歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造方法及びこの方法の中間生成物
【課題】歪シリコン層を有するウェーハ構造体の効率的製造を可能とし、使用されるドナーまたは支持基板は高い再現性で再利用することが可能な方法と中間生成物を提供する。
【解決手段】支持基板1を備え、上面に歪シリコンモデル層3を有するひな形ウェーハを提供する工程と、上記歪シリコンモデル層3上に歪緩和した補助SiGe層8をエピタキシャル成長させる工程と、上記歪緩和した補助SiGe層8上に歪シリコン能動層11をエピタキシャル成長させる工程と、上記構造体を、上記補助SiGe層8に作製された所定分離領域9において分離する工程を含む、歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造方法。
【解決手段】支持基板1を備え、上面に歪シリコンモデル層3を有するひな形ウェーハを提供する工程と、上記歪シリコンモデル層3上に歪緩和した補助SiGe層8をエピタキシャル成長させる工程と、上記歪緩和した補助SiGe層8上に歪シリコン能動層11をエピタキシャル成長させる工程と、上記構造体を、上記補助SiGe層8に作製された所定分離領域9において分離する工程を含む、歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造方法及びそのようなウェーハ構造体製造のための中間生成物に関する。
【背景技術】
【0002】
歪シリコン層を有する構造体の製造は、歪シリコン層がキャリヤ移動度の増大のような優れた電子的特性を有するので、そのような層を使用した電子機器の高効率化に結びつくため、マイクロエレクトロニクスまたはオプトエレクトロニクスにとって大きな興味をもたれている。歪シリコン層を有する構造体の従来の製造方法は非常に複雑で時間のかかるものである。特に知られているのは、シリコン基板上に、徐々にゲルマニウムの含有量が増加するSiGeバッファ層をエピタキシャル成長させる技術である。SiGeバッファ層は通常は、そのような技術を用いて比較的長い時間をかけて成長するが、エピタキシャル成長の最終段階でSiGe層の最上面が可能な限り低い転位密度を有する状態を得るためにはゲルマニウムの含有量の変化はわずかでしかない。そして、SiGeバッファ層の最高のゲルマニウム濃度に相当する一定のゲルマニウム濃度をもつ歪緩和したSiGe層をSiGeバッファ層上に形成する。その後、歪シリコン層をその上に形成する。
【0003】
この技術において、一方において高品質の歪シリコン構造体を得て、他方において高い製造効率を達成するという要求は、高品質を得るためには時間のかかる処理工程が必要なので相容れない要求である。
【0004】
SGOI(シリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ)構造体の別の製造方法においては、シリコン支持基板上に形成された歪緩和したSiGe層がいわゆるSmartCut(登録商標)技術によって基板から分離される。その後、歪エピタキシャルシリコン層が分離SiGe層に形成される。そのようなSGOI層の製造もまた、新しいウェーハを製作する都度SiGe層の形成を繰り返す必要があるために、時間がかかり複雑なものとなる。それは、新しい構造体ごとに少なくとも2回のエピタキシが必要であることを意味する。
【0005】
上記の技術には、複雑な処理工程の繰り返しに加えて、1部分が分離された元の基板を再利用するのに困難を伴うという不利がある。元の基板をもう一度利用できる状態にするためには化学機械研磨工程及び/または化学エッチング工程を利用する必要がある。再利用するためには、元のウェーハは時間のかかる工程をもちいて表面の粗さを減少し、ウェーハの縁に形成された段差形状を除去するためにその厚さを大幅に削減しなければならない。化学エッチングのみを適用するのは更に困難である。なぜなら、徐々に変化する組成を有するSiGe層とその下のシリコン基板の間で界面を認識する際においてエッチング工程は十分には選択的でないためである。従って、化学機械研磨を相補的にまたは化学エッチングの代わりとして用いる必要があるが、再現性及び効率がやや低いものである。
【0006】
WO2004/019404では、ストップ層のような保護層を使用して、再利用中に再利用される層の下の層を保護する方法が記載されている。そのようなストップ層はドナーまたは支持基板上のSiGeバッファ層を保護することは可能であるが、この方法は現状技術に関連するすべての問題を解決できるわけではない。
【0007】
特に、複数の技術的工程を経てきたSiGeバッファ層は転位源を形成するので、新しい使用可能なドナーウェーハを形成し、高品質歪シリコン層形成のための良好な基盤を得るために大幅に転位密度が減少された状態を達成するためには長時間のエピタキシャル成長が必要となる。
【0008】
他のアプローチにおいては、歪緩和したSiGe層の一部分のみが別の基板に転写され、その上で追加成長させて歪シリコン層のための良好な基盤を提供する。この技術によりバッファ層の更なる形成工程を省くことができるため、プロセスの高効率化と、バッファ層による転位形成のリスクの除去につながる。
【0009】
しかし、上記のように転写SiGe層上の繰り返しSiGeエピタキシは制御が困難なため、そのような処理は効率が低いという結果になる。例えば、SiGeエピタキシャル成長前のSiGe層の表面前処理は普通は歪Siの成長より困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
そのため、本発明の目的は、歪シリコン層を有する構造体の効率のよい製造を可能にする方法とその方法の中間生成物を提供することであり、この方法で使用されるドナーまたは支持基板は高い再現性で再利用することができる。
【課題を解決するための手段】
【0011】
この目的は歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造方法により達成され、上記方法は、支持基板を備え、歪シリコンモデル層をその上面に有するひな形ウェーハを提供する工程と、歪シリコンモデル層上に歪緩和した補助SiGe層をエピタキシャル成長する工程と、補助SiGe層上に歪シリコン能動層をエピタキシャル成長する工程と、上記構造体を補助SiGe層内に作製された所定分離領域において分離する工程とを含む。
【0012】
本発明の概念によれば、歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造方法は二つの主要な工程を含む。つまり、能動構造体のためのモデルを形成するひな形ウェーハの製造工程、及び、歪シリコン能動層を形成することにより、ひな形ウェーハの歪シリコンモデル層の特性を複製または複写することにより能動構造体を製造する工程を含む。本発明の方法を使用すれば、歪シリコンモデル層の特質は、補助SiGe層を歪シリコン層間の転写層として使用することにより歪シリコン能動層へ直接転写できる。歪シリコンモデル層、補助SiGe層、及び歪シリコン能動層を単純に連続させることにより、非常に短時間で高品質の歪シリコン能動層を形成できる。能動構造体を上記構造体のひな形ウェーハ部分から分離し、その後両者の構造体を別々に処理することは更に比較的容易である。
【0013】
本発明の好ましい実施形態によれば、本方法は更に、分離工程後に歪シリコン能動層から補助SiGe層の残留部を除去する工程を含む。この工程により分離能動構造体の再利用が可能になる。歪緩和した補助SiGe層と歪シリコン能動層との間の選択性の高いエッチング特性のため、能動構造体を再利用することは非常に容易なことである。
【0014】
本発明の有利性を示す例においては、補助SiGe層の上に成長させる前に歪シリコンモデル層を更にエピタキシャル成長させる。この追加成長歪エピタキシャルシリコン層は、選択性が不完全なエッチングのために再利用工程中の歪シリコン層の厚さの損失分を補償することができる。
【0015】
本発明の更に好ましい実施形態において、本方法は更に、所定分離領域を内部に作製するための補助SiGe層へのイオン注入工程を含む。このイオン注入により、機械的に、熱的に、または衝撃波や他の力を使用して非常に効率よく分離可能な、良好に画定された所定分離領域を作製できる。
【0016】
本発明の他の例によれば、本方法は更に、第2ウェーハを歪シリコン能動層上に接着する工程を含む。第2ウェーハは、分離工程中に歪シリコン能動層に良好な安定性を提供し、その更なる使用のための歪シリコン能動層の良好な基盤を形成できる。
【0017】
本方法は更に、分離工程の前に歪シリコン能動層上にSiGe能動層を成長させる工程を含むことで更に有利になる。このようにしてSGOI(シリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ)能動構造体を分離工程後に形成できる。
【0018】
本発明の他の例において、本方法は更に、SiGe能動層上に第2ウェーハを接着することを含む。第2ウェーハは、後の能動構造体の良好な基盤を形成できると共に、分離工程中の良好な安定性を提供することができる。
【0019】
好ましくは、ひな形ウェーハを提供する工程は、シリコン支持基板と、少なくとも1つの絶縁層と、直接絶縁層上にある歪シリコンモデル層から構成されるSOI構造体を提供する工程を含む。この構造体は、上記のような従来の方法で製造される必要があるのは一度だけであり、その後は、歪シリコンモデル層の特性を複製するために多数回使用できる。
【0020】
本発明の他の変形例において、ひな形ウェーハの提供の工程は、シリコン支持基板と、少なくとも1つの絶縁層と、SiGe層と、歪シリコンモデル層から構成されるSGOI構造体を提供する工程を含む。この構造体もまた、従来の方法で形成することができ、その方法においては歪シリコンモデル層の歪はSiGe層のゲルマニウム濃度に依存する。この構造体が製造される必要があるのは1度だけであり、その後は歪シリコンモデル層の特性の複写または複製のために数回使用できる。
【0021】
本発明が更に、分離工程後に、歪シリコンモデル層から補助SiGe層の残留部を除去する工程を含めば更に有利である。これにより、分離工程後のひな形ウェーハの再利用が可能になる。歪シリコンモデル層から補助SiGe層を除去することは、それらの層の間に良好なエッチング選択性が存在するため、非常に容易である。
【0022】
本発明の目的は、歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造のための中間生成物により更に達成され、上記中間生成物は、支持基板と歪シリコンモデル層を備えるひな形ウェーハと、歪シリコンモデル層上の歪緩和した補助SiGe層を備え、所定分離領域が歪緩和した補助SiGe層内に形成される。歪緩和したSiGe層の厚さはイオン注入と分離により引き起こされる欠陥を取り囲むために十分な厚さであるべきで、典型的には200nm超である。
【0023】
中間生成物において、歪シリコンモデル層の特性は直接、歪シリコン能動層に転写あるいは複製される。中間生成物は、歪緩和した補助SiGe層に形成された所定分離領域に沿って容易に分離できる構造体を形成し、そのため歪シリコン能動層は分離後に、ひな形ウェーハとは分離して使用できる。
【0024】
本発明の更に他の実施形態において、中間生成物は更に歪シリコン能動層上に接着された第2ウェーハを備える。第2ウェーハは、分離工程中及び/または分離後の歪シリコン能動層の良好な支持板となることができる。
【0025】
本発明の有利性を示す他の例において、中間生成物は更に、歪シリコン能動層上にSiGe能動層を備える。この構造体においてはSGOI(シリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ)能動構造体を分離工程後に形成できる。
【0026】
好ましくは、中間生成物は更に、歪シリコンモデル層と補助SiGe層の間に追加成長歪シリコン層を備える。この追加成長歪シリコン層は、ひな形ウェーハの再利用工程中に歪シリコンモデル層の厚さの変化を補償するための助けとなる。
【0027】
本発明の好ましい変形例によれば、ひな形ウェーハは、シリコン支持基板と、少なくとも1つの絶縁層と、歪シリコンモデル層から構成されるSOIウェーハである。このタイプのひな形ウェーハが従来の方法で1度形成されると、その後はその情報をその歪シリコンモデル層から本発明の構造の歪シリコン能動層へ転写するために数回使用できる。
【0028】
本発明の更に他の例において、ひな形ウェーハは、シリコン支持基板と、少なくとも1つの絶縁層と、SiGe層と、歪シリコンモデル層から構成されたSGOIウェーハである。そのようなひな形ウェーハの歪シリコンモデル層の特性は、ひな形ウェーハのSiGe層のゲルマニウム含有量により制御可能である。このひな形ウェーハが製造される必要があるのは1度だけであり、その後は歪シリコン能動層を形成することにより歪シリコンモデル層の特性を複写するために非常に多くの回数使用することができる。
【0029】
本発明を更に完全に理解するために、添付されている図面に非常に詳細に図示され、本発明の例として下記に記述された実施形態を参照されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【0030】
図面を参照すると、図1はSOIひな形ウェーハ4の図を模式的に示している。ひな形ウェーハ4はシリコン基板1と、その上に形成された絶縁層2、その上面に歪シリコンモデル層3から構成されている。シリコン基板1は絶縁層2と歪シリコン層3を支持する。ここに示す例においては、絶縁層2はシリコン酸化物から構成されており、本発明の他の例においては、シリコン窒化物または他の絶縁材料または複数の絶縁材料を含むことができる。
【0031】
歪シリコンモデル層3は例えば、SmartCut(登録商標)処理によってひな形ウェーハ上に形成されている。また、層3は本発明の他の例においては現状技術で知られた他の方法により形成可能である。
【0032】
図2は、シリコン基板1と、絶縁層2と、SiGe層5から構成され、上面に歪シリコンモデル層3を有する他のひな形ウェーハ6の図を模式的に示している。歪緩和したSiGe層5のゲルマニウム含有量は、歪緩和したSiGe層5上面の歪シリコンモデル層3の歪を決定する。ひな形ウェーハ6は、いわゆるSmartCut(登録商標)処理を使用して、または現状技術で知られた他のいずれかの処理により形成することが可能である。
【0033】
図3は、追加成長歪シリコンモデル層7を形成した後の図1におけるひな形ウェーハ4を模式的に示している。追加成長歪シリコンモデル層7の特性は、歪シリコンモデル層3の特性に一致している。追加成長歪シリコンモデル層7は、歪シリコンモデル層3の厚さを効率よく増加して、後の再利用工程中にひな形ウェーハの厚さがいくらかの減少するのを補償する。
【0034】
図4は、追加成長歪シリコンモデル層7上の歪緩和した補助SiGe層8を形成した後の図3における構造体を模式的に示している。歪緩和した補助SiGe層8は、示された例においては一定のゲルマニウム含有量を有している。
【0035】
図5は、歪緩和した補助SiGe層上に歪シリコン能動層11を形成した後の図4における構造体を模式的に示している。歪シリコン能動層11は、歪シリコンモデル層7の歪特性に一致した歪特性を有している。歪シリコン層7と11の特性は、歪シリコン層7と11間の歪緩和した補助SiGe層を介することにより複製または複写される。図5は、ひな形ウェーハ4と、所定分離領域9が中に形成された歪緩和した補助SiGe層8と、その上面の歪シリコン能動層11から構成され、本発明の中間生成物を示している。
【0036】
図6は、物質種10が歪緩和した補助SiGe層8のある深さまでイオン注入され、そこに所定分離領域9を形成するイオン注入工程中の、図5における構造体を模式的に示している。所定分離領域9において、SiGe層の結晶構造は弱められ、機械的な力、熱的作用、または衝撃波を加えることにより、所定分離領域において図6の構造体を分離することが可能である。
【0037】
図7は、歪シリコン能動層11上のSiGe能動層12形成後の図6における構造体を模式的に示している。SiGe能動層12は後で、歪シリコン能動層11と共に、少なくともSGOI(シリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ)能動構造体のような能動構造体の一部を形成する。
【0038】
図8は、第2ウェーハをSiGe能動層上に接着した図7における構造体を模式的に示している。第2ウェーハは、図8の構造体の分離中に、SiGe能動層12と歪シリコン能動層11のための支持板を形成し、その後は、SiGe能動層12と歪シリコン能動層11のための良好な運搬体となる。
【0039】
図8の構造体は、接着工程の後、例えば、機械的な力、熱的作用、衝撃波、またはそのような作用の組み合わせにより分離される。図8の構造体は、所定分離領域9に沿って分離され、図9または図11に示すような構造体となる。
【0040】
図9は、分離工程後の図8における構造体の一つの分離部分を模式的に示している。第1分離部は、第2ウェーハ13と、SiGe能動層12と、歪シリコン能動層11と、前述の歪緩和した補助SiGe層8の残留部14とで構成される。図9に示される残留部14の表面は比較的平坦であるが、表面は非常に粗いことも有り得る。そのため、少なくとも残留部14の表面を平坦にすることは有利である。粗い表面構造体の除去は、化学機械研磨工程、または選択的化学エッチング、またはこれらの手段の組み合わせにより行うことができる。
【0041】
図10は、前述した歪緩和した補助SiGe層8の残留部14を除去した後の図9における構造体を模式的に示している。示された例においては、残留部14は、前述の歪緩和した補助SiGe層8と歪シリコン能動層11の材料間で約1:30という高い選択性があることを利用して、例えば、それぞれの濃度が4/3/0.25のCH3COOH/H2O2/H2O溶液、またはそれぞれの濃度が1/1/5のNH4OH/H2O2/H2O溶液を使用する化学エッチング工程により除去される。
【0042】
図11は、分離後の図8における構造体の第2部分を模式的に示している。図11の構造体は、シリコン支持基板1と、絶縁層2と、歪シリコンモデル3と、追加成長歪シリコンモデル層7と、前述の歪緩和した補助SiGe層8の残留部15から構成される。残留部14に関して上述したように、残留部15の表面もまた、比較的粗であり得るので少なくともこの層15の表面の再利用工程は必要である。
【0043】
図12は、前述の歪緩和した補助SiGe層8の残留部15が除去される再利用工程後の、図11における構造体を模式的に示している。残留部15は好ましくは、前述の歪緩和した補助SiGe層8と、追加成長歪シリコンモデル層7の材料間での約1:30という高いエッチング選択性を利用する選択的化学エッチング工程により除去される。図12の構造体はその後、歪シリコンモデル層3の特性を複製する全工程を繰り返すために、図4に示すようにその上に新しい歪緩和した補助SiGe層を形成するのに再び使用することができる。
【0044】
図3から図12に示す本発明の方法の工程は、図1のひな形ウェーハ4上で実施されるように示され記述されたが、これらの工程はまた、図2のひな形ウェーハ6へ、または本発明の概念において歪シリコンモデル層として使用可能な支持基板及び歪シリコン層を少なくとも有する他のひな形ウェーハにも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明のひな形ウェーハの模式図である。
【図2】本発明の他のひな形ウェーハの模式図である。
【図3】歪シリコンモデル層形成後の図1のひな形ウェーハを示している。
【図4】歪緩和した補助SiGe層形成後の図3の構造体を示している。
【図5】歪シリコン能動層形成後の図4の構造体を示している。
【図6】イオン注入工程中の図5の構造体を示している。
【図7】SiGe能動層形成後の図6の構造体を示している。
【図8】第2ウェーハに接着した図7の構造体を示している。
【図9】分離後の図8の構造体の一部を示している。
【図10】前述の補助SiGe層の残留部の除去後の図9の構造体を示している。
【図11】図8の構造体の他の分離部を示している。
【図12】前述の補助SiGe層の残留部の除去後の図11の構造体の模式図である。
【符号の説明】
【0046】
1:シリコン基板、2:絶縁層、3:歪シリコンモデル層、4:ウェーハ、5:SiGe層、6:ウェーハ、7:追加成長歪シリコンモデル層、8:歪緩和した補助SiGe層、9:分離領域、11:歪シリコン能動層、12:SiGe能動層、13:第2ウェーハ、14:残留部、15:残留部
【技術分野】
【0001】
本発明は、歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造方法及びそのようなウェーハ構造体製造のための中間生成物に関する。
【背景技術】
【0002】
歪シリコン層を有する構造体の製造は、歪シリコン層がキャリヤ移動度の増大のような優れた電子的特性を有するので、そのような層を使用した電子機器の高効率化に結びつくため、マイクロエレクトロニクスまたはオプトエレクトロニクスにとって大きな興味をもたれている。歪シリコン層を有する構造体の従来の製造方法は非常に複雑で時間のかかるものである。特に知られているのは、シリコン基板上に、徐々にゲルマニウムの含有量が増加するSiGeバッファ層をエピタキシャル成長させる技術である。SiGeバッファ層は通常は、そのような技術を用いて比較的長い時間をかけて成長するが、エピタキシャル成長の最終段階でSiGe層の最上面が可能な限り低い転位密度を有する状態を得るためにはゲルマニウムの含有量の変化はわずかでしかない。そして、SiGeバッファ層の最高のゲルマニウム濃度に相当する一定のゲルマニウム濃度をもつ歪緩和したSiGe層をSiGeバッファ層上に形成する。その後、歪シリコン層をその上に形成する。
【0003】
この技術において、一方において高品質の歪シリコン構造体を得て、他方において高い製造効率を達成するという要求は、高品質を得るためには時間のかかる処理工程が必要なので相容れない要求である。
【0004】
SGOI(シリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ)構造体の別の製造方法においては、シリコン支持基板上に形成された歪緩和したSiGe層がいわゆるSmartCut(登録商標)技術によって基板から分離される。その後、歪エピタキシャルシリコン層が分離SiGe層に形成される。そのようなSGOI層の製造もまた、新しいウェーハを製作する都度SiGe層の形成を繰り返す必要があるために、時間がかかり複雑なものとなる。それは、新しい構造体ごとに少なくとも2回のエピタキシが必要であることを意味する。
【0005】
上記の技術には、複雑な処理工程の繰り返しに加えて、1部分が分離された元の基板を再利用するのに困難を伴うという不利がある。元の基板をもう一度利用できる状態にするためには化学機械研磨工程及び/または化学エッチング工程を利用する必要がある。再利用するためには、元のウェーハは時間のかかる工程をもちいて表面の粗さを減少し、ウェーハの縁に形成された段差形状を除去するためにその厚さを大幅に削減しなければならない。化学エッチングのみを適用するのは更に困難である。なぜなら、徐々に変化する組成を有するSiGe層とその下のシリコン基板の間で界面を認識する際においてエッチング工程は十分には選択的でないためである。従って、化学機械研磨を相補的にまたは化学エッチングの代わりとして用いる必要があるが、再現性及び効率がやや低いものである。
【0006】
WO2004/019404では、ストップ層のような保護層を使用して、再利用中に再利用される層の下の層を保護する方法が記載されている。そのようなストップ層はドナーまたは支持基板上のSiGeバッファ層を保護することは可能であるが、この方法は現状技術に関連するすべての問題を解決できるわけではない。
【0007】
特に、複数の技術的工程を経てきたSiGeバッファ層は転位源を形成するので、新しい使用可能なドナーウェーハを形成し、高品質歪シリコン層形成のための良好な基盤を得るために大幅に転位密度が減少された状態を達成するためには長時間のエピタキシャル成長が必要となる。
【0008】
他のアプローチにおいては、歪緩和したSiGe層の一部分のみが別の基板に転写され、その上で追加成長させて歪シリコン層のための良好な基盤を提供する。この技術によりバッファ層の更なる形成工程を省くことができるため、プロセスの高効率化と、バッファ層による転位形成のリスクの除去につながる。
【0009】
しかし、上記のように転写SiGe層上の繰り返しSiGeエピタキシは制御が困難なため、そのような処理は効率が低いという結果になる。例えば、SiGeエピタキシャル成長前のSiGe層の表面前処理は普通は歪Siの成長より困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
そのため、本発明の目的は、歪シリコン層を有する構造体の効率のよい製造を可能にする方法とその方法の中間生成物を提供することであり、この方法で使用されるドナーまたは支持基板は高い再現性で再利用することができる。
【課題を解決するための手段】
【0011】
この目的は歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造方法により達成され、上記方法は、支持基板を備え、歪シリコンモデル層をその上面に有するひな形ウェーハを提供する工程と、歪シリコンモデル層上に歪緩和した補助SiGe層をエピタキシャル成長する工程と、補助SiGe層上に歪シリコン能動層をエピタキシャル成長する工程と、上記構造体を補助SiGe層内に作製された所定分離領域において分離する工程とを含む。
【0012】
本発明の概念によれば、歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造方法は二つの主要な工程を含む。つまり、能動構造体のためのモデルを形成するひな形ウェーハの製造工程、及び、歪シリコン能動層を形成することにより、ひな形ウェーハの歪シリコンモデル層の特性を複製または複写することにより能動構造体を製造する工程を含む。本発明の方法を使用すれば、歪シリコンモデル層の特質は、補助SiGe層を歪シリコン層間の転写層として使用することにより歪シリコン能動層へ直接転写できる。歪シリコンモデル層、補助SiGe層、及び歪シリコン能動層を単純に連続させることにより、非常に短時間で高品質の歪シリコン能動層を形成できる。能動構造体を上記構造体のひな形ウェーハ部分から分離し、その後両者の構造体を別々に処理することは更に比較的容易である。
【0013】
本発明の好ましい実施形態によれば、本方法は更に、分離工程後に歪シリコン能動層から補助SiGe層の残留部を除去する工程を含む。この工程により分離能動構造体の再利用が可能になる。歪緩和した補助SiGe層と歪シリコン能動層との間の選択性の高いエッチング特性のため、能動構造体を再利用することは非常に容易なことである。
【0014】
本発明の有利性を示す例においては、補助SiGe層の上に成長させる前に歪シリコンモデル層を更にエピタキシャル成長させる。この追加成長歪エピタキシャルシリコン層は、選択性が不完全なエッチングのために再利用工程中の歪シリコン層の厚さの損失分を補償することができる。
【0015】
本発明の更に好ましい実施形態において、本方法は更に、所定分離領域を内部に作製するための補助SiGe層へのイオン注入工程を含む。このイオン注入により、機械的に、熱的に、または衝撃波や他の力を使用して非常に効率よく分離可能な、良好に画定された所定分離領域を作製できる。
【0016】
本発明の他の例によれば、本方法は更に、第2ウェーハを歪シリコン能動層上に接着する工程を含む。第2ウェーハは、分離工程中に歪シリコン能動層に良好な安定性を提供し、その更なる使用のための歪シリコン能動層の良好な基盤を形成できる。
【0017】
本方法は更に、分離工程の前に歪シリコン能動層上にSiGe能動層を成長させる工程を含むことで更に有利になる。このようにしてSGOI(シリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ)能動構造体を分離工程後に形成できる。
【0018】
本発明の他の例において、本方法は更に、SiGe能動層上に第2ウェーハを接着することを含む。第2ウェーハは、後の能動構造体の良好な基盤を形成できると共に、分離工程中の良好な安定性を提供することができる。
【0019】
好ましくは、ひな形ウェーハを提供する工程は、シリコン支持基板と、少なくとも1つの絶縁層と、直接絶縁層上にある歪シリコンモデル層から構成されるSOI構造体を提供する工程を含む。この構造体は、上記のような従来の方法で製造される必要があるのは一度だけであり、その後は、歪シリコンモデル層の特性を複製するために多数回使用できる。
【0020】
本発明の他の変形例において、ひな形ウェーハの提供の工程は、シリコン支持基板と、少なくとも1つの絶縁層と、SiGe層と、歪シリコンモデル層から構成されるSGOI構造体を提供する工程を含む。この構造体もまた、従来の方法で形成することができ、その方法においては歪シリコンモデル層の歪はSiGe層のゲルマニウム濃度に依存する。この構造体が製造される必要があるのは1度だけであり、その後は歪シリコンモデル層の特性の複写または複製のために数回使用できる。
【0021】
本発明が更に、分離工程後に、歪シリコンモデル層から補助SiGe層の残留部を除去する工程を含めば更に有利である。これにより、分離工程後のひな形ウェーハの再利用が可能になる。歪シリコンモデル層から補助SiGe層を除去することは、それらの層の間に良好なエッチング選択性が存在するため、非常に容易である。
【0022】
本発明の目的は、歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造のための中間生成物により更に達成され、上記中間生成物は、支持基板と歪シリコンモデル層を備えるひな形ウェーハと、歪シリコンモデル層上の歪緩和した補助SiGe層を備え、所定分離領域が歪緩和した補助SiGe層内に形成される。歪緩和したSiGe層の厚さはイオン注入と分離により引き起こされる欠陥を取り囲むために十分な厚さであるべきで、典型的には200nm超である。
【0023】
中間生成物において、歪シリコンモデル層の特性は直接、歪シリコン能動層に転写あるいは複製される。中間生成物は、歪緩和した補助SiGe層に形成された所定分離領域に沿って容易に分離できる構造体を形成し、そのため歪シリコン能動層は分離後に、ひな形ウェーハとは分離して使用できる。
【0024】
本発明の更に他の実施形態において、中間生成物は更に歪シリコン能動層上に接着された第2ウェーハを備える。第2ウェーハは、分離工程中及び/または分離後の歪シリコン能動層の良好な支持板となることができる。
【0025】
本発明の有利性を示す他の例において、中間生成物は更に、歪シリコン能動層上にSiGe能動層を備える。この構造体においてはSGOI(シリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ)能動構造体を分離工程後に形成できる。
【0026】
好ましくは、中間生成物は更に、歪シリコンモデル層と補助SiGe層の間に追加成長歪シリコン層を備える。この追加成長歪シリコン層は、ひな形ウェーハの再利用工程中に歪シリコンモデル層の厚さの変化を補償するための助けとなる。
【0027】
本発明の好ましい変形例によれば、ひな形ウェーハは、シリコン支持基板と、少なくとも1つの絶縁層と、歪シリコンモデル層から構成されるSOIウェーハである。このタイプのひな形ウェーハが従来の方法で1度形成されると、その後はその情報をその歪シリコンモデル層から本発明の構造の歪シリコン能動層へ転写するために数回使用できる。
【0028】
本発明の更に他の例において、ひな形ウェーハは、シリコン支持基板と、少なくとも1つの絶縁層と、SiGe層と、歪シリコンモデル層から構成されたSGOIウェーハである。そのようなひな形ウェーハの歪シリコンモデル層の特性は、ひな形ウェーハのSiGe層のゲルマニウム含有量により制御可能である。このひな形ウェーハが製造される必要があるのは1度だけであり、その後は歪シリコン能動層を形成することにより歪シリコンモデル層の特性を複写するために非常に多くの回数使用することができる。
【0029】
本発明を更に完全に理解するために、添付されている図面に非常に詳細に図示され、本発明の例として下記に記述された実施形態を参照されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【0030】
図面を参照すると、図1はSOIひな形ウェーハ4の図を模式的に示している。ひな形ウェーハ4はシリコン基板1と、その上に形成された絶縁層2、その上面に歪シリコンモデル層3から構成されている。シリコン基板1は絶縁層2と歪シリコン層3を支持する。ここに示す例においては、絶縁層2はシリコン酸化物から構成されており、本発明の他の例においては、シリコン窒化物または他の絶縁材料または複数の絶縁材料を含むことができる。
【0031】
歪シリコンモデル層3は例えば、SmartCut(登録商標)処理によってひな形ウェーハ上に形成されている。また、層3は本発明の他の例においては現状技術で知られた他の方法により形成可能である。
【0032】
図2は、シリコン基板1と、絶縁層2と、SiGe層5から構成され、上面に歪シリコンモデル層3を有する他のひな形ウェーハ6の図を模式的に示している。歪緩和したSiGe層5のゲルマニウム含有量は、歪緩和したSiGe層5上面の歪シリコンモデル層3の歪を決定する。ひな形ウェーハ6は、いわゆるSmartCut(登録商標)処理を使用して、または現状技術で知られた他のいずれかの処理により形成することが可能である。
【0033】
図3は、追加成長歪シリコンモデル層7を形成した後の図1におけるひな形ウェーハ4を模式的に示している。追加成長歪シリコンモデル層7の特性は、歪シリコンモデル層3の特性に一致している。追加成長歪シリコンモデル層7は、歪シリコンモデル層3の厚さを効率よく増加して、後の再利用工程中にひな形ウェーハの厚さがいくらかの減少するのを補償する。
【0034】
図4は、追加成長歪シリコンモデル層7上の歪緩和した補助SiGe層8を形成した後の図3における構造体を模式的に示している。歪緩和した補助SiGe層8は、示された例においては一定のゲルマニウム含有量を有している。
【0035】
図5は、歪緩和した補助SiGe層上に歪シリコン能動層11を形成した後の図4における構造体を模式的に示している。歪シリコン能動層11は、歪シリコンモデル層7の歪特性に一致した歪特性を有している。歪シリコン層7と11の特性は、歪シリコン層7と11間の歪緩和した補助SiGe層を介することにより複製または複写される。図5は、ひな形ウェーハ4と、所定分離領域9が中に形成された歪緩和した補助SiGe層8と、その上面の歪シリコン能動層11から構成され、本発明の中間生成物を示している。
【0036】
図6は、物質種10が歪緩和した補助SiGe層8のある深さまでイオン注入され、そこに所定分離領域9を形成するイオン注入工程中の、図5における構造体を模式的に示している。所定分離領域9において、SiGe層の結晶構造は弱められ、機械的な力、熱的作用、または衝撃波を加えることにより、所定分離領域において図6の構造体を分離することが可能である。
【0037】
図7は、歪シリコン能動層11上のSiGe能動層12形成後の図6における構造体を模式的に示している。SiGe能動層12は後で、歪シリコン能動層11と共に、少なくともSGOI(シリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ)能動構造体のような能動構造体の一部を形成する。
【0038】
図8は、第2ウェーハをSiGe能動層上に接着した図7における構造体を模式的に示している。第2ウェーハは、図8の構造体の分離中に、SiGe能動層12と歪シリコン能動層11のための支持板を形成し、その後は、SiGe能動層12と歪シリコン能動層11のための良好な運搬体となる。
【0039】
図8の構造体は、接着工程の後、例えば、機械的な力、熱的作用、衝撃波、またはそのような作用の組み合わせにより分離される。図8の構造体は、所定分離領域9に沿って分離され、図9または図11に示すような構造体となる。
【0040】
図9は、分離工程後の図8における構造体の一つの分離部分を模式的に示している。第1分離部は、第2ウェーハ13と、SiGe能動層12と、歪シリコン能動層11と、前述の歪緩和した補助SiGe層8の残留部14とで構成される。図9に示される残留部14の表面は比較的平坦であるが、表面は非常に粗いことも有り得る。そのため、少なくとも残留部14の表面を平坦にすることは有利である。粗い表面構造体の除去は、化学機械研磨工程、または選択的化学エッチング、またはこれらの手段の組み合わせにより行うことができる。
【0041】
図10は、前述した歪緩和した補助SiGe層8の残留部14を除去した後の図9における構造体を模式的に示している。示された例においては、残留部14は、前述の歪緩和した補助SiGe層8と歪シリコン能動層11の材料間で約1:30という高い選択性があることを利用して、例えば、それぞれの濃度が4/3/0.25のCH3COOH/H2O2/H2O溶液、またはそれぞれの濃度が1/1/5のNH4OH/H2O2/H2O溶液を使用する化学エッチング工程により除去される。
【0042】
図11は、分離後の図8における構造体の第2部分を模式的に示している。図11の構造体は、シリコン支持基板1と、絶縁層2と、歪シリコンモデル3と、追加成長歪シリコンモデル層7と、前述の歪緩和した補助SiGe層8の残留部15から構成される。残留部14に関して上述したように、残留部15の表面もまた、比較的粗であり得るので少なくともこの層15の表面の再利用工程は必要である。
【0043】
図12は、前述の歪緩和した補助SiGe層8の残留部15が除去される再利用工程後の、図11における構造体を模式的に示している。残留部15は好ましくは、前述の歪緩和した補助SiGe層8と、追加成長歪シリコンモデル層7の材料間での約1:30という高いエッチング選択性を利用する選択的化学エッチング工程により除去される。図12の構造体はその後、歪シリコンモデル層3の特性を複製する全工程を繰り返すために、図4に示すようにその上に新しい歪緩和した補助SiGe層を形成するのに再び使用することができる。
【0044】
図3から図12に示す本発明の方法の工程は、図1のひな形ウェーハ4上で実施されるように示され記述されたが、これらの工程はまた、図2のひな形ウェーハ6へ、または本発明の概念において歪シリコンモデル層として使用可能な支持基板及び歪シリコン層を少なくとも有する他のひな形ウェーハにも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明のひな形ウェーハの模式図である。
【図2】本発明の他のひな形ウェーハの模式図である。
【図3】歪シリコンモデル層形成後の図1のひな形ウェーハを示している。
【図4】歪緩和した補助SiGe層形成後の図3の構造体を示している。
【図5】歪シリコン能動層形成後の図4の構造体を示している。
【図6】イオン注入工程中の図5の構造体を示している。
【図7】SiGe能動層形成後の図6の構造体を示している。
【図8】第2ウェーハに接着した図7の構造体を示している。
【図9】分離後の図8の構造体の一部を示している。
【図10】前述の補助SiGe層の残留部の除去後の図9の構造体を示している。
【図11】図8の構造体の他の分離部を示している。
【図12】前述の補助SiGe層の残留部の除去後の図11の構造体の模式図である。
【符号の説明】
【0046】
1:シリコン基板、2:絶縁層、3:歪シリコンモデル層、4:ウェーハ、5:SiGe層、6:ウェーハ、7:追加成長歪シリコンモデル層、8:歪緩和した補助SiGe層、9:分離領域、11:歪シリコン能動層、12:SiGe能動層、13:第2ウェーハ、14:残留部、15:残留部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造方法であって、
支持基板(1)を備え、上面に歪シリコンモデル層(3)を有するひな形ウェーハ(4、6)を提供する工程と、
前記歪シリコンモデル層(3)上に歪緩和した補助SiGe層(8)をエピタキシャル成長させる工程と、
前記補助SiGe層(8)上に歪シリコン能動層(11)をエピタキシャル成長させる工程と、
前記構造体を、前記補助SiGe層(8)に作製された所定分離領域(9)において分離する工程と、
を備える製造方法。
【請求項2】
前記分離工程後に前記歪シリコン能動層(11)から前記補助SiGe層(8)の残留部を除去する工程を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記補助SiGe層(8)を上に成長させる前に、前記歪シリコンモデル層(3)を更にエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項4】
前記所定分離領域(9)を中に作製するために前記補助SiGe層(8)へイオン注入を行う工程を更に備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項5】
前記歪シリコン能動層(11)上に第2ウェーハを接着する工程を更に備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項6】
前記分離工程前に前記歪シリコン能動層(11)上にSiGe能動層(12)を成長させる工程を更に備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項7】
前記SiGe能動層(12)上に第2ウェーハを接着する工程を更に備えることを特徴とする請求項6に記載の方法。
【請求項8】
前記ひな形ウェーハ(6)の提供工程は、シリコン支持基板(1)と、少なくとも1つの絶縁層(2)と、前記絶縁層(2)直上の前記歪シリコンモデル層(3)から構成されるSOI構造体を提供する工程を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
【請求項9】
前記ひな形ウェーハ(6)の提供工程は、シリコン支持基板(1)と、少なくとも一つの絶縁層(2)と、SiGe層(5)と、前記歪シリコンモデル層(3)から構成されるSGOI構造体を提供する工程を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
【請求項10】
前記分離工程後に前記歪シリコンモデル層(3)から前記補助SiGe層(8)の残留部を除去する工程を更に備えることを特徴とする前記請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
【請求項11】
歪シリコン層を有するウェーハ構造体を製造するための中間生成物であって、
支持基板(1)と歪シリコンモデル層(3)を備えるひな形ウェーハ(4、6)と、
前記歪シリコンモデル層(3)上にあって所定分離領域(9)がその中に形成された前記歪緩和した補助SiGe層(8)と、
前記補助SiGe層(8)上の歪シリコン能動層(11)と、
を備える中間生成物。
【請求項12】
前記歪シリコン能動層(11)上にSiGe能動層(12)を更に備えることを特徴とする請求項11に記載の中間生成物。
【請求項13】
前記歪シリコン能動層(11)上または前記SiGe能動層(12)上に接着された第2ウェーハ(13)を更に備えることを特徴とする請求項11または12に記載の中間生成物。
【請求項14】
前記歪シリコンモデル層(3)と前記補助SiGe層(8)間に追加成長した歪シリコンモデル層(7)を更に備えることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の中間生成物。
【請求項15】
前記ひな形ウェーハ(4)は、シリコン支持基板(1)と、少なくとも一つの絶縁層(2)と、前記歪シリコンモデル層(3)から構成されるSOIウェーハであることを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の中間生成物。
【請求項16】
前記ひな形ウェーハ(6)は、シリコン支持基板(1)と、少なくとも一つの絶縁層(2)と、SiGe層と、前記歪シリコンモデル層(3)から構成されるSGOIウェーハであることを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の中間生成物。
【請求項1】
歪シリコン層を有するウェーハ構造体の製造方法であって、
支持基板(1)を備え、上面に歪シリコンモデル層(3)を有するひな形ウェーハ(4、6)を提供する工程と、
前記歪シリコンモデル層(3)上に歪緩和した補助SiGe層(8)をエピタキシャル成長させる工程と、
前記補助SiGe層(8)上に歪シリコン能動層(11)をエピタキシャル成長させる工程と、
前記構造体を、前記補助SiGe層(8)に作製された所定分離領域(9)において分離する工程と、
を備える製造方法。
【請求項2】
前記分離工程後に前記歪シリコン能動層(11)から前記補助SiGe層(8)の残留部を除去する工程を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記補助SiGe層(8)を上に成長させる前に、前記歪シリコンモデル層(3)を更にエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項4】
前記所定分離領域(9)を中に作製するために前記補助SiGe層(8)へイオン注入を行う工程を更に備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項5】
前記歪シリコン能動層(11)上に第2ウェーハを接着する工程を更に備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項6】
前記分離工程前に前記歪シリコン能動層(11)上にSiGe能動層(12)を成長させる工程を更に備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項7】
前記SiGe能動層(12)上に第2ウェーハを接着する工程を更に備えることを特徴とする請求項6に記載の方法。
【請求項8】
前記ひな形ウェーハ(6)の提供工程は、シリコン支持基板(1)と、少なくとも1つの絶縁層(2)と、前記絶縁層(2)直上の前記歪シリコンモデル層(3)から構成されるSOI構造体を提供する工程を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
【請求項9】
前記ひな形ウェーハ(6)の提供工程は、シリコン支持基板(1)と、少なくとも一つの絶縁層(2)と、SiGe層(5)と、前記歪シリコンモデル層(3)から構成されるSGOI構造体を提供する工程を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
【請求項10】
前記分離工程後に前記歪シリコンモデル層(3)から前記補助SiGe層(8)の残留部を除去する工程を更に備えることを特徴とする前記請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
【請求項11】
歪シリコン層を有するウェーハ構造体を製造するための中間生成物であって、
支持基板(1)と歪シリコンモデル層(3)を備えるひな形ウェーハ(4、6)と、
前記歪シリコンモデル層(3)上にあって所定分離領域(9)がその中に形成された前記歪緩和した補助SiGe層(8)と、
前記補助SiGe層(8)上の歪シリコン能動層(11)と、
を備える中間生成物。
【請求項12】
前記歪シリコン能動層(11)上にSiGe能動層(12)を更に備えることを特徴とする請求項11に記載の中間生成物。
【請求項13】
前記歪シリコン能動層(11)上または前記SiGe能動層(12)上に接着された第2ウェーハ(13)を更に備えることを特徴とする請求項11または12に記載の中間生成物。
【請求項14】
前記歪シリコンモデル層(3)と前記補助SiGe層(8)間に追加成長した歪シリコンモデル層(7)を更に備えることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の中間生成物。
【請求項15】
前記ひな形ウェーハ(4)は、シリコン支持基板(1)と、少なくとも一つの絶縁層(2)と、前記歪シリコンモデル層(3)から構成されるSOIウェーハであることを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の中間生成物。
【請求項16】
前記ひな形ウェーハ(6)は、シリコン支持基板(1)と、少なくとも一つの絶縁層(2)と、SiGe層と、前記歪シリコンモデル層(3)から構成されるSGOIウェーハであることを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の中間生成物。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2006−121055(P2006−121055A)
【公開日】平成18年5月11日(2006.5.11)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2005−270891(P2005−270891)
【出願日】平成17年9月16日(2005.9.16)
【出願人】(598054968)エス オー アイ テック シリコン オン インシュレータ テクノロジーズ エス.アー. (101)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年5月11日(2006.5.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−270891(P2005−270891)
【出願日】平成17年9月16日(2005.9.16)
【出願人】(598054968)エス オー アイ テック シリコン オン インシュレータ テクノロジーズ エス.アー. (101)
【Fターム(参考)】
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