WO2014156999A1 - Irradiation control method and irradiation controller - Google Patents

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星野 聡彦
友策 井澤
靖彦 石川
浩太郎 福田
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東京エレクトロン株式会社
国立大学法人東京大学
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Abstract

An irradiation control method according to one embodiment includes a heating step for irradiating germanium placed on a surface of a substrate with a laser to heat the germanium to a temperature lower than the melding point thereof. The irradiation control method according to one embodiment also includes a control step for controlling so that laser irradiation is repeated. The irradiation control method according to one embodiment, for example, heats the germanium by irradiating the geranium with the laser while heating the substrate to a temperature in the range from room temperature to 500°C.

Description

照射制御方法及び照射制御装置Irradiation control method and irradiation control apparatus
 本発明の種々の側面及び実施形態は、照射制御方法及び照射制御装置に関するものである。 Various aspects and embodiments of the present invention relate to an irradiation control method and an irradiation control apparatus.
 従来、長距離通信に使われていた光通信技術が、近年、サーバ間のデータ通信や基地局のベースバンド部とRF部間の通信などにも使われ始めている。通信量の増大に伴い電気信号による通信では消費電力が大きくなり、その冷却にデータセンタ全体の消費電力の8割が使われており、低消費電力での通信技術が必要になったことが、光通信技術が使われる理由である。また、光通信を使うと伝送帯域が広くなり、レイテンシの問題の解決になることも、光通信技術が使われる理由の一つである。 In recent years, optical communication technology that has been used for long-distance communication has recently begun to be used for data communication between servers and communication between a baseband unit and an RF unit of a base station. As the amount of communication increases, power consumption increases in communication using electrical signals, and 80% of the power consumption of the entire data center is used for cooling. Communication technology with low power consumption is required. This is why optical communication technology is used. Another reason for using optical communication technology is that the use of optical communication increases the transmission bandwidth and solves the latency problem.
 さらにマルチコア・メニーコアとCPU(Central Processing Unit)の構成が複雑になり、且つ、メモリとの通信速度が速くなりI/Oピン数の物理的限界とレイテンシの問題から、近い将来、チップ間通信にも光通信技術が使われることが予想される。 Furthermore, the configuration of multi-core, many-core and CPU (Central Processing Unit) becomes complicated, and the communication speed with the memory becomes faster. Due to physical limitations of I / O pins and latency problems, inter-chip communication is expected in the near future. However, optical communication technology is expected to be used.
 従来の光通信用デバイスは、石英系材料がベースで、光回路の曲げ半径がmmからcmオーダとなり、チップ間通信には不向きであった。しかし屈折率の大きいSiをベースとした光回路であれば、曲げ半径がμmオーダにまで小さくできる結果、チップ間光通信が可能になる。ここで、Siをベースに光回路を作る技術は、シリコンフォトニクスと呼ばれる。Siをベースにしているので、製造工程はCMOSデバイス製造工程と整合性が高く、大量生産によるコスト低減も同時に期待できる。 Conventional optical communication devices are based on quartz-based materials, and the bend radius of optical circuits is on the order of mm to cm, and are not suitable for inter-chip communication. However, if the optical circuit is based on Si having a large refractive index, the bending radius can be reduced to the order of μm, so that optical communication between chips becomes possible. Here, a technique for making an optical circuit based on Si is called silicon photonics. Since it is based on Si, the manufacturing process is highly compatible with the CMOS device manufacturing process, and cost reduction by mass production can be expected at the same time.
 ここで、CMOS(シーモス、Complementary Metal Oxide Semiconductor;相補型金属酸化膜半導体)デバイスや電界効果トランジスタの製造において、ゲルマニウムやシリコン・ゲルマニウムが完全に溶ける温度で加熱して再結晶化することで、単結晶のゲルマニウム又はシリコン・ゲルマニウムをトレンチ中に形成する技術がある。また、シリコン上のゲルマニウムを加熱することで貫通転位の密度を低減する手法がある。 Here, in the manufacture of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) devices and field effect transistors, heating and recrystallization at a temperature at which germanium, silicon germanium is completely dissolved, There are techniques for forming crystalline germanium or silicon germanium in a trench. There is also a method of reducing the density of threading dislocations by heating germanium on silicon.
特開2011-146684号公報JP2011-146684A
 しかしながら、上述した技術では、ゲルマニウム内に存在する貫通転位を効率良く低減できないという問題がある。 However, the above-described technique has a problem that threading dislocations existing in germanium cannot be efficiently reduced.
 開示する照射制御方法及び照射制御装置は、1つの実施態様において、基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する加熱工程と、前記レーザの照射が繰り返されるように制御する制御工程とを含む。 In one embodiment, the disclosed irradiation control method and the irradiation control apparatus are configured to heat a germanium provided on an arbitrary surface of a substrate with a laser to heat it to an arbitrary temperature lower than the melting point of germanium, and And a control step for controlling the laser irradiation to be repeated.
 開示する照射制御方法及び照射制御装置の1つの態様によれば、ゲルマニウムに存在する貫通転位を効率良く低減可能であるという効果を奏する。 According to one aspect of the disclosed irradiation control method and irradiation control device, there is an effect that threading dislocations existing in germanium can be efficiently reduced.
図1は、第1の実施形態における処理の流れの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a processing flow according to the first embodiment. 図2は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration example of a laser irradiation apparatus that performs laser annealing. 図3は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration example of a laser irradiation apparatus that performs laser annealing. 図4は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a configuration example of a laser irradiation apparatus that performs laser annealing. 図5は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration example of a laser irradiation apparatus that performs laser annealing. 図6は、ゲルマニウム、結晶シリコン、SiO2に対して種々の波長のレーザを用いてレーザアニールを行った場合における吸収効率を示す図である。FIG. 6 is a graph showing the absorption efficiency when laser annealing is performed on germanium, crystalline silicon, and SiO 2 using lasers of various wavelengths. 図7は、1070nmの波長を用いた場合と、970nmの波長を用いた場合、800nmの波長を用いた場合の値を以下に示す表である。FIG. 7 is a table showing values when a wavelength of 1070 nm is used, when a wavelength of 970 nm is used, and when a wavelength of 800 nm is used. 図8は、レーザアニールを繰り返し行う点について示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the points where laser annealing is repeatedly performed. 図9は、実施例1~実施例6の結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the results of Examples 1 to 6. 図10は、実施例1~実施例6の結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of Examples 1 to 6. 図11-1は、実施例7の結果を示す図である。FIG. 11A is a diagram illustrating a result of the seventh example. 図11-2は、実施例7の結果を示す図である。FIG. 11-2 is a diagram illustrating the results of Example 7. 図11-3は、実施例7の結果を示す図である。FIG. 11C is a diagram illustrating a result of the seventh example. 図11-4は、実施例7の結果を示す図である。FIG. 11-4 is a diagram illustrating the results of Example 7. 図12-1は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。FIG. 12A is a diagram for illustrating the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. 図12-2は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。FIG. 12-2 is a diagram for illustrating the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. 図13は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。FIG. 13 is a diagram for showing results for Comparative Example 1 and Comparative Example 2. FIG. 図14-1は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。FIG. 14A is a diagram for illustrating the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. 図14-2は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。FIG. 14-2 is a diagram for illustrating the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. 図14-3は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。14-3 is a diagram for illustrating the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. FIG. 図15-1は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。FIG. 15A is a diagram for illustrating the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. 図15-2は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。FIG. 15-2 is a diagram for illustrating the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. 図15-3は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。15-3 is a diagram for illustrating the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. FIG. 図16-1は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。FIG. 16A is a diagram for illustrating the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. 図16-2は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。FIG. 16-2 is a diagram for illustrating the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. 図16-3は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。FIG. 16C is a diagram for illustrating the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
 以下に、開示する照射制御方法及び照射制御装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。 Hereinafter, embodiments of the disclosed irradiation control method and irradiation control apparatus will be described in detail based on the drawings. The invention disclosed by this embodiment is not limited. Each embodiment can be appropriately combined as long as the processing contents do not contradict each other.
(第1の実施形態)
 第1の実施形態における照射制御方法は、1つの実施形態において、基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する加熱工程と、レーザの照射が繰り返されるように制御する制御工程とを含む。
(First embodiment)
In one embodiment, the irradiation control method according to the first embodiment is a heating step of heating to an arbitrary temperature lower than the melting point of germanium by irradiating germanium provided on an arbitrary surface of the substrate with a laser. And a control step for controlling the laser irradiation to be repeated.
 また、第1の実施形態における照射制御方法では、例えば、1つの実施形態において、加熱工程は、基板を室温以上500℃以下の温度に加熱しつつ、ゲルマニウムにレーザを照射することでゲルマニウムを加熱する。 In the irradiation control method according to the first embodiment, for example, in one embodiment, the heating step heats germanium by irradiating germanium with a laser while heating the substrate to a temperature of room temperature to 500 ° C. To do.
 また、第1の実施形態における照射制御方法では、例えば、1つの実施形態において、基板の任意の面のうち、ゲルマニウムが設けられていない箇所には、任意のデバイスや配線が設けられる。また、加熱工程では、基板の任意の面のうち、ゲルマニウムが設けられた箇所に選択的にレーザを照射する。 In addition, in the irradiation control method according to the first embodiment, for example, in one embodiment, an arbitrary device or wiring is provided at a location where germanium is not provided on an arbitrary surface of the substrate. Further, in the heating step, a laser is selectively irradiated to a portion where germanium is provided on an arbitrary surface of the substrate.
 また、第1の実施形態における照射制御方法では、例えば、1つの実施形態において、レーザの波長が、700nm以上1600nm以下である。 In the irradiation control method according to the first embodiment, for example, in one embodiment, the wavelength of the laser is 700 nm or more and 1600 nm or less.
 また、第1の実施形態における照射制御方法では、例えば、1つの実施形態において、加熱工程は、レーザを1回辺り10n秒以上1秒以下照射する。 In the irradiation control method according to the first embodiment, for example, in one embodiment, the heating step irradiates the laser once for 10 nsec or more and 1 second or less.
 また、第1の実施形態における照射制御装置は、1つの実施形態において、基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する際に、レーザの照射が繰り返されるようにレーザ照射装置を制御する。 In addition, in one embodiment, the irradiation control device according to the first embodiment irradiates a germanium provided on an arbitrary surface of a substrate with a laser to heat it to an arbitrary temperature lower than the melting point of germanium. The laser irradiation apparatus is controlled so that the laser irradiation is repeated.
(第1の実施形態に係る照射制御方法)
 図1は、第1の実施形態における処理の流れの一例を示す図である。図1の(1)~(4)のうち、図1の(1)~(3)は、第1の実施形態に係る照射制御方法の前に先だって行われる。第1の実施形態に係る照射制御方法は、図1の(4)において実行される。以下では、図1の(1)~(3)の処理は、従来の公知の手法を用いて良く、以下では、
簡単に説明する。
(Irradiation control method according to the first embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a processing flow according to the first embodiment. Of (1) to (4) in FIG. 1, (1) to (3) in FIG. 1 are performed prior to the irradiation control method according to the first embodiment. The irradiation control method according to the first embodiment is executed in (4) of FIG. In the following, the processes of (1) to (3) in FIG. 1 may be performed using a conventionally known method.
Briefly described.
 図1の(1)に示すように、所定のパターンを有するマスク層20をシリコン基板10上に設ける。マスク層20は、例えば、SiO2である。例えば、シリコン基板10の面の全面にマスク層を形成し、ゲルマニウムを設ける箇所をエッチングしてシリコン基板10を露出させることで、所定のパターンを有するマスク層20を形成する。言い換えると、シリコン基板10の面のうち所定のパターンの箇所を露出させるマスク層20を形成する。この結果、後述するように、シリコン基板10の面のうち、マスク層20が設けられていない箇所にゲルマニウムを含むゲルマニウム層50が設けられる。以下では、シリコン基板10とマスク層20とにより形成され、図1の(1)の矢印30が示す溝又は穴を「トレンチ」「ホール」とも称する。 As shown in FIG. 1 (1), a mask layer 20 having a predetermined pattern is provided on the silicon substrate 10. The mask layer 20 is, for example, SiO2. For example, a mask layer having a predetermined pattern is formed by forming a mask layer on the entire surface of the silicon substrate 10 and exposing the silicon substrate 10 by etching a portion where germanium is provided. In other words, the mask layer 20 that exposes a predetermined pattern portion of the surface of the silicon substrate 10 is formed. As a result, as will be described later, a germanium layer 50 containing germanium is provided in a portion of the surface of the silicon substrate 10 where the mask layer 20 is not provided. Hereinafter, the groove or hole formed by the silicon substrate 10 and the mask layer 20 and indicated by the arrow 30 in FIG. 1A is also referred to as “trench” or “hole”.
 そして、図1の(2)に示すように、シリコン基板10の面のうち露出している箇所にバッファ層40を形成する。言い換えると、トレンチの底にバッファ層40を形成する。そして、図1の(3)に示すように、トレンチにゲルマニウム層50を形成する。例えば、ゲルマニウム層50は、化学気相成長(CVD)や物理気相成長(PVD)技術を用いてトレンチやホールに形成される。なお、例えば、シリコン基板10とゲルマニウム層50との間にスズなどの添加物が含まれても良く、シリコン基板10の内部にスズなどの添加物が添加されていても良い。また、バッファ層40は、省略しても良い。 Then, as shown in FIG. 1B, a buffer layer 40 is formed on the exposed surface of the silicon substrate 10. In other words, the buffer layer 40 is formed at the bottom of the trench. Then, as shown in (3) of FIG. 1, a germanium layer 50 is formed in the trench. For example, the germanium layer 50 is formed in trenches or holes using chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD) techniques. For example, an additive such as tin may be included between the silicon substrate 10 and the germanium layer 50, and an additive such as tin may be added inside the silicon substrate 10. Further, the buffer layer 40 may be omitted.
 その後、図1の(4)に示すように、シリコン基板10の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムを融点より低い任意の温度に加熱する。例えば、レーザアニールにより、ゲルマニウム層50の温度をゲルマニウムの融点となる938.2℃より低い温度になるまで加熱する。 Then, as shown in (4) of FIG. 1, germanium is heated to an arbitrary temperature lower than the melting point by irradiating laser on germanium provided on an arbitrary surface of the silicon substrate 10. For example, the temperature of the germanium layer 50 is heated by laser annealing until the temperature becomes lower than 938.2 ° C. which is the melting point of germanium.
 例えば、近赤外レーザ光によるゲルマニウム層50の選択熱処理を繰り返す。より詳細な一例を上げて説明すると、シリコンウエハまたはSOIウエハ上にゲルマニウムデバイスを作製する際、ゲルマニウム薄膜を堆積させた後、光子エネルギーが0.77-1.8eV(波長700-1600nm)の範囲で発振するレーザ光を10n秒から1秒の時間範囲でゲルマニウム薄膜へ照射し、照射工程を繰り返す。 For example, selective heat treatment of the germanium layer 50 with near infrared laser light is repeated. A more detailed example will be described. When a germanium device is manufactured on a silicon wafer or an SOI wafer, after depositing a germanium thin film, the photon energy is in the range of 0.77 to 1.8 eV (wavelength 700 to 1600 nm). The germanium thin film is irradiated with a laser beam oscillating at a time of 10 ns to 1 second, and the irradiation process is repeated.
 また、例えば、シリコンウエハまたはSOIウエハ上にシリコン・ゲルマニウム・スズデバイスを作製する技術において、シリコン・ゲルマニウム・スズ薄膜を成長させた後、光子エネルギーがシリコン・ゲルマニウム・スズ薄膜のバンドギャップより大きく、かつシリコンで光吸収の小さい1.8eV以下(波長700nm以上)の範囲で発振するレーザ光を10n秒から1秒の時間範囲でシリコン・ゲルマニウム・スズ薄膜へ照射し、照射工程を繰り返す。 In addition, for example, in a technique for producing a silicon / germanium / tin device on a silicon wafer or SOI wafer, after growing a silicon / germanium / tin thin film, the photon energy is larger than the band gap of the silicon / germanium / tin thin film, In addition, the silicon / germanium / tin thin film is irradiated with a laser beam oscillating in a range of 1.8 eV or less (wavelength 700 nm or more) with a small light absorption by silicon in a time range of 10 nsec to 1 sec, and the irradiation process is repeated.
 このように、レーザアニールを行うことで、ゲルマニウム中の貫通転位が加熱により移動し、貫通転位同士の相互作用により消滅する。よって、貫通転位密度が低減可能となる。なお、貫通転位が多いと、例えば、暗電流が高くなったり、S/N比の劣化や待機時電力が多くなったりする。言い換えると、第1の実施形態によれば、例えば、暗電流が高くなることの抑制、S/N比の向上、待機時電力の低下が可能となる。 Thus, by performing laser annealing, threading dislocations in germanium move by heating and disappear due to interaction between threading dislocations. Therefore, the threading dislocation density can be reduced. If there are many threading dislocations, for example, the dark current increases, the S / N ratio deteriorates, and the standby power increases. In other words, according to the first embodiment, for example, it is possible to suppress an increase in dark current, improve an S / N ratio, and reduce standby power.
 近年、シリコンウエハあるいはシリコン酸化膜などの絶縁体上にシリコン薄膜が形成されたSilicon-on-insulator(SOI)ウエハを用いて、光・電子回路をモノリシックに集積するシリコンフォトニクスが、通信用光部品の低価格化や低電力化、LSIの情報処理速度の超高速化の観点から注目されている。シリコンは光通信波長域の1.3~1.6umで光吸収のない透明な材料であるため、光信号をチップ上で伝搬する光導波路材料として利用できる。ゲルマニウムは、シリコンと同じIV族半導体である。光通信波長域の1.3~1.6umの近赤外光を吸収するため、この波長域の受光素子材料として利用できる。化学気相成長法などのエピタキシャル成長技術を利用してシリコン上にゲルマニウム結晶薄膜を形成し、pin構造などのダイオードを作製することで、シリコン上の近赤外受光器として機能する。シリコン光導波路と集積化された受光器として一部市販化もされている。ただし、微弱な光信号を受光するためには、暗電流の小さな受光器を実現する必要がある。ゲルマニウムはシリコンに比べて、格子定数が大きく、ゲルマニウム結晶の成長過程において格子欠陥が生じ、受光器の暗電流低減の妨げとなっている。また、ゲルマニウムは光通信波長域で動作する光変調器やレーザ光源などの光能動デバイスとしての応用が期待されているが、デバイスの性能向上にゲルマニウム中の格子欠陥低減が共通の課題となっている。従来は、結晶成長後に電気炉やランプ炉を用いた高温熱処理により欠陥の低減がなされてきた。しかし、ゲルマニウムデバイスとともに集積されるシリコン電子・光デバイスは、高温熱処理により動作不良や性能劣化を起こす。従って、ゲルマニウムのみを選択的に熱処理する必要がある。 In recent years, silicon photonics that monolithically integrates optical and electronic circuits using a silicon-on-insulator (SOI) wafer in which a silicon thin film is formed on an insulator such as a silicon wafer or a silicon oxide film has been used as an optical component for communication. It is attracting attention from the viewpoint of lowering the price, lowering power, and increasing the information processing speed of LSI. Since silicon is a transparent material that does not absorb light at 1.3 to 1.6 μm in the optical communication wavelength region, it can be used as an optical waveguide material that propagates optical signals on the chip. Germanium is the same group IV semiconductor as silicon. Since it absorbs near-infrared light of 1.3 to 1.6 μm in the optical communication wavelength region, it can be used as a light receiving element material in this wavelength region. A germanium crystal thin film is formed on silicon using an epitaxial growth technique such as a chemical vapor deposition method, and a diode having a pin structure or the like is manufactured, thereby functioning as a near-infrared light receiver on the silicon. A part of the light receiver integrated with the silicon optical waveguide is commercially available. However, in order to receive a weak optical signal, it is necessary to realize a light receiver with a small dark current. Germanium has a larger lattice constant than silicon, and lattice defects occur in the growth process of germanium crystals, which hinders the reduction of dark current in the photoreceiver. In addition, germanium is expected to be used as an optical active device such as an optical modulator or laser light source operating in the optical communication wavelength range, but reducing lattice defects in germanium is a common issue for improving device performance. Yes. Conventionally, defects have been reduced by high-temperature heat treatment using an electric furnace or lamp furnace after crystal growth. However, silicon electronic / optical devices integrated with germanium devices cause malfunctions and performance degradation due to high-temperature heat treatment. Therefore, it is necessary to selectively heat only germanium.
 このような状況下において、第1の実施形態によれば、ゲルマニウム以外が高温になることを回避し、ゲルマニウム結晶層中の格子欠陥を効果的に低減する熱処理を実現可能となる。 Under such circumstances, according to the first embodiment, it is possible to avoid a high temperature other than germanium and to realize a heat treatment that effectively reduces lattice defects in the germanium crystal layer.
 また、シリコンウエハあるいはSOIウエハ上へ貫通転位密度の低いゲルマニウム結晶層を低温形成することは困難であるため、ゲルマニウム成長後の高温熱処理は必須である。近赤外レーザ光を10n秒から1秒の時間照射する工程を繰り返すことにより、ゲルマニウムの選択的な繰り返し熱処理が可能となり、シリコンに熱的損傷を与えることなく、ゲルマニウム中の貫通転位・結晶欠陥を低減できる。第1の実施形態によれば、シリコンデバイス形成後にシリコンデバイスを劣化させることなくゲルマニウム光デバイスを作製することが可能となるため、産業応用上の問題をクリアできる。 Further, since it is difficult to form a germanium crystal layer having a low threading dislocation density on a silicon wafer or SOI wafer at a low temperature, a high temperature heat treatment after germanium growth is essential. By repeating the process of irradiating the near-infrared laser light for 10 ns to 1 second, germanium can be selectively and repeatedly heat treated, and threading dislocations and crystal defects in germanium can be obtained without causing thermal damage to silicon. Can be reduced. According to the first embodiment, it is possible to manufacture a germanium optical device after the silicon device is formed without deteriorating the silicon device. Therefore, it is possible to clear the problem in industrial application.
 ここで、レーザアニールを行う場合には、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱することが可能であれば、任意の波長のレーザを用いて良い。例えば、650nm以上1650nmの波長のレーザを用いて良く、より好ましくは、700nm以上1600nm以下の波長のレーザを用いる。 Here, when laser annealing is performed, a laser having an arbitrary wavelength may be used as long as it can be heated to an arbitrary temperature lower than the melting point of germanium. For example, a laser with a wavelength of 650 nm to 1650 nm may be used, and a laser with a wavelength of 700 nm to 1600 nm is more preferably used.
 また、レーザアニールを行う場合には、任意のレーザ源を用いて良く、例えば、YB fiberや、YVO4(Yttrium Vanadate)、YAG(Yttrium Aluminum Garnet)などを用いて良い。また、レーザアニールを行う場合には、例えば、レーザを1回辺り5n秒以上2秒以下照射し、より好ましくは、レーザを1回辺り10n秒以上1秒以下照射する。ここで、レーザ光の照射時間を、例えば、10n秒以上1秒以下の範囲に制限することで、ゲルマニウムを急速に昇降温可能となる。また、昇降温時にゲルマニウムに印加される応力により、貫通転位の移動が促進され、貫通転位密度の低減が促進されると考えられる。この結果、例えば、10n秒以上1秒以下の範囲に時間範囲に制限されたレーザ光照射を繰り返すことで、容易に繰り返し熱処理ができ、効果的に貫通転位密度を低減可能となる。 When laser annealing is performed, an arbitrary laser source may be used, for example, YB fiber, YVO4 (Yttrium Vanadate), YAG (Yttrium Aluminum Garnet), or the like may be used. In the case of performing laser annealing, for example, the laser is irradiated for 5 ns to 2 seconds per time, and more preferably, the laser is irradiated for 10 ns to 1 second per time. Here, the temperature of germanium can be rapidly increased and decreased by limiting the irradiation time of the laser light to, for example, a range of 10 ns to 1 second. Moreover, it is considered that the movement of threading dislocations is promoted and the reduction of threading dislocation density is promoted by the stress applied to germanium during the temperature rise and fall. As a result, for example, by repeating laser light irradiation limited to a time range of 10 ns to 1 second, heat treatment can be easily repeated, and the threading dislocation density can be effectively reduced.
 また、シリコン基板10の任意の面のうち、ゲルマニウム層50が設けられていない箇所には、任意のデバイスや配線が設けられる。このことを踏まえ、レーザアニールを用いることで、シリコン基板10の任意の面のうち、ゲルマニウムが設けられた箇所に選択的にレーザを照射する。言い換えると、任意のデバイスや配線については加熱せず、ゲルマニウム層50を選択的に加熱することで、任意のデバイスや配線については影響を与えることなく、ゲルマニウム層50を加熱可能となる。また、シリコンの加熱はゲルマニウムからの熱伝導の影響のみに抑制できるため、他のデバイスへの影響を少なくできる。 In addition, any device or wiring is provided in a portion of the arbitrary surface of the silicon substrate 10 where the germanium layer 50 is not provided. Based on this, laser annealing is used to selectively irradiate a portion of the silicon substrate 10 where germanium is provided with a laser. In other words, it is possible to heat the germanium layer 50 without affecting any device or wiring by selectively heating the germanium layer 50 without heating any device or wiring. Further, since the heating of silicon can be suppressed only by the influence of heat conduction from germanium, the influence on other devices can be reduced.
 また、レーザアニールを行う際、併せて、シリコン基板10を加熱しても良い。具体的には、シリコン基板10上に搭載される任意のデバイスや配線に影響を与えない温度に加熱しつつ、例えば、シリコン基板10を室温(22℃)以上500℃以下の温度に加熱しつつ、ゲルマニウム層50にレーザを照射することでゲルマニウムを加熱しても良い。この結果、シリコン基板10を加熱していることで、レーザアニールを行う前のゲルマニウム層50の温度を室温より高くすることができ、ゲルマニウム層50を加熱する時間を短くすることが可能となる。ゲルマニウム層50を「900℃」まで加熱する場合を例に説明する。この場合、シリコン基板10を加熱しない場合には、室温から「900℃」まで加熱することになるのに対して、シリコン基板10を500℃に加熱しておくことで、ゲルマニウム層50についても「500℃」程度まで加熱されることになり、「500℃」から「900℃」まで加熱すれば良くなる。この結果、加熱時間を短くすることが可能となり、加熱を繰り返す場合であったとしても、シリコン基板10を加熱しない手法と比較して加熱に要する時間を短縮可能となる。 Further, when performing laser annealing, the silicon substrate 10 may be heated together. Specifically, for example, while heating the silicon substrate 10 to a temperature not lower than room temperature (22 ° C.) and not higher than 500 ° C. while heating to a temperature that does not affect any device or wiring mounted on the silicon substrate 10. Alternatively, germanium may be heated by irradiating the germanium layer 50 with a laser. As a result, by heating the silicon substrate 10, the temperature of the germanium layer 50 before laser annealing can be made higher than room temperature, and the time for heating the germanium layer 50 can be shortened. The case where the germanium layer 50 is heated to “900 ° C.” will be described as an example. In this case, when the silicon substrate 10 is not heated, it is heated from room temperature to “900 ° C.”, whereas by heating the silicon substrate 10 to 500 ° C., the germanium layer 50 is also “ It will be heated to about “500 ° C.”, and it should be heated from “500 ° C.” to “900 ° C.”. As a result, the heating time can be shortened, and even when heating is repeated, the time required for heating can be shortened as compared with a method in which the silicon substrate 10 is not heated.
 図2は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。図2に示す例では、レーザ照射装置100は、レーザを生成するレーザユニット110と、レーザユニット110において生成されたレーザを用いてレーザアニールを行う光学系ユニット120とを有する。レーザユニット110と光学系ユニット120とは、レーザユニット110にて生成されたレーザを光学系ユニット120に伝送するレーザ伝送ファイバー140で接続される。光学系ユニット120は、レーザユニット110にて生成されたレーザを受信するビーム形成ユニット121と、レーザの出力や照射パルス数、照射位置などを制御するモニタユニット122と、1個以上のミラーを使用してレーザを操作するためのガルバノスキャナ123と、レーザ操作用のレンズとなるFθレンズ124とを有する。なお、図2に示す例では、ヒータステージ200上にウエハ210が設けられる場合を例に示したが、これに限定されるものではない。例えば、ヒータステージ200を用いることなく、ヒータ機能を有さないステージを用いても良い。また、ヒータステージ200は、レーザ照射装置100とは別の装置であっても良く、レーザ照射装置100の一部であっても良い。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration example of a laser irradiation apparatus that performs laser annealing. In the example illustrated in FIG. 2, the laser irradiation apparatus 100 includes a laser unit 110 that generates a laser, and an optical system unit 120 that performs laser annealing using the laser generated in the laser unit 110. The laser unit 110 and the optical system unit 120 are connected by a laser transmission fiber 140 that transmits the laser generated by the laser unit 110 to the optical system unit 120. The optical system unit 120 uses a beam forming unit 121 that receives the laser generated by the laser unit 110, a monitor unit 122 that controls the laser output, the number of irradiation pulses, the irradiation position, and the like, and one or more mirrors. The galvano scanner 123 for operating the laser and the Fθ lens 124 serving as a lens for laser operation are provided. In the example shown in FIG. 2, the case where the wafer 210 is provided on the heater stage 200 is shown as an example, but the present invention is not limited to this. For example, a stage having no heater function may be used without using the heater stage 200. Further, the heater stage 200 may be an apparatus different from the laser irradiation apparatus 100, or may be a part of the laser irradiation apparatus 100.
 図2に示すレーザ照射装置100では、光学系ユニット120又はヒータステージ200をXY平面上において移動させることで、ウエハ210に対してレーザアニールを行う。なお、ウエハ210は、上述のシリコン基板10等に対応する。なお、レーザユニット110、光学系ユニット120は、ソフトウェア制御されても良い。また、レーザユニット110と光学系ユニット120とを1つのユニットとしても良い。 In the laser irradiation apparatus 100 shown in FIG. 2, laser annealing is performed on the wafer 210 by moving the optical system unit 120 or the heater stage 200 on the XY plane. The wafer 210 corresponds to the above-described silicon substrate 10 or the like. The laser unit 110 and the optical system unit 120 may be controlled by software. The laser unit 110 and the optical system unit 120 may be a single unit.
 図2に示すレーザ照射装置100では、基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する際に、前記レーザの照射が繰り返されるようにレーザ照射装置を制御する。例えば、光学系ユニット120が、ウエハ210の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱し、その際、レーザの照射が繰り返されるように制御する。なお、レーザ照射装置と、レーザ照射装置によるレーザの照射を制御する装置とは、別装置であっても良い。 In the laser irradiation apparatus 100 shown in FIG. 2, by irradiating germanium provided on an arbitrary surface of the substrate with laser, the laser irradiation is repeated when heating to an arbitrary temperature lower than the melting point of germanium. The laser irradiation apparatus is controlled. For example, the optical system unit 120 irradiates germanium provided on an arbitrary surface of the wafer 210 with a laser, thereby heating the germanium to an arbitrary temperature lower than the melting point of germanium. At this time, the laser irradiation is repeated. Control. Note that the laser irradiation device and the device that controls laser irradiation by the laser irradiation device may be separate devices.
 図3は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。図3に示すレーザ照射装置100aでは、図2に示すレーザ照射装置100の光学系ユニット120とは異なり、光学系ユニット120aが、光路折り返しユニット125と、露光パターン作成ユニット126と、縮小光学ユニット127とを有する。なお、露光パターン作成ユニット126とは、例えば、DMD(Digital Micromirror Device)やLCOS-SLM(光位相変調)である。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration example of a laser irradiation apparatus that performs laser annealing. In the laser irradiation apparatus 100a shown in FIG. 3, unlike the optical system unit 120 of the laser irradiation apparatus 100 shown in FIG. 2, the optical system unit 120a includes an optical path folding unit 125, an exposure pattern creation unit 126, and a reduction optical unit 127. And have. The exposure pattern creation unit 126 is, for example, a DMD (Digital Micromirror Device) or LCOS-SLM (optical phase modulation).
 図3に示す光学系ユニット120aでは、光路折り返しユニット125は、モニタユニット122からのレーザを受け取ると、露光パターン作成ユニット126に送る。そして、露光パターン作成ユニット126は、レーザを照射するパターンにレーザを形成して光路折り返しユニット125に戻す。そして、光路折り返しユニット125は、露光パターン作成ユニット126からのレーザを縮小光学ユニット127に送り、縮小光学ユニット127が所定のパターンに形成されたレーザをウエハ210に照射する。 In the optical system unit 120 a shown in FIG. 3, the optical path turning unit 125 receives the laser from the monitor unit 122 and sends it to the exposure pattern creation unit 126. Then, the exposure pattern creation unit 126 forms a laser on the pattern to be irradiated with laser and returns it to the optical path folding unit 125. Then, the optical path folding unit 125 sends the laser from the exposure pattern creation unit 126 to the reduction optical unit 127, and the reduction optical unit 127 irradiates the wafer 210 with the laser formed in a predetermined pattern.
 図4は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。図4に示す例では、レーザ照射装置100bでは、図2に示すレーザ照射装置100の光学系ユニット120とは異なり、光学系ユニット120bが、光学マスク128と、縮小光学ユニット127とを有する。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a configuration example of a laser irradiation apparatus that performs laser annealing. In the example shown in FIG. 4, in the laser irradiation apparatus 100 b, unlike the optical system unit 120 of the laser irradiation apparatus 100 shown in FIG. 2, the optical system unit 120 b includes an optical mask 128 and a reduction optical unit 127.
 図4に示すレーザ照射装置100bでは、モニタユニット122からのレーザは、光学マスク128により所定のパターンのレーザとなり、縮小光学ユニット127が光学マスク128により所定のパターンに形成されたレーザをウエハ210に照射する。 In the laser irradiation apparatus 100 b shown in FIG. 4, the laser from the monitor unit 122 becomes a laser having a predetermined pattern by the optical mask 128, and the laser formed in the predetermined pattern by the reduction optical unit 127 by the optical mask 128 is applied to the wafer 210. Irradiate.
 図5は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。図5に示す例では、レーザ照射装置100cでは、図2に示すレーザ照射装置100の光学系ユニット120とは異なり、メタルマスク129を有する。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration example of a laser irradiation apparatus that performs laser annealing. In the example shown in FIG. 5, the laser irradiation apparatus 100c has a metal mask 129, unlike the optical system unit 120 of the laser irradiation apparatus 100 shown in FIG.
 図5に示すレーザ照射装置100cでは、光学系ユニット120cのモニタユニット122からのレーザは、メタルマスク129を介してウエハ210に照射されることで、ウエハ210のうち、メタルマスク129に形成された所定のパターンに対応する位置に選択的にレーザが照射されることになる。 In the laser irradiation apparatus 100 c shown in FIG. 5, the laser from the monitor unit 122 of the optical system unit 120 c is irradiated on the wafer 210 through the metal mask 129, so that the wafer 210 is formed on the metal mask 129. A laser is selectively irradiated to a position corresponding to a predetermined pattern.
 図6は、ゲルマニウム、結晶シリコン、SiO2に対して種々の波長のレーザを用いてレーザアニールを行った場合における吸収効率を示す図である。図6に示すデータは、“Palik, Edward D. Handbook of the Optical Constants of Solids. Academic Press, 1985.”より取得した。図6において、「Ge」はゲルマニウムに行った結果を示し、「c-Si」は結晶シリコンに行った結果を示し、「SiO2」は、SiO2に行った結果を示す。すなわち、「Ge」、「c-Si」及び「SiO2」は、それぞれ、図1におけるゲルマニウム層50、シリコン基板10、及びマスク層20それぞれに対応する。なお、図7は、1070nmの波長を用いた場合と、970nmの波長を用いた場合、800nmの波長を用いた場合の値を以下に示す表である。 FIG. 6 is a diagram showing the absorption efficiency when laser annealing is performed on germanium, crystalline silicon, and SiO 2 using lasers of various wavelengths. The data shown in FIG. 6 was obtained from “Palik, Edward D. Handbook of the Optical Constants of Solids. Academic Press, 1985”. In FIG. 6, “Ge” indicates the result performed on germanium, “c-Si” indicates the result performed on crystalline silicon, and “SiO 2” indicates the result performed on SiO 2. That is, “Ge”, “c-Si”, and “SiO 2” correspond to the germanium layer 50, the silicon substrate 10, and the mask layer 20, respectively, in FIG. FIG. 7 is a table showing values when a wavelength of 1070 nm is used, when a wavelength of 970 nm is used, and when a wavelength of 800 nm is used.
 図6に示すように、SiO2は、500nm以上2000nm以下の波長を用いた場合、レーザアニールを行った場合における吸収効率は「0」に近い値を示す。また、結晶シリコンは、700nm付近以上2000nm以下の波長を用いた場合、吸収効率は「0」に近い値を示す。一方、ゲルマニウムは、1600nm以下の波長を用いることで、吸収効率が「c-Si」及び「SiO2」より高い値を示す。 As shown in FIG. 6, when SiO2 uses a wavelength of 500 nm or more and 2000 nm or less, the absorption efficiency when laser annealing is performed shows a value close to “0”. Crystalline silicon exhibits a value close to “0” when a wavelength of about 700 nm to 2000 nm is used. On the other hand, germanium exhibits a higher absorption efficiency than “c-Si” and “SiO 2” by using a wavelength of 1600 nm or less.
 すなわち、シリコンは波長が0.7umよりも長い近赤外光の吸収が小さいが、ゲルマニウムは0.7nm以上1.6um以下の近赤外光をよく吸収する。この結果、波長0.7um以上1.6um以下の間で発振するレーザ光を用いることで、ゲルマニウムで選択的に光吸収が発生させることが可能となる。ここで、吸収されたレーザ光のエネルギーが熱エネルギーに変わる結果、ゲルマニウムを選択的に加熱可能となる。 That is, silicon absorbs near-infrared light having a wavelength longer than 0.7 um, but germanium absorbs near-infrared light not less than 0.7 nm and not more than 1.6 um well. As a result, by using laser light that oscillates between wavelengths of 0.7 μm and 1.6 μm, it is possible to selectively generate light absorption with germanium. Here, as a result of the energy of the absorbed laser light being changed to thermal energy, germanium can be selectively heated.
 この結果、上述したように、例えば、650nm以上1650nmの波長のレーザを用いることで、より好ましくは、700nm以上1600nm以下の波長のレーザを用いることで、シリコン基板やマスク層を加熱することなく、ゲルマニウムを選択的に加熱可能となる。 As a result, as described above, for example, by using a laser with a wavelength of 650 nm or more and 1650 nm, more preferably, by using a laser with a wavelength of 700 nm or more and 1600 nm or less, without heating the silicon substrate or the mask layer, Germanium can be selectively heated.
 以下、開示する照射制御方法について、実施例をあげて更に詳細に説明する。ただし、開示する照射制御方法は、下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the disclosed irradiation control method will be described in more detail with reference to examples. However, the disclosed irradiation control method is not limited to the following examples.
(実施例1)~(実施例6)
 ゲルマニウム層が形成されたシリコン基板に対して、以下の条件を用いて、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱するレーザアニールを繰り返し行った。その後、ゲルマニウムの表面より200nm下にある部分において貫通転位の密度を測定した。

レーザのパワー(Power)
実施例1~実施例3:150W
実施例4~実施例6:65W

レーザースポット:1.5mm
基板温度:400℃
雰囲気:N2 15Torr

照射時間(Pulse Length)
実施例1   :9m秒
実施例2及び実施例3:8m秒
実施例4   :45m秒
実施例5及び実施例6:40m秒

繰り返し回数(Cycle)
実施例1及び実施例2:5回
実施例3   :50回
実施例4及び実施例5:5回
実施例6   :50回
(Example 1) to (Example 6)
Laser annealing for heating the silicon substrate on which the germanium layer was formed to an arbitrary temperature lower than the melting point of germanium was repeatedly performed under the following conditions. Thereafter, the density of threading dislocations was measured at a portion 200 nm below the surface of germanium.

Laser power
Example 1 to Example 3: 150 W
Examples 4 to 6: 65 W

Laser spot: 1.5mm
Substrate temperature: 400 ° C
Atmosphere: N2 15 Torr

Irradiation time (Pulse Length)
Example 1: 9 ms Example 2 and Example 3: 8 ms Example 4: 45 ms Example 5 and Example 6: 40 ms

Repeat count (Cycle)
Example 1 and Example 2: 5 times Example 3: 50 times Example 4 and Example 5: 5 times Example 6: 50 times
 ここで、レーザアニールを繰り返し行う点について補足する。図8は、レーザアニールを繰り返し行う点について示す図である。図8に示す例では、横軸が時間軸を示し、縦軸が温度を示す。説明の便宜上、ゲルマニウムの融点となる938℃を示す線を併せて示した。図8に示すように、実施例1~実施例6では、加熱時間レーザアニールを行うことで、ゲルマニウムの温度はゲルマニウムの融点より低い温度まで加熱され、その後、レーザアニールが停止することで、温度がレーザアニール前の温度へと戻る。実施例1から実施例6では、レーザアニールによる加熱とのその後の冷却が繰り返される。なお、図8に示す例では、基板を400℃に加熱している結果、ゲルマニウムの温度も400℃である場合を例に示したが、これに限定されるものではない。 Suppose here that laser annealing is repeated. FIG. 8 is a diagram showing the points where laser annealing is repeatedly performed. In the example shown in FIG. 8, the horizontal axis represents the time axis, and the vertical axis represents the temperature. For convenience of explanation, a line indicating 938 ° C. which is the melting point of germanium is also shown. As shown in FIG. 8, in Examples 1 to 6, by performing laser annealing for heating time, the temperature of germanium is heated to a temperature lower than the melting point of germanium, and then the laser annealing is stopped. Returns to the temperature before laser annealing. In Example 1 to Example 6, the subsequent cooling with heating by laser annealing is repeated. In the example shown in FIG. 8, the case where the temperature of germanium is 400 ° C. as a result of heating the substrate to 400 ° C. is shown as an example, but the present invention is not limited to this.
 図9は、実施例1~実施例6の結果を示す図である。図9では、説明の便宜上、実験条件のうち、レーザのパワーと、照射時間と、繰り返し回数との組み合わせに対応付けて、貫通転位の密度を併せて示した。また、図9の「As grown」に示すように、レーザアニール前における貫通転位の密度も併せて示した。図9に示すように、レーザアニールを繰り返すことで貫通転位の密度が低減した。 FIG. 9 is a diagram showing the results of Example 1 to Example 6. In FIG. 9, for the convenience of explanation, among the experimental conditions, the density of threading dislocations is shown in association with the combination of the laser power, the irradiation time, and the number of repetitions. Further, as shown in “As grown” in FIG. 9, the density of threading dislocations before laser annealing is also shown. As shown in FIG. 9, the density of threading dislocations was reduced by repeating laser annealing.
 図10は、実施例1~実施例6の結果を示す図である。図10では、レーザアニールが実行されたゲルマニウムの断面を38000倍にしたTEM(透過型電子顕微鏡、Transmission Electron Microscope;)写真である。図10では、ゲルマニウム層中に見られる線が、貫通転位を示す。なお、図10に示す例では、説明の便宜上、また、図10の「As grown」に示すように、レーザアニール前における写真も併せて示した。 FIG. 10 is a diagram showing the results of Examples 1 to 6. FIG. 10 is a TEM (Transmission Electron Microscope; Transmission Electron Microscope;) photograph in which the cross section of germanium subjected to laser annealing is 38000 times. In FIG. 10, the lines seen in the germanium layer indicate threading dislocations. In the example shown in FIG. 10, for convenience of explanation, as shown in “As grown” in FIG. 10, a photograph before laser annealing is also shown.
 図10に示されているように、レーザアニールを行わない場合と比較して、レーザアニールを行うことで、貫通転位の密度が減少しているのがわかった。特に、シリコン基板上に設けられるゲルマニウムは、ゲルマニウムの上面から150nmから200nm下の部分が使用されることが多い。ここで、図10に示されるように、ゲルマニウムの上面付近において、特に、貫通転位の密度が減少しているのがわかった。また、このように、ゲルマニウムを選択的に加熱して貫通転位密度を減少可能にでき、繰り返し回数の増加により貫通低位密度を低減可能となる結果、レーザ光の照射回数により、容易に繰り返し熱処理を実施可能となる。 As shown in FIG. 10, it was found that the density of threading dislocations was decreased by performing laser annealing as compared with the case where laser annealing was not performed. In particular, germanium provided on a silicon substrate is often used at a portion 150 nm to 200 nm below the upper surface of germanium. Here, as shown in FIG. 10, it was found that the density of threading dislocations decreased particularly near the upper surface of germanium. In addition, as described above, germanium can be selectively heated to reduce the threading dislocation density, and the low threading density can be reduced by increasing the number of repetitions. Can be implemented.
(実施例7)
 ゲルマニウム層が形成されたシリコン基板に対して、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱するレーザアニールを行う前に200nm下にある部分において貫通転位の密度を測定し、その後、以下の条件を用いてレーザアニールを繰り返し行い、貫通転位の密度を測定した。また、レーザアニールは、ゲルマニウムの温度が850度になるまで加熱を行った。

レーザの波長:1070nm
レーザのパワー:270W
レーザースポット:2mm
基板温度:25℃
雰囲気:大気
照射時間 :40m秒
繰り返し回数:50回
(Example 7)
The density of threading dislocations is measured in a portion under 200 nm before laser annealing for heating the silicon substrate on which the germanium layer is formed to an arbitrary temperature lower than the melting point of germanium. Thereafter, the following conditions are used. Then, laser annealing was repeated, and the density of threading dislocations was measured. Laser annealing was performed until the temperature of germanium reached 850 degrees.

Laser wavelength: 1070 nm
Laser power: 270W
Laser spot: 2mm
Substrate temperature: 25 ° C
Atmosphere: Air exposure time: 40 ms Repeat count: 50 times
 図11-1~図11-4は、実施例7の結果を示す図である。図11-1~図11-4では、実施例7によりレーザアニールが実行されたゲルマニウムの断面を38000倍にしたTEM(透過型電子顕微鏡、Transmission Electron Microscope;)写真である。また、図11-1~図11-4では、ゲルマニウムの上面から150nmから200nm下の部分に貫通転位がある位置に矢印を示した。図11-1及び図11-2は、レーザアニール前を示し、図11-3及び図11-4は、それぞれ、レーザアニール後を示す。図11に示すよう、レーザアニールを行うことで、レーザアニールを繰り返すことで貫通転位の密度が低減した。 11-1 to 11-4 are diagrams showing the results of Example 7. FIG. 11-1 to 11-4 are TEM (transmission electron microscope, Transmission Electron Microscope) photographs obtained by magnifying the germanium section subjected to laser annealing according to Example 7 at 38000 times. Further, in FIGS. 11-1 to 11-4, arrows are shown at positions where threading dislocations exist in a portion 150 nm to 200 nm below the upper surface of germanium. 11-1 and 11-2 show before laser annealing, and FIGS. 11-3 and 11-4 show after laser annealing, respectively. As shown in FIG. 11, by performing laser annealing, the density of threading dislocations was reduced by repeating laser annealing.
(比較例1)及び(比較例2)
 ゲルマニウム層が形成されたシリコン基板に対して、以下の条件を用いて、ゲルマニウムの融点以上の温度に加熱するレーザアニールを行った。具体的には、レーザアニールにより、比較例1においては、ゲルマニウムを980℃まで加熱し、比較例2においては、ゲルマニウムを1500℃まで加熱した。

レーザのパワー
比較例1:14W
比較例2:23W

レーザースポット:0.35mm
基板温度:25℃
雰囲気:大気

照射時間
比較例1:50n秒
比較例2:50n秒

繰り返し回数
比較例1:10回
比較例2:10回

パルスエネルギー
比較例1:0.48mJ
比較例2:0.77mJ
(Comparative Example 1) and (Comparative Example 2)
Laser annealing for heating the silicon substrate on which the germanium layer was formed to a temperature equal to or higher than the melting point of germanium was performed under the following conditions. Specifically, germanium was heated to 980 ° C. in Comparative Example 1 by laser annealing, and germanium was heated to 1500 ° C. in Comparative Example 2.

Laser power comparison example 1: 14 W
Comparative Example 2: 23W

Laser spot: 0.35mm
Substrate temperature: 25 ° C
Atmosphere: Air

Irradiation time comparison example 1: 50 ns Comparison example 2: 50 ns

Repeat number comparison example 1: 10 times Comparative example 2: 10 times

Pulse energy comparison example 1: 0.48 mJ
Comparative Example 2: 0.77 mJ
 図12~図16は、比較例1及び比較例2についての結果を示すための図である。図12~図16では、説明の便宜上、レーザアニールを行っていない場合についても、「As grown」として併せて示した。 12 to 16 are diagrams for showing the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. FIG. In FIGS. 12 to 16, for convenience of explanation, the case where laser annealing is not performed is also shown as “As grown”.
 図12-1は、「As grown」の全体像を示し、図12-2は、比較例1及び比較例2の全体像を示す。矢印に示されているように、SiO2上にゲルマニウムが流れ出しているのがわかる。図13は、比較例1及び比較例2について、EDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)を行った結果を示す。また、図13では、説明の便宜上、SEM写真についても併せて示した。図13の「Ge」に示すように、比較例1及び比較例2では、ゲルマニウムが溶解し、SiO2上に流れ出した。また、図13の「SEM」に示されるSEM写真や「Si」、「Ge」に示されるように、比較例2では、ゲルマニウムとシリコン基板との界面がゲル化した。また、図14~図16は、断面を9900倍にしたTEMである。図14-1、図15-1、図16-1は、「As grown」のものであり、図14-2、図15-2、図16-2は、比較例1のものであり、図14-3、図15-3、図16-3は、比較例2のものである。図14~図16に示すように、比較例1及び比較例2では、「As grown」と比較して、ゲルマニウムが溶解した結果、ゲルマニウムの形状が変化した。 FIG. 12-1 shows an overall view of “As grown”, and FIG. 12-2 shows an overall view of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. As shown by the arrows, it can be seen that germanium flows out on SiO2. FIG. 13 shows the results of EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) for Comparative Example 1 and Comparative Example 2. In FIG. 13, for convenience of explanation, an SEM photograph is also shown. As shown in “Ge” in FIG. 13, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, germanium dissolved and flowed out onto SiO 2. Further, as shown in the SEM photograph shown in “SEM” of FIG. 13 and “Si” and “Ge”, in Comparative Example 2, the interface between germanium and the silicon substrate was gelled. 14 to 16 are TEMs having a cross section of 9900 times. FIGS. 14-1, 15-1, and 16-1 are for “As grown”, and FIGS. 14-2, 15-2, and 16-2 are for Comparative Example 1, and FIG. 14-3, FIGS. 15-3, and 16-3 are those of Comparative Example 2. FIG. As shown in FIGS. 14 to 16, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the shape of germanium was changed as a result of the dissolution of germanium as compared with “As grown”.
10  シリコン基板
20  マスク層
40  バッファ層
50  ゲルマニウム層
10 Silicon substrate 20 Mask layer 40 Buffer layer 50 Germanium layer

Claims (6)

  1.  基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する加熱工程と、
     前記レーザの照射が繰り返されるように制御する制御工程と
     を含むことを特徴とする照射制御方法。
    A heating process of heating to an arbitrary temperature lower than the melting point of germanium by irradiating germanium provided on an arbitrary surface of the substrate with a laser,
    And a control step of controlling the laser irradiation to be repeated.
  2.  前記加熱工程は、前記基板を室温以上500℃以下の温度に加熱しつつ、前記ゲルマニウムに前記レーザを照射することで前記ゲルマニウムを加熱することを特徴とする請求項1に記載の照射制御方法。 The irradiation control method according to claim 1, wherein the heating step heats the germanium by irradiating the germanium with the laser while heating the substrate to a temperature of room temperature to 500 ° C.
  3.  前記基板の前記任意の面のうち、前記ゲルマニウムが設けられていない箇所には、任意のデバイスや配線が設けられるものであって、
     前記加熱工程では、前記基板の任意の面のうち、前記ゲルマニウムが設けられた箇所に選択的にレーザを照射することを特徴とする請求項1に記載の照射制御方法。
    Of the arbitrary surface of the substrate, an arbitrary device or wiring is provided in a location where the germanium is not provided,
    2. The irradiation control method according to claim 1, wherein, in the heating step, a laser is selectively irradiated to a portion where the germanium is provided in an arbitrary surface of the substrate.
  4.  前記レーザの波長は、700nm以上1600nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の照射制御方法。 The irradiation control method according to claim 1, wherein the wavelength of the laser is 700 nm or more and 1600 nm or less.
  5.  前記加熱工程は、前記レーザを1回辺り10n秒以上1秒以下照射することを特徴とする請求項1に記載の照射制御方法。 2. The irradiation control method according to claim 1, wherein the heating step irradiates the laser once for 10 ns to 1 second.
  6.  基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する際に、前記レーザの照射が繰り返されるようにレーザ照射装置を制御する制御部
     を備えることを特徴とする照射制御装置。
    A control unit that controls the laser irradiation device so that the laser irradiation is repeated when heating to an arbitrary temperature lower than the melting point of germanium by irradiating germanium provided on an arbitrary surface of the substrate with a laser. An irradiation control device comprising:
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