積層されたGeOIウェーハを作製し、
前記シリコン単結晶ウェーハの一部の除去をアルカリエッチング又はCMP(化学機械研磨)で行い、前記埋め込み酸化膜層の除去をHF含有溶液で行い、前記SOI層の除去をエッチング液、選択エッチング液、CMP又は犠牲酸化処理のいずれかで行うことを特徴とするGeOIウェーハの製造方法。
A Ge layer is epitaxially grown on the SOI layer surface of an SOI wafer in which a buried oxide film layer (BOX layer) and an SOI layer having a thickness of 10 nm or less are sequentially formed on a silicon single crystal wafer,
Forming an ion implantation layer in the silicon single crystal wafer by implanting at least one of hydrogen ions or rare gas ions through the Ge layer;
The surface of the Ge layer and the surface of the handle wafer are adhered and bonded together via an insulating film, and then peeled off by the ion implantation layer, whereby the insulating film, the Ge layer, A bonded wafer having a structure in which an SOI layer, the buried oxide film layer, and a part of the silicon single crystal wafer are sequentially laminated is manufactured.
Thereafter, the insulating layer and the Ge layer are sequentially formed on the handle wafer by sequentially removing a part of the silicon single crystal wafer, the buried oxide layer, and the SOI layer to expose the Ge layer. Make a stacked GeOI wafer ,
A part of the silicon single crystal wafer is removed by alkali etching or CMP (chemical mechanical polishing), the buried oxide layer is removed by a HF-containing solution, and the SOI layer is removed by an etching solution, a selective etching solution, A method for producing a GeOI wafer, which is performed by either CMP or sacrificial oxidation treatment .
前記ハンドルウェーハをシリコン単結晶ウェーハとし、該シリコン単結晶ウェーハの表面に前記絶縁膜としてのシリコン酸化膜を形成し、該シリコン酸化膜の表面と前記Ge層の表面とを貼り合わせることを特徴とする請求項1に記載のGeOIウェーハの製造方法。 The handle wafer is a silicon single crystal wafer, a silicon oxide film as the insulating film is formed on the surface of the silicon single crystal wafer, and the surface of the silicon oxide film and the surface of the Ge layer are bonded to each other. The method for producing a GeOI wafer according to claim 1 .
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