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FR3031236A1 - - Google Patents

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FR3031236A1
FR3031236A1 FR1563495A FR1563495A FR3031236A1 FR 3031236 A1 FR3031236 A1 FR 3031236A1 FR 1563495 A FR1563495 A FR 1563495A FR 1563495 A FR1563495 A FR 1563495A FR 3031236 A1 FR3031236 A1 FR 3031236A1
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FR
France
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germanium
buffer layer
donor structure
donor
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FR1563495A
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Inventor
Gang Wang
Shawn George Thomas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SunEdison Semiconductor Pty Ltd
SunEdison Semiconductor Ltd
Original Assignee
SunEdison Semiconductor Pty Ltd
SunEdison Semiconductor Ltd
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Publication date
Application filed by SunEdison Semiconductor Pty Ltd, SunEdison Semiconductor Ltd filed Critical SunEdison Semiconductor Pty Ltd
Publication of FR3031236A1 publication Critical patent/FR3031236A1/fr
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Abstract

L'invention concerne des structures donneuses ayant une couche tampon en germanium pour préparer des structures de silicium-germanium sur isolant par transfert de couche. Elle concerne également des structures liées et des procédés pour préparer des structures de silicium-germanium sur isolant par un procédé de transfert de couche.

Description

1 PRÉPARATION DE STRUCTURES DE SILICIUM-GERMANIUM SUR ISOLANT RENVOI À DEMANDE CONNEXE [0001] La présente demande revendique le bénéfice de la demande de brevet provisoire U.S. n° 62/098 450, déposée le 31 décembre 2014, qui est incorporée aux présentes à titre de référence dans sa totalité. DOMAINE DE LA DIVULGATION [0002] Le domaine de la divulgation concerne la préparation de structures de silicium-germanium sur isolant et, en particulier, les procédés qui impliquent l'utilisation d'une couche tampon en germanium, et les structures donneuses et les structures liées utilisées pour préparer de telles structures de silicium-germanium sur isolant. ARRIÈRE-PLAN [0003] Les structures multicouche comprenant une couche de dispositif ayant une surface de qualité de dispositif, telle qu'une couche de dispositif silicium- germanium, sont utiles pour un certain nombre d'objectifs différents. Les dispositifs à base de silicium-germanium peuvent être caractérisés par des propriétés électriques améliorées. De telles couches de dispositif de silicium-germanium peuvent être fabriquées sur un isolant pour réduire les capacités parasites et améliorer l'isolation. Les structures de silicium-germanium sur isolant (SGOI) peuvent être utilisées pour produire une variété de dispositifs et notamment des dispositifs CMOS et MOSFET. [0004] Des structures multicouche incluant des structures donneuses utilisées pour produire des structures SGOI par transfert de couche peuvent inclure de multiples couches de matériau ayant différents coefficients de dilatation thermique. Lors de la fabrication de ces structures, les différents taux de dilatation thermique peuvent créer des contraintes très importantes dans les structures multicouche lorsqu'elles sont chauffées, ce qui peut fracturer la couche ou le substrat de dispositif. Ceci impose de sévères contraintes quant à la température maximale à laquelle ces paires dissemblables peuvent être exposées lors de la fabrication. [0005] Il existe un besoin continu en structures de silicium-germanium sur isolant ayant une qualité de couche de dispositif améliorée et en procédés de transfert de couches pour préparer de telles structures qui sont caractérisées en ce qu'elle présente des dislocations traversantes relativement faibles et un faible bombement de tranche donneuse. 3031236 2 [0006] Cette section a pour objectif de présenter aux lecteurs divers aspects de l'art qui peuvent être associés à divers aspects de la divulgation, qui sont décrits et/ou revendiqués ci-après. Cette étude est censée apporter de l'aide en fournissant au lecteur des informations de contexte pour lui permettre une meilleure 5 compréhension des divers aspects de la présente divulgation. En conséquence, il doit être entendu que ces déclarations doivent être lues à sa lumière, et non comme des admissions de l'art antérieur. RÉSUMÉ [0007] Un aspect de la présente divulgation concerne une structure donneuse semi-conductrice multicouche ayant deux surfaces principales généralement 10 parallèles, l'une étant une surface avant et l'autre étant une surface arrière. La structure donneuse comprend une couche de support en silicium monocristallin et une couche de dispositif comprenant du silicium et du germanium. Une couche tampon relaxée est disposée entre la couche de support en silicium monocristallin et la couche de dispositif. La couche tampon comprend au moins 90 % en poids environ de germanium. La couche 15 de support semi-conductrice monocristalline et la couche tampon semi-conductrice forment une interface support-tampon. [0008] Un autre aspect de la présente divulgation concerne un procédé de préparation d'une structure cristalline multicouche. Des ions choisis dans le groupe constitué d'hydrogène, d'hélium et de combinaisons de ceux-ci sont implantés dans une 20 structure donneuse ayant un axe central et une surface d'implantation généralement perpendiculaire à l'axe central. La structure donneuse comprend une couche de dispositif semi-conductrice comprenant du silicium et du germanium, une couche de support et une couche tampon relaxée en germanium qui est positionnée le long de l'axe central de la structure donneuse entre la surface de dispositif et la couche de support. La couche 25 tampon relaxée en germanium comprend au moins environ 90 % en poids de germanium. Les ions sont implantés dans la structure donneuse à travers la surface d'implantation jusqu'à une profondeur d'implantation suffisante pour former dans la structure donneuse implantée une couche de dommage qui est généralement perpendiculaire à l'axe et située dans la couche tampon et/ou dans la couche de support. La structure donneuse implantée est liée -à une seconde structure pour former une structure liée. La structure donneuse est clivée le long de la couche endommagée pour former une structure cristalline multicouche comprenant la seconde structure, la couche de dispositif et le matériau résiduel. Le matériau résiduel comprend au moins une partie de la couche 3031236 tampon et éventuellement une partie de la couche de support. Le matériau résiduel est éliminé de la structure cristalline multicouche. [0009] Il existe diverses améliorations des caractéristiques notées par rapport aux aspects susmentionnés de la présente divulgation. D'autres caractéristiques 5 peuvent également être incorporées dans les aspects susmentionnés de la présente divulgation. Ces améliorations et caractéristiques supplémentaires peuvent exister individuellement et dans n'importe quelle combinaison. Par exemple, diverses caractéristiques traitées ci-après par rapport à l'un quelconque des modes de réalisation illustrés peuvent être incorporées dans l'un quelconque des aspects décrits plus haut de 10 la présente divulgation, seules ou dans n'importe quelle combinaison. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS [0010] La figure 1A est une représentation schématique en coupe d'une structure donneuse pour préparer une structure SiGe sur isolant ; [0011] la figure 1B est une représentation en coupe schématique d'une seconde structure, avant liaison à la structure donneuse de la figure lA ; 15 [0012] la figure 2 est une représentation en coupe schématique d'une structure liée, résultant d'un contact d'une surface de la structure donneuse de la figure 1A avec la seconde structure de la figure 1B ; [0013] la figure 3 est une représentation en coupe schématique montrant une séparation de la structure liée le long de la couche de dommage dans la couche 20 tampon en germanium ; [0014] la figure 4 est une représentation en coupe schématique de la structure SiGe sur isolant ; et [0015] la figure 5 est une représentation en coupe schématique d'un autre mode de réalisation de la structure donneuse ayant une couche de passivation et 25 une couche d'arrêt de gravure. [0016] Les caractères de référence correspondants indiquent des éléments correspondants tout aux long des dessins. DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0017] Selon la présente divulgation, un processus amélioré pour produire une structure cristalline multicouche et, en particulier, une structure de silicium- 30 germanium sur isolant (« SiGe sur isolant » ou « SGOI ») a été découvert. De manière plus spécifique, on a découvert qu'il est possible d'utiliser une couche tampon en 3031236 4 germanium à contrainte relaxée dans une structure donneuse pour transférer une couche de silicium-germanium de haute qualité pour produire une structure de silicium-germanium sur isolant. Pendant ou après le transfert de couche, la structure liée est clivée dans la couche tampon en germanium et le matériau résiduel peut être éliminé pour 5 produire une couche de silicium-germanium de qualité pour dispositif. [0018] De manière avantageuse, la couche tampon en germanium de la structure donneuse peut comprendre un nombre réduit de dislocations traversantes par rapport aux structures classiques et les dislocations traversantes qui sont présentes peuvent plus facilement glisser et être annihilées lors de la croissance de la couche 10 tampon et des recuits consécutifs. La haute mobilité des dislocations traversantes dans la couche tampon en germanium empêche la formation d'empilements de dislocations dans la couche de dispositif. De tels empilements de dislocation sont associés à un champ de contrainte élevée qui entraîne la migration des atomes de surface conduisant à une rugosité de surface importante et à des ondulations. Un champ de contrainte élevée 15 peut provoquer un problème de transfert de couche et/ou rendre la couche de dispositif susceptible de formation de défaut dans la fabrication du dispositif. Des quantités élevées de dislocations traversantes (par exemple, densité de dislocation > 108 par- cm2) et d'empilements peuvent conduire à un champ de contrainte qui disperse les porteurs, ce qui réduit la mobilité des porteurs et entraîne une faible performance du dispositif. 20 [0019] La réduction de la quantité d'empilements de dislocations dans le tampon de germanium réduit également la contrainte entre la couche tampon en germanium et la couche de dispositif de germanium-silicium, ce qui réduit le renflement et la déformation de la structure donneuse, ce qui permet un meilleur transfert de la couche de dispositif. Le désaccord de réseau entre la couche tampon en germanium à 25 contrainte relaxée et la couche de dispositif de silicium-germanium crée une contrainte de traction dans la couche de dispositif de silicium-germanium, ce qui favorise la migration des atomes de surface, aboutissant à un lissage de la couche de dispositif de silicium-germanium pendant la croissance. Les dislocations qui restent dans la couche tampon en germanium favorisent la relaxation de contrainte de la couche de dispositif de silicium- 30 germanium sans créer de dislocations dans la couche de dispositif. En outre, avant la croissance de la couche de dispositif de silicium-germanium, la couche tampon en germanium peut être lissée de manière suffisante par l'utilisation d'un recuit thermique sans utilisation d'un poli chimique-mécanique comme dans les procédés classiques. Des tampons de germanium relativement épais (par exemple, d'environ 500 nm ou plus, des tampons d'environ 5 pm ou plus ou même de 10 pm ou plus étant préférés) peuvent être 3031236 5 utilisés pour obtenir une faible densité de dislocations traversantes. De manière avantageuse, la couche tampon en germanium de la structure donneuse peut être recyclée de multiples fois.
5 I. Formation de la structure cristalline multicouche [0020] La structure cristalline multicouche de la présente divulgation peut être préparée en implantant des ions dans une structure donneuse comprenant une couche semi-conductrice de dispositif comprenant du germanium et du silicium, une couche de support et une couche tampon en germanium, en liant la structure donneuse implantée à 10 une seconde structure pour former une structure liée, en clivant la couche de support et une partie de la couche tampon en germanium de la couche de dispositif qui reste liée à la seconde structure et en attaquant éventuellement la couche tampon en germanium résiduelle de la couche de dispositif, exposant ainsi la couche de dispositif. [0021] La structure donneuse fournit la couche de dispositif pour la structure 15 cristalline multicouche finale. L'autre substrat sera désigné ci-après comme la « seconde structure ». La seconde structure peut être composée de silicium monocristallin, de saphir, de cristal de quartz, de verre, de carbure de silicium, de silicium, de nitrure de gallium, de nitrure d'aluminium, de nitrure d'aluminium et de gallium, d'arsenic de gallium, d'arsenic d'indium et de gallium ou de n'importe quelles combinaisons de ceux-ci. 20 [0022] La structure Si-Ge sur isolant produite selon la présente divulgation (incluant la structure donneuse et la seconde structure utilisées pour produire de telles structures) peut être de n'importe quel diamètre adapté pour une utilisation par l'homme du métier, par exemple, d'environ 200 mm, d'environ 300 mm, supérieur à environ 300 mm ou même d'environ 450 mm.
25 A. Structure donneuse [0023] Si nous regardons maintenant la figure 1A, la structure donneuse 10 comprend un axe central 12 et deux surfaces principales généralement parallèles, l'une étant une surface avant 16 (également appelée ici « surface d'implantation ») et l'autre 30 étant la surface arrière 2, les deux surfaces étant généralement perpendiculaires à l'axe central 12. La structure donneuse 10 inclut une couche de dispositif de silicium-germanium 14, une couche de support 20 et une couche tampon en germanium 22, qui est positionnée le long de l'axe central 12 de la structure donneuse 10 entre la couche de dispositif 14 et la couche de support 20. La couche de support 20 et la couche tampon en 35 germanium 22 forment une interface de support-tampon et la couche tampon en 3031236 6 germanium 22 et la couche de dispositif de silicium-germanium 14 forment une interface de couche tampon-dispositif. La structure donneuse 10 peut inclure une couche diélectrique optionnelle 8 au niveau de la surface de la structure donneuse. [0024] La couche de dispositif 14 comprend du silicium et du germanium et, 5 dans certains modes de réalisation, contient du silicium et du germanium selon la formule : Sio_,Pex dans laquelle x est compris entre environ 0,5 et environ 1,0. Dans certains modes de réalisation, x est compris entre environ 0,70 et environ 0,85. La couche de dispositif 14 10 peut contenir au moins environ 95 % en poids de silicium et de germanium (à savoir, peut contenir environ 5 % en poids ou moins de composés autre que le silicium et le germanium) ou au moins environ 97,5 % en poids, au moins environ 99 % en poids, au moins environ 99,9 % en poids de silicium et de germanium ou est même constituée essentiellement de silicium et de germanium (à savoir, peut contenir d'autres composés à 15 des quantités d'impuretés uniquement). [0025] En général, la couche de dispositif de silicium-germanium 14 a une épaisseur moyenne qui est adaptée à une utilisation dans la production de dispositifs microélectroniques ou photovoltaïques ; toutefois, la couche de dispositif peut avoir une épaisseur supérieure à celles utilisées sans s'écarter de la portée de la présente 20 divulgation. De manière générale, la couche de dispositif 14 a une épaisseur moyenne d'au moins environ 5 nm, d'ordinaire d'au moins environ 8 nm et peut avoir une épaisseur d'environ 5 nm à environ 300 nm. [0026] La couche tampon en germanium 22 comprend au moins environ 90 % en poids de germanium ou, comme dans d'autres modes de réalisation, au moins environ 25 95 % en poids, au moins environ 97.5 % en poids, au moins environ 99 % en poids, au moins environ 99.9 % en poids de germanium ou est constituée essentiellement de germanium. En général, la couche tampon en germanium 22 a une épaisseur moyenne d'au moins environ 500 nm ou d'au moins environ 750 nm, d'au moins environ 1 pm, d'au moins environ 2 pm, d'au moins environ 3 pm ou même d'au moins environ 4 pm (par 30 exemple, d'environ 500 nm à environ 10 pm, d'environ 500 nm à environ 5 pm, d'environ 750 nm à environ 10 pm ou d'environ 1 pm à environ 5 pm). [0027] La couche de support comprend du silicium monocristallin. De manière générale, la couche de support comprend au moins environ 90 % en poids de silicium ou, comme dans d'autres modes de réalisation, au moins environ 95 % en poids, au moins 35 environ 97.5 % en poids, au moins environ 99 % en poids ou au moins environ 99.9 % en 3031236 7 poids de silicium. En général, la couche de support 20 peut avoir une quelconque épaisseur capable de fournir une intégrité structurelle suffisante pour permettre la délamination de la couche de dispositif 14 et au moins une partie de la couche tampon en germanium 22 et de la couche de support 20 sans s'écarter de la portée de la présente 5 divulgation. En général, la couche de support 20 peut voir une épaisseur moyenne d'au moins environ 100 pm, d'ordinaire d'au moins environ 200 pm et peut avoir une épaisseur d'environ 100 pm à environ 900 pm ou même d'environ 500 pm à environ 800 pm. [0028] Dans certains modes de réalisation, la structure donneuse 10 peut en outre inclure une couche de liaison, telle qu'une couche d'oxyde, des oxydes déposés, 10 TEOS, nitrures CVD ou adhésifs organiques, sur sa surface avant ou après l'implantation d'ions dans la structure donneuse 10 et/ou avant la liaison de la structure donneuse 10 à la seconde structure 26 (figure 1B). En variante ou en outre, une couche de liaison peut être formée sur la seconde structure 26 avant la liaison. L'application de la couche de liaison fournit une interface de liaison entre la structure donneuse 10 et la seconde 15 structure 26 de sorte à prévenir la formation d'espaces interfaciaux qui peuvent se produire lors de la liaison directe de la structure donneuse 10 et de la seconde structure 26. Même si cela n'est pas requis, lorsqu'elle est présente, la couche de liaison peut avoir une épaisseur moyenne d'au moins environ 10 nm, et peut avoir une épaisseur moyenne d'au moins environ 1 pm ou d'au moins environ 3 pm ou plus. 20 [0029] Il est à noter que n'importe quelle technique généralement connue dans l'art peut être utilisée pour former la structure donneuse 10. La couche tampon relaxée en germanium 22 peut être formée par épitaxie. Les processus épitaxiaux appropriés peuvent impliquer la mise en contact de la surface du substrat monocristallin 20 avec un gaz germanium (GeH4, Ge2H6 ou leurs halogénures) à une température entre environ 25 300°C et environ 700°C et une pression entre environ 1 kPa et environ 100 kPa. La couche tampon en germanium 22 devient relaxée lors de la génération de dislocations inadaptées au niveau de l'interface des couches tampon-support. Aux deux extrémités des dislocations inadaptées, se trouve une dislocation traversante. De manière générale, une quelconque couche tampon en germanium 22 ayant une épaisseur d'environ 1 nm 30 commence à se relaxer sans traitement thermique. Les couches tampons 22 ayant une épaisseur d'au moins environ 5 nm (par exemple, d'environ 10 nm ou plus) peuvent être complètement relaxées sans traitement thermique. Une diffraction des rayons X (pour déterminer la constante de réseau) peut être utilisée pour caractériser le degré de relaxation de contrainte dans la couche tampon en germanium 22. La constante de 3031236 8 réseau de la couche tampon en germanium 22 peut être comparée au germanium en masse pour déterminer le degré de relaxation de contrainte. [0030] Après dépôt, la couche tampon en germanium à contrainte relaxée 22 (avant un quelconque autre recuit) peut inclure une densité de dislocations traversantes 5 inférieure à celle d'autres couches tampons classiques. Dans certains modes de réalisation, la densité des dislocations traversantes dans la couche tampon en germanium 22 de la structure donneuse 10 est inférieure à environ 1 x 108 par cm2, inférieure à environ 5 x 107 par cm2, inférieure à environ 1 x 107 par cm2, inférieure à environ 5 x 106 par cm2, inférieure à environ 1 x 106 par cm2, inférieure à environ 5 x 105 par cm2 ou 10 encore inférieure à environ 1 x 105 dislocations par cm2. [0031] Une fois que la couche tampon en germanium 22 est déposée, le tampon 22 et le substrat 20 sont recuits pour réduire les dislocations traversantes dans la couche tampon en germanium 22 et pour lisser sa surface. Le recuit peut être effectué dans une atmosphère d'hydrogène, d'azote et/ou d'argon et à une température d'au moins environ 15 600°C. Le recuit peut être effectué pendant au moins environ une seconde (par exemple, au moins environ 5 secondes ou au moins environ 10 secondes). De manière générale, des recuits d'environ 30 secondes ou moins sont suffisants pour réduire la dislocation traversante et lisser la surface, toutefois, des recuits plus longs peuvent être utilisés. [0032] La couche de dispositif de silicium-germanium 14 peut être déposée par 20 dépôt épitaxial par utilisation d'un mélange d'un ou plusieurs gaz de silicium (SiH4, Si2H6, Si3H8 ou leurs halogénures) et d'un ou plusieurs gaz de germanium (GeH4, Ge2H6 ou leurs halogénures) à une température comprise entre environ 300°C et environ 700°C et une pression comprise entre 1 kPa et environ 100 kPa. De manière générale, la couche de silicium-germanium 14 est relativement uniforme dans la distribution de silicium et de 25 germanium sur l'ensemble de son épaisseur (par exemple, la concentration (molaire ou en poids) de silicium et/ou de germanium ne varie pas de plus d'environ 25 % entre le haut et le bas de la couche 14 ou de plus d'environ 10 %, de plus d'environ 5 % ou de plus d'environ 1 % entre le haut et le bas de la couche 14). [0033] Un autre mode de réalisation de la structure donneuse est représenté sur 30 la figure 5. La structure donneuse 100 inclut une couche d'arrêt de gravure 50 disposée entre la couche de dispositif de silicium-germanium 14 et la couche tampon en germanium 22. La couche tampon 22 et la couche d'arrêt de gravure 50 forment une interface tampon-arrêt de gravure et la couche d'arrêt de gravure 50 et la couche de dispositif 14 forment une interface dispositif-arrêt de gravure. La couche d'arrêt de 35 gravure 50 peut être composée de silicium (par exemple, d'au moins environ 90 % en 3031236 9 poids, d'au moins environ 95 % en poids ou d'au moins environ 99 % en poids) et peut être déposée par épitaxie à une température entre environ 300°C et environ 600°C et une pression entre environ 1 kPa et environ 100 kPa. La couche d'arrêt de gravure 50 peut avoir une épaisseur moyenne d'au moins environ 0,5 nm ou d'au moins environ 1 nm, 5 d'au moins environ 5 nm ou d'au moins environ 10 nm (par exemple, d'environ 0,5 nm à environ 20 nm). La couche d'arrêt de gravure 50 peut être contrainte ou relaxée. Dans certains modes de réalisation, la couche d'arrêt de gravure 50 est contrainte pour empêcher la génération de défauts supplémentaires, tels que des dislocations traversantes, ce qui améliore la qualité de la couche de dispositif de silicium-germanium 10 14. [0034] La structure donneuse 100 peut également contenir une couche de passivation au silicium 54 disposée sur la couche de dispositif de silicium-germanium 14. La couche de passivation 54 agit pour réduire la fuite du dispositif et améliorer la performance du dispositif dans la structure SiGe sur isolant résultante. La couche de 15 passivation au silicium 54 peut être composée de silicium (par exemple, d'au moins environ 90 % en poids, d'au moins environ 95 % en poids ou d'au moins environ 99 % en poids) et peut être déposée par épitaxie dans des conditions similaires à celles de la couche d'arrêt de gravure 50 décrite plus haut. La couche de passivation 54 peut avoir une épaisseur d'au moins environ 0,5 nm (par exemple, d'environ 0,5 nm à environ 2 nm). 20 [0035] Il est à noter qu'alors que la structure donneuse 100 est représentée avec à la fois une couche d'arrêt de gravure 50 et une couche de passivation 54, la structure peut comprendre une couche d'arrêt de gravure 50 sans couche de passivation 54 ou peut comprendre une couche de passivation 54 sans couche d'arrêt de gravure 50. [0036] Dans certains modes de réalisation, la surface de la couche tampon en 25 germanium 22 est lissée avant dépôt de la couche de dispositif de silicium-germanium 14 (Fig.
1A) ou de la couche d'arrêt de gravure 50 (figure 5). La surface de la couche tampon en germanium 22 peut être lissée par le recuit thermique décrit plus haut. Le recuit peut réduire la rugosité de surface (RMS) de la couche tampon 22 à moins d'environ 1 nm à une taille de balayage d'environ 2 pm x environ 2 pm ou à moins 30 d'environ 0,75 nm ou encore à moins d'environ 0,5 nm à une taille de balayage d'environ 2 pm x environ 2 pm (par exemple, d'environ 0,1 nm à environ 1 nm, d'environ 0,1 nm à environ 0,75 nm, d'environ 0,25 nm à environ 1 nm ou d'environ 0,25 nm à environ 0,75 nm à une taille de balayage d'environ 2 pm x environ 2 pm). De manière générale, la rugosité de surface souhaitée (par exemple, inférieure à environ 1 nm, inférieure à 3031236 10 environ 0,75 nm ou même inférieure à environ 0,5 nm) peut être obtenue sans une étape de polissage (par exemple, une étape de polissage chimique-mécanique). [0037] La structure donneuse peut inclure une couche diélectrique 8 disposée sur la surface de la couche de dispositif de silicium-germanium 14 (figure 1A) ou sur la 5 surface de la couche de passivation 54 (figure 5). La couche diélectrique 8 peut être composée de dioxyde de silicium ou de nitrure de silicium et peut également agir comme la couche de liaison décrite plus haut. La couche diélectrique 8 peut être formée par recuit thermique de la structure dans une atmosphère contenant de l'oxygène à une température entre environ 700°C et environ 900°C et à une pression d'environ 0,1 kPa à 10 environ 100 kPa. La couche diélectrique 8 peut avoir une épaisseur moyenne comprise entre environ 1 nm et environ 100 nm. [0038] Il est à noter que les plages et valeurs d'épaisseur minimales définies plus haut ne sont pas extrêmement critiques, tant que l'épaisseur est suffisante pour effectuer un transfert de la couche de dispositif vers la seconde couche par n'importe 15 lequel des processus susmentionnés. [0039] Si nous regardons à nouveau la figure 1A, des ions, tels que les ions hydrogène et/ou hélium, sont implantés à travers la surface d'implantation 16 à une profondeur sensiblement uniforme. Dans l'exemple de mode de réalisation, les ions sont implantés à travers la surface d'implantation 16 et dans le tampon de germanium 22 à 20 une profondeur d'implantation qui est supérieure à l'épaisseur de la couche de dispositif 14 et n'importe quelle couche supplémentaire telle qu'une couche diélectrique 8, une couche de passivation 54 (figure 5) ou une couche d'arrêt de gravure 50. Dans un autre mode de réalisation, les ions peuvent être implantés à travers la surface d'implantation 16 et dans la couche de support 20. L'implantation ionique définit une couche de dommage 25 24 dans la couche dans laquelle les ions sont implantés. Dans l'exemple de mode de réalisation, comme le montrent la figure 1A et la figure 5, l'implantation ionique définit une couche de dommage 24 à l'intérieur de la couche tampon en germanium 22. [0040] En général, des ions sont implantés à une profondeur moyenne qui est suffisante pour assurer un transfert satisfaisant de la couche de dispositif 14 lors d'un 30 processus de liaison et de clivage consécutif. De préférence, la profondeur d'implantation est minimisée pour réduire la quantité de couche tampon en germanium 22 transférée avec la couche de dispositif 14. En général, les ions sont implantés jusqu'à une profondeur d'au moins environ 200 A ou même d'au moins environ 1 pm en dessous de la surface d'implantation en fonction de l'épaisseur de la couche de dispositif 14. Dans 35 certains modes de réalisation, les ions peuvent être implantés jusqu'à une profondeur 3031236 11 d'au moins environ 20 nm, d'ordinaire d'au moins environ 90 nm, d'au moins environ 250 nm ou même d'au moins environ 500 nm. Il est à noter, cependant, que de plus grandes profondeurs d'implantation peuvent être utilisées sans s'écarter de la portée de la présente divulgation puisqu'elles ne font qu'augmenter la quantité de couche tampon 22 5 et/ou de couche de support 20 qui sera éliminée après clivage pour révéler la couche de dispositif 14. Par conséquent, il peut être préférable d'implanter les ions jusqu'à une profondeur d'environ 200 A à environ 1 pm ou même d'environ 20 nm à environ 500 nm. [0041] L'implantation ionique peut être réalisée grâce à des moyens connus dans l'art. Par exemple, l'implantation peut être réalisée d'une manière conforme au 10 processus du brevet U.S. n° 6 790 747, dont le contenu global est incorporé aux présentes à titre de référence à toutes fins pertinentes et cohérentes. Dans certains modes de réalisation, une énergie représentant par exemple au moins environ 10 keV, au moins environ 20 keV, au moins environ 80 keV ou au moins environ 120 keV peut être utilisée pour implanter de l'hydrogène à un dosage d'au moins environ 1 x 1016 ions/cm2, 15 au moins environ 2 x 1016 ions/cm2, au moins environ 1 x 1017 ions/cm2, ou même au moins environ 2 x 1017 ions/cm2. D'ordinaire, la concentration d'hydrogène implanté peut être d'environ 2 x 1016 ions/cm2 à environ 6 x 1016 ions/cm2. Il est à noter que de l'hydrogène peut être implanté comme H2+ ou en variante comme H+ sans s'écarter de la portée de la présente divulgation. 20 [0042] Dans d'autres modes de réalisation, une énergie représentant, par exemple, au moins environ 10 keV, au moins environ 20 keV, au moins environ 30 keV, au moins environ 50 keV, au moins environ 80 KeV ou même au moins environ 120 keV peut être utilisée pour implanter de l'hélium à un dosage d'au moins environ 5 x 1015 ions/cm2, d'au moins environ 1 x 1016 ions/cm2, d'au moins environ 5 x 1016 ions/cm2, ou 25 même d'au moins environ 1 x 1017 ions/cm2. D'ordinaire, la concentration d'hélium implantée peut être d'environ 1 x 1016 ions/cm2 à environ 3 x 1016 ions/cm2. [0043] Dans d'autres modes de réalisation, à la fois des ions hydrogène et hélium sont implantés. Il est à noter que l'implantation d'hydrogène et d'hélium en combinaison peut être réalisée de manière concurrente ou en séquence, l'hydrogène 30 étant implanté avant l'hélium, ou en variante, l'hélium étant implanté avant l'hydrogène. De préférence, l'hydrogène et l'hélium sont implantés en séquence, l'hélium étant implanté le premier en utilisant au moins environ 10 keV, au moins environ 20 keV ou au moins environ 30 keV, au moins environ 50 keV, au moins environ 80 KeV ou même au moins environ 120 keV pour implanter l'hélium à un dosage d'au moins environ 5 x 1015 35 ions/cm2, d'au moins environ 1 x 1016 ions/cm2, d'au moins environ 5 x 1016 ions/cm2 ou 3031236 12 encore d'au moins environ 1 x 1017 ions/cm2 et puis l'hydrogène étant implanté sensiblement à la même profondeur que l'hélium en utilisant au moins environ 10 keV, au moins environ 20 keV, au moins environ 30 keV, au moins environ 50 keV, au moins environ 80 KeV ou même au moins environ 120 keV pour implanter l'hydrogène à un 5 dosage d'au moins environ 5 x 1015 ions/cm2, d'au moins environ 1 x 1016 ions/cm2, d'au moins environ 5 x 1016 ions/cm2 ou même d'au moins environ 1 x 1017 ions/cm2. Dans un mode de réalisation, par exemple, environ 1 x 1016 He ions/cm2 sont implantés en utilisant environ 36 keV dans la structure donneuse, après quoi environ 5 x 1015 H2+ ions/cm2 sont implantés à environ 48 keV ou en variante environ 1 x 1016 H+ ions/cm2 sont 10 implantés à environ 24 keV dans la structure donneuse. La quantité spécifique d'énergie requise pour effectuer l'implantation des ions dans la structure donneuse dépend du type et de la forme de l'ion/des ions choisis, de la structure cristallographique du matériau à travers lequel et dans lequel les ions sont implantés et de la profondeur d'implantation souhaitée. Il est à noter que l'implantation peut être effectuée à n'importe quelle 15 température adaptée à une telle implantation. D'ordinaire, toutefois, l'implantation peut être effectuée à température ambiante. Il doit en outre être noté qu'à cet égard, la température d'implantation à laquelle il est fait référence est la température globale et que des pics de température localisés peuvent survenir au niveau du site réel du faisceau ionique en raison de la nature de l'implantation ionique. 20 [0044] Une fois l'implantation effectuée, la structure donneuse 10 peut être traitée thermiquement pour commencer la formation d'un plan de clivage au niveau de la couche de dommage 24. Par exemple, la structure donneuse peut être traitée thermiquement à une température d'environ 150°C à environ 375°C pendant une période d'environ 1 heure à environ 100 heures. Dans une variante de mode de réalisation, telle 25 que décrite ci-après, ce traitement thermique peut être combiné avec un traitement thermique effectué après la liaison de la structure donneuse 10 à la seconde structure 26 de sorte à renforcer simultanément la liaison entre la structure donneuse 10 et la seconde structure 26 et à commencer la formation du plan de clivage au niveau de la couche de dommage 24.
30 B. Seconde structure [0045] Si nous regardons maintenant la figure 1B, la seconde structure 26 comprend soit une tranche unique, soit une tranche multicouche ayant une surface de liaison 28. Dans l'exemple de mode de réalisation, comme le montre la figure 1B, la 35 seconde structure 26 comprend un substrat unique. Le substrat peut être composé d'un 3031236 13 matériau choisi dans le groupe constitué de silicium monocristallin, de saphir, de cristal de quartz, de verre, de carbure de silicium, de silicium, de nitrure de gallium, de nitrure d'aluminium, de nitrure de gallium et d'aluminium ou de quelconques combinaisons de ceux-ci. Dans un mode de réalisation préféré, la seconde structure 26 comprend une 5 tranche de silicium monocristallin. Le substrat 26 peut avoir une épaisseur comprise entre environ 200 pm et environ 1500 pm ou entre environ 500 pm et environ 750 pm. [0046] Dans d'autres modes de réalisation, la seconde structure inclut une couche diélectrique (non représentée) disposée sur celle-ci. La couche diélectrique peut être composée de dioxyde de silicium ou de nitrure de silicium et peut également agir 10 comme une couche de liaison pour faciliter la liaison de la structure donneuse 10 à la seconde structure 26. La couche diélectrique peut être formée comme expliqué plus haut par rapport à la couche diélectrique 8 de la structure donneuse 10. D'ordinaire, au moins l'une de la structure donneuse 10 et de la seconde structure 26 inclut une couche diélectrique. Dans certains modes de réalisation, une couche diélectrique est formée à la 15 fois sur la structure donneuse 10 et la seconde structure 26, à savoir, les couches diélectriques peuvent agir comme des couches de liaison pour le transfert de couche. Après liaison, les deux couches diélectriques liées se combinent pour former la couche diélectrique de la structure Si-Ge sur isolant. La couche diélectrique peut être thermoformée comme décrit plus haut par rapport à la couche diélectrique 8. En variante, 20 elle peut être déposée par CVD (par exemple, pour le dioxyde de silicium, le nitrure de silicium), par dépôt en couches atomiques (par exemple, pour l'oxyde d'aluminium, l'oxyde d'hafnium, l'oxyde de zirconium) ou par épitaxie par faisceaux moléculaires (par exemple, pour l'oxyde de niobium, l'oxyde de gadolinium et d'autres oxydes des terres rares).
25 C. Liaison de tranche et transfert de la couche de dispositif [0047] Une fois que la structure donneuse 10 et la seconde structure 26 ont été préparées ou sélectionnées, la formation de la structure cristalline multicouche finale comprend le transfert de la couche de dispositif en silicium-germanium 14 (ou de la 30 couche de passivation 54 ou de la couche de liaison si elle est utilisée) de la structure donneuse 10 sur la seconde structure 26. En règle générale, ce transfert est accompli en mettant en contact la surface d'implantation 16 avec la surface de liaison 28 de la seconde structure 26 afin de former une seule structure liée 30 (figure 2) avec une interface de liaison 32 entre les deux surfaces, et en clivant ou séparant la structure liée le 35 long du plan de clivage le long de la couche de dommage 24. 3031236 14 [0048] Avant la liaison, la surface d'implantation 16 et/ou la surface de liaison 28 peuvent éventuellement subir un nettoyage, une brève gravure et/ou une planarisation pour préparer ces surfaces à la liaison, à l'aide de techniques connues dans l'art. Sans pour autant s'en tenir à une théorie particulière, on pense généralement que la qualité des 5 deux surfaces avant la liaison aura un impact direct sur la qualité ou la résistance de l'interface de liaison résultante. [0049] En variante ou en plus d'un conditionnement supplémentaire de la surface d'implantation 16 et/ou de la surface de liaison 28, une couche de liaison peut être formée sur la surface d'implantation et/ou la surface de liaison avant de lier la 10 structure donneuse 10 à la seconde structure 26. Il est à noter que lorsqu'une couche de liaison est formée sur la structure donneuse 10, une telle formation peut être effectuée avant ou après l'étape d'implantation. La couche de liaison peut comprendre n'importe quel matériau adéquat pour lier la structure donneuse 10 à la seconde structure 26 incluant par exemple une couche d'oxyde telle que du dioxyde de silicium, du nitrure de 15 silicium, des oxydes déposés, tels que TEOS, et des adhésifs de liaison. Sans pour autant s'en tenir à une théorie particulière, l'inclusion de la couche de liaison assure une interface de liaison entre la structure donneuse 10 et la seconde structure 26 afin d'empêcher la formation d'espaces interfaciaux qui peuvent survenir au cours de la liaison directe de la structure donneuse 10 et de la seconde structure 26. La température de 20 croissance de l'oxyde thermique peut aller d'au moins environ 800°C à environ 1100°C (et pas plus d'environ 943°C s'il se développe sur la structure donneuse 10), et l'épaisseur de la couche de liaison va d'ordinaire d'environ 10 nm à environ 200 nm. L'atmosphère sous laquelle la couche de liaison se développe comprend d'ordinaire de l'oxygène, de l'azote, de l'argon et/ou des mélanges de ceux-ci pour des oxydations sèches et de la vapeur 25 d'eau pour des oxydations humides. Des oxydes déposés par dépôt chimique en phase vapeur sont d'ordinaire déposés à de basses températures (c'est-à-dire d'environ 400°C à environ 600°C). En outre, certains adhésifs de liaison peuvent être appliqués sur une épaisseur d'au moins 1 pm à température ambiante, ou à une température légèrement supérieure, puis cuits ou durcis ensuite à des températures pouvant atteindre 30 approximativement 200°C. [0050] La rugosité de la surface est un moyen permettant de mesurer quantitativement la qualité de la surface, des valeurs de rugosité de surface inférieures correspondant à une surface de qualité supérieure. Par conséquent, la surface d'implantation 16 de la structure donneuse 10 et/ou la surface de liaison 28 de la seconde 35 structure 26 peuvent subir un traitement pour réduire la rugosité de surface. Par exemple, 3031236 15 dans un mode de réalisation, la rugosité de la surface est inférieure à environ 5 A. Cette valeur RMS abaissée peut être atteinte avant liaison par nettoyage et/ou planarisation. Le nettoyage peut être réalisé conformément à une procédure de nettoyage chimique par voie humide, telle qu'un processus de préparation de surface hydrophile. Un processus 5 de préparation de surface hydrophile commun est un processus de nettoyage RCA SC1, dans lequel les surfaces sont mises en contact avec une solution contenant de l'hydroxyde d'ammonium, du peroxyde d'hydrogène et de l'eau à un rapport, par exemple, de 1:4:20 à environ 60°C pendant environ 10 minutes, suivi par un rinçage à l'eau désionisée et un essorage centrifuge. La planarisation peut être réalisée à l'aide d'une 10 technique de polissage mécanique chimique (CMP). En outre, l'une des surfaces ou les deux peuvent faire l'objet d'une activation par plasma pour accroître la résistance d'adhésion résultante avant, après, ou à la place d'un processus de nettoyage par voie humide. L'environnement plasmatique peut inclure, par exemple, de l'oxygène, de l'ammoniaque, de l'argon, de l'azote, du diborane ou de la phosphine. Dans un mode de 15 réalisation préféré, l'environnement d'activation par plasma est choisi dans le groupe constitué d'azote, d'oxygène et de combinaisons de ceux-ci. [0051] Référons-nous à présent à la figure 2, sur laquelle la structure donneuse 10 est liée à la seconde structure 26 en rassemblant la surface d'implantation 16 de la structure donneuse 10 et la surface de liaison 28 de la seconde structure 26 pour former 20 une interface de liaison 32. En règle générale, la liaison de tranche peut être accomplie en utilisant essentiellement une quelconque technique connue dans l'art, étant donné que l'énergie utilisée pour accomplir la formation de l'interface de liaison est suffisante pour assurer que l'intégrité de l'interface de liaison est maintenue au cours du traitement ultérieur, tel qu'un transfert de couche par clivage mécanique ou séparation thermique.
25 D'ordinaire, cependant, la liaison de tranche est accomplie par la mise en contact de la surface d'implantation 16 de la structure donneuse 10 et de la surface de liaison 28 de la seconde structure 26 à température ambiante, suivie par un recuit à basse température pendant une période de temps suffisante pour produire une interface de liaison ayant une résistance d'adhésion supérieure à environ 500 mJ/m2, environ 750 mJ/m2, environ 1000 30 mJ/m2, ou plus. Pour parvenir à de telles valeurs de résistance d'adhésion, le chauffage à d'ordinaire lieu à des températures d'au moins environ 200°C, d'au moins environ 300°C, d'au moins environ 400°C, voire même d'environ 500°C ou plus pendant une période de temps d'au moins environ 5 minutes, environ 30 minutes, environ 60 minutes, voire même d'environ 300 minutes ou plus. Comme indiqué ci-dessus, ce recuit thermique à basse 35 température peut être effectué en plus ou à la place du traitement thermique de la 3031236 16 structure donneuse 10 avant la liaison, qui est décrite ci-dessus. Dans un mode de réalisation dans lequel la structure donneuse 10 n'est pas thermiquement recuite avant liaison, le recuit thermique à basse température de la structure liée 30 facilite à la fois le renforcement de l'interface de liaison ainsi que la formation du plan de clivage qui est 5 situé le long de la couche de dommage 24. [0052] Référons-nous à présent à la figure 3, sur laquelle, après que l'interface de liaison 32 a été formée, la structure liée résultante 30 est soumise à des états suffisants pour induire une fracture le long de la couche de dommage 24 à l'intérieur de la couche tampon en germanium 22 ou de la couche de support 20. En règle générale, cette 10 fracture peut être accomplie à l'aide de techniques connues dans l'art, telle que par un clivage mécanique ou thermique. D'ordinaire, cependant, la fracture est réalisée par recuit de la structure liée 30 à une température élevée pendant une période de temps pour induire une fracture. Par exemple, la température de recuit peut être d'au moins environ 200°C, d'au moins environ 250° ou plus. Dans certains modes de réalisation, le recuit 15 peut même être réalisé à des températures d'au moins environ 350°C, environ 450°C, environ 550°C, environ 650°C, voire environ 750°C, d'ordinaire à des températures d'environ 200°C à environ 750°C, et de manière plus habituelle d'environ 200°C à environ 400°C. Il est à noter, cependant, qu'en raison des différents coefficients de dilatation thermique des divers matériaux présents, il est souvent préférable de réaliser le recuit 20 susmentionné à des températures plus basses. A ce titre, le recuit peut être de préférence réalisé à une température de recuit d'environ 200°C à environ 300°C. Le recuit est réalisé sur une période de temps d'au moins environ 5 minutes, environ 30 minutes, environ 60 minutes, voire d'environ 300 minutes. Des températures de recuit supérieures nécessiteront des temps de recuit plus courts, et vice versa. L'étape de recuit peut être 25 menée dans une atmosphère ambiante ou inerte, par exemple, sous argon ou azote. [0053] Dans un mode de réalisation préféré, la séparation (à savoir la fracture de la structure le long de la couche de dommage 24 à l'intérieur de la couche tampon en germanium 22 ou de la couche de support 20) inclut l'application de force mécanique, soit seule, soit en plus du processus de recuit. Les moyens réels d'application d'une telle force 30 mécanique ne sont pas essentiels à la présente divulgation, c'est-à-dire que tout procédé connu d'application d'une force mécanique pour induire la séparation dans une structure semi-conductrice peut être utilisé, tant qu'un dommage sensible de la couche de dispositif 14 est évité. [0054] Référons-nous à nouveau à la figure 3, sur laquelle deux structures 34, 35 36, sont formées lors de la séparation. Si la séparation de la structure liée 30 (figure 2) 3031236 17 survient le long de la couche de dommage 24 dans la couche tampon en germanium 22, et si le plan de clivage ne coïncide pas avec l'interface de liaison 32, mais est au contraire présent dans la couche tampon en germanium 22, une partie de la couche tampon en germanium 22 fait partie des deux structures. Dans l'exemple de mode de réalisation, la 5 structure 34 comprend la couche de support 20 et une partie 38 de la couche tampon en germanium 22. La structure 36 comprend la seconde structure 26, la couche diélectrique 8, la couche en silicium-germanium 14 et une partie résiduelle 40 de la couche tampon en germanium 22 à la surface de celle-ci. Dans une variante de mode de réalisation, dans laquelle les ions sont implantés en profondeur de sorte à former la couche de dommage 10 complètement à l'intérieur de la couche de support 20, la structure 34 comprend ladite partie de la couche de support et la structure 36 comprend la seconde structure 26, la couche diélectrique 8, la couche de dispositif en silicium-germanium 14, la couche tampon en germanium 22 et la partie résiduelle de la couche de support 20. [0055] Lorsqu'elle est présente, la partie résiduelle 40 de la couche tampon en 15 germanium 22 a une épaisseur qui est à peu près équivalente à la profondeur à laquelle les ions ont été implantés dans la couche tampon en germanium 22. En conséquence, cette épaisseur est d'ordinaire supérieure à environ 10 nm. Par exemple, dans certains exemples, la partie résiduelle 40 peut éventuellement être d'au moins environ 20 nm, environ 50 nm, environ 75 nm, environ 100 nm, environ 200 nm d'épaisseur ou plus. De 20 préférence, l'épaisseur est suffisante pour éviter l'endommagement de la couche de dispositif en silicium-germanium 14 lors de la séparation, par exemple, dans un mode de réalisation préféré, la partie résiduelle est comprise entre environ 20 nm et environ 200 nm d'épaisseur. [0056] La structure 34 peut être recyclée pour être utilisée en tant que structure 25 donneuse lA pour produire des structures de SiGe sur isolant supplémentaires. La structure 34 peut être lissée et une couche de dispositif silicium-germanium 14 et une couche diélectrique 8 peuvent être déposées pour former la structure donneuse 10 (figure 1A) pour un traitement ultérieur.
30 Il. Finition de la structure cristalline multicouche après transfert de couche [0057] Si nous regardons les figures 3 et 4, après que la couche de dispositif en silicium-germanium 14 et qu'au moins une partie de la couche tampon en germanium 22 ont été transférées à la seconde structure 26 pour former la structure liée 36, la structure liée 36 est soumise à un traitement supplémentaire pour produire une structure cristalline 35 multicouche ayant des caractéristiques souhaitables pour permettre la fabrication du 3031236 18 dispositif sur celle-ci. Par exemple, la structure liée 36 peut être soumise à une ou plusieurs étapes de traitement afin de retirer la couche tampon en germanium résiduelle 40. Bien qu'essentiellement n'importe quelle technique connue dans l'art puisse être utilisée, la partie résiduelle 40 est de préférence retirée par gravure. La composition de 5 gravure peut être choisie en fonction de plusieurs facteurs, y compris de la composition de la partie résiduelle 40 de la couche tampon en germanium 22 et de la sélectivité de l'agent de gravure. Dans un mode de réalisation, la totalité de la partie résiduelle 40 de la couche tampon en germanium 22 est retirée via un processus de gravure par voie humide à l'aide d'un agent de gravure comprenant du NH40H, du H202 et du H2O. Cet agent de 10 gravure est généralement connu de l'homme du métier et est communément appelé solution « SC1 ». Un tel processus de gravure est d'ordinaire réalisé à une température allant d'environ 50°C à environ 80°C, la période de temps d'une telle gravure dépendant de l'épaisseur de la couche devant être retirée, de la composition exacte de la composition SC1 et de la température sous laquelle la gravure est effectuée. 15 [0058] Comme le montre la figure 4, la structure cristalline multicouche finale 42 comprend la seconde structure 26, la couche diélectrique 8 et la couche de dispositif en silicium-germanium 14. [0059] A cet égard, la structure donneuse 100 (figure 5) peut être liée à la seconde structure 26 et traitée comme décrit ci-dessus en référence à la structure 20 donneuse 10 (figure 1A). Après clivage le long de la couche de dommage 24, la couche tampon en germanium résiduelle 40 peut être retirée par gravure. La couche d'arrêt de gravure 50 agit pour limiter la gravure et empêcher la couche de dispositif en silicium-germanium 14 d'être gravée. La couche d'arrêt de gravure 50 peut être retirée soit par gravure à sec, comme divulgué par Oehrlein et al. dans J. Electrochem. Soc., vol. 138(5), 25 p. 1443-1452 (1991) soit par gravure humide, comme divulgué par Loup et al. dans ECS Trans. vol. 58(6), p. 47-55 (2013), tous deux incorporés dans les présentes à titre de référence à toutes fins pertinentes et cohérentes. Structure cristalline multicouche 30 [0060] La structure cristalline multicouche 42 préparée selon la présente divulgation peut avoir une épaisseur sensiblement uniforme allant d'environ 300 pm à environ 800 pm. De préférence, dans les présents modes de réalisation ou autres modes de réalisation, la couche de dispositif 14 a une épaisseur allant de 5 nm à environ 200 nm, la couche diélectrique 8 a une épaisseur allant de 10 nm à environ 3000 nm et la 35 seconde structure 26 a une épaisseur allant de 300 pm à environ 800 pm. 3031236 19 [0061] Les structures cristallines multicouche fabriquées selon la présente divulgation peuvent être utilisées dans diverses technologies. Par exemple, les structures cristallines multicouche de la présente divulgation sont aptes à être utilisées dans la fabrication d'un dispositif microélectronique ou nanoélectronique multicouche comprenant 5 un composant microélectronique ou nanoélectronique et la structure cristalline multicouche de la présente divulgation. Les dispositifs appropriés incluent, mais pas exclusivement, les dispositifs CMOS logiques. [0062] Tels qu'utilisés dans les présentes, les termes « environ », « sensiblement », « essentiellement » et « approximativement » lorsqu'ils sont utilisés en 10 conjugaison avec des plages de dimensions, de concentrations, de températures ou autres propriétés ou caractéristiques physiques ou chimiques sont censés couvrir des variations qui peuvent exister dans les limites supérieures et/ou inférieures des plages des propriétés ou caractéristiques, y compris, par exemple, des variations résultant de l'arrondissement, de la méthodologie de mesure ou d'une autre variation statistique. 15 [0063] Lors de l'introduction d'éléments de la présente divulgation ou d'un/de mode(s) de réalisation de celle-ci, les articles « un », « une », « le/la » et « ledit/ladite » sont censés signifier qu'il existe un ou plusieurs des éléments. Les termes « comprenant », « incluant », « contenant » et « ayant » sont censés être inclusifs et signifier qu'il peut exister des éléments supplémentaires autres que les éléments 20 répertoriés. L'utilisation de termes indiquant une orientation particulière (par exemple, « haut », « bas », « côté », etc.) a pour objet de faciliter la description et ne requiert aucune orientation particulière de l'élément décrit. [0064] Comme divers changements pourraient être apportés aux constructions et procédés ci-dessus sans s'écarter de la portée de la divulgation, il va de 25 soi que tout ce qui est contenu dans la description ci-dessus et représenté sur le(s) dessin(s) joint(s) doit être interprété à titre illustratif et non dans un sens limitatif.

Claims (34)

  1. REVENDICATIONS1. Structure donneuse semi-conductrice multicouche ayant deux surfaces principales généralement parallèles, dont une est une surface avant et l'autre est une surface arrière, la structure donneuse comprenant : une couche de support en silicium monocristallin; une couche de dispositif comprenant du silicium et du germanium ; une couche tampon en germanium relaxée disposée entre la couche de support en silicium monocristallin et la couche de dispositif, la couche tampon comprenant au moins 90 % en poids de germanium, la couche de support monocristalline et la couche tampon relaxée formant une interface support-tampon.
  2. 2. Structure donneuse semi-conductrice multicouche selon la revendication 1, dans laquelle la couche de dispositif et la couche tampon en germanium forment une interface de couche tampon-dispositif.
  3. 3. Structure donneuse semi-conductrice multicouche selon la revendication 1 comprenant en outre une couche d'arrêt de gravure disposée entre la couche tampon et la couche de dispositif.
  4. 4. Structure donneuse semi-conductrice multicouche selon la revendication 3, dans laquelle la couche tampon et la couche d'arrêt de gravure forment une interface tampon-arrêt de gravure et dans laquelle la couche de dispositif et la couche d'arrêt de gravure forment une interface dispositif-arrêt de gravure.
  5. 5. Structure donneuse semi-conductrice multicouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la couche tampon en germanium comprend au moins environ 95 % en poids de germanium ou au moins environ 97,5 % en poids, au moins environ 99 % en poids, au moins environ 99,9 % en poids de germanium ou est constituée essentiellement de germanium.
  6. 6. Structure donneuse semi-conductrice multicouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 constituée essentiellement de la couche de support, de la couche tampon en germanium, de la couche de dispositif, d'une couche d'arrêt de gravure optionnelle, d'une couche de passivation optionnelle disposée sur la couche de dispositif et d'une couche diélectrique optionnelle disposée sur la couche de dispositif.
  7. 7. Structure donneuse semi-conductrice multicouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la couche tampon relaxée a une épaisseur moyenne d'au moins environ 500 nm ou d'au moins environ 750 nm, d'au moins environ 1 pm, d'au moins environ 2 pm, d'au moins environ 3 pm, d'au moins environ 4 pm, d'environ 500 nm 3031236 21 à environ 10 pm, d'environ 500 nm à environ 5 pm, d'environ 750 nm à environ 10 pm ou d'environ 1 pm à environ 5 pm.
  8. 8. Structure donneuse semi-conductrice multicouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la couche de dispositif comprend du silicium et du 5 germanium selon la formule : Si(l..x)Gex dans laquelle x est entre environ 0,5 et environ 1,0 ou entre environ 0,70 et environ 0,85.
  9. 9. Structure donneuse semi-conductrice multicouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle la concentration de silicium et la concentration de 10 germanium dans la couche de dispositif ne varie pas de plus d'environ 25 %, de plus d'environ 20 %, de plus d'environ 15 %, de plus d'environ 10 % ou de plus d'environ 5 % ou est sensiblement uniforme sur l'ensemble de la couche de dispositif semi-conducteur.
  10. 10. Structure liée pour préparer une structure cristalline multicouche, la structure liée comprenant : 15 la structure donneuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 ; et une seconde structure liée à la structure donneuse.
  11. 11. Structure liée selon la revendication 10, dans laquelle la structure liée comprend un axe central et une couche de dommage généralement perpendiculaire à l'axe central et située dans la couche tampon. 20
  12. 12. Structure liée selon la revendication 11, dans laquelle la couche de dommage comprend des ions.
  13. 13. Procédé pour préparer une structure cristalline multicouche, le procédé comprenant : l'implantation d'ions choisis dans le groupe constitué d'hydrogène, d'hélium et de 25 combinaisons de ceux-ci dans une structure donneuse ayant un axe central et une surface d'implantation généralement perpendiculaire à l'axe central, dans lequel la structure donneuse comprend une couche de dispositif semi-conducteur comprenant du silicium et du germanium, une couche de support et une couche tampon en germanium relaxée qui est positionnée le long de l'axe central de la structure donneuse entre la 30 surface du dispositif et la couche de support, la couche tampon en germanium relaxée comprenant au moins environ 90 % en poids de germanium, dans lequel les ions sont implantés dans la structure donneuse à travers la surface d'implantation jusqu'à une profondeur d'implantation suffisante pour former dans la structure donneuse implantée une couche de dommage qui est généralement perpendiculaire à l'axe et située dans la couche tampon et/ou dans la couche de support ; 3031236 22 la liaison de la structure donneuse implantée à une seconde structure pour former une structure liée ; le clivage de la structure donneuse le long de la couche endommagée pour former une structure cristalline multicouche comprenant la seconde structure, la couche de 5 dispositif et le matériau résiduel, le matériau résiduel comprenant au moins une partie de la couche tampon et éventuellement une partie de la couche de support ; et, le retrait du matériau résiduel de la structure cristalline multicouche.
  14. 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel la structure liée comprend une couche diélectrique disposée entre la seconde structure et la couche de dispositif semi10 conducteur.
  15. 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel la couche diélectrique est formée sur la structure donneuse avant liaison de la structure donneuse à la seconde structure.
  16. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel la 15 couche de support est un substrat de silicium monocristallin.
  17. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dans lequel la couche de dispositif semi-conducteur et la couche tampon en germanium forment une interface tampon-dispositif.
  18. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dans lequel la 20 structure donneuse comprend une couche d'arrêt de gravure disposée entre la couche tampon et la couche de dispositif.
  19. 19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel la couche tampon et la couche d'arrêt de gravure forment une interface tampon-arrêt de gravure et dans lequel la couche de dispositif et la couche d'arrêt de gravure forment une interface dispositif-arrêt de 25 gravure.
  20. 20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 19, dans lequel la structure donneuse est préparée par : formation d'une couche tampon en germanium relaxée sur une surface avant d'un substrat de support ; et 30 formation de la couche de dispositif semi-conducteur comprenant du silicium et du germanium sur la couche tampon en germanium.
  21. 21. Procédé selon la revendication 20, comprenant le recuit thermique du substrat de support et de la couche tampon en germanium avant la formation de la couche de dispositif semi-conducteur pour réduire les dislocations traversantes dans la couche 3031236 23 tampon en germanium et pour réduire la rugosité de surface de la couche tampon en germanium.
  22. 22. Procédé selon la revendication 21, dans lequel la rugosité de surface de la couche tampon en germanium est réduite à moins d'environ 1 nm sans polissage 5 chimique-mécanique.
  23. 23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 22, dans lequel la couche de support et la couche tampon forment une interface support-tampon.
  24. 24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 23, dans lequel la couche tampon en germanium comprend au moins environ 95 % en poids, ou au moins 10 environ 97,5 % en poids, au moins environ 99 % en poids, au moins environ 99,9 % en poids de germanium ou est essentiellement constituée de germanium.
  25. 25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 24, dans lequel la structure donneuse est essentiellement constituée de la couche de support, de la couche tampon en germanium, de la couche de dispositif, d'une couche d'arrêt de gravure 15 optionnelle, d'une couche de passivation optionnelle disposée sur la couche de dispositif et d'une couche diélectrique optionnelle disposée sur la couche de dispositif.
  26. 26. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 25, dans lequel la liaison de la structure donneuse implantée à une seconde structure comprend le traitement thermique de la structure liée pour renforcer la liaison entre la structure 20 donneuse et la seconde structure et pour former la couche de dommage.
  27. 27. Procédé selon la revendication 26, dans lequel le traitement thermique de la structure liée comprend la soumission de la structure liée à un recuit thermique d'environ 150°C à environ 600°C pendant une période d'environ 1 minute à environ 100 heures.
  28. 28. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 27, dans lequel la 25 seconde structure comprend un substrat de silicium monocristallin, de saphir, de cristal de quartz, de verre, de carbure de silicium, de silicium, de nitrure de gallium, de nitrure d'aluminium, de nitrure de gallium et d'aluminium, ou d'une quelconque combinaison de ceux-ci.
  29. 29. Procédé selon la revendication 28, dans lequel la seconde structure 30 comprend une couche diélectrique disposée sur le substrat, la structure donneuse implantée étant liée à la couche diélectrique.
  30. 30. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 29, dans lequel l'implantation de la structure donneuse comprend l'implantation d'atomes choisis dans le groupe constitué d'hélium et d'hydrogène à travers la couche de dispositif et dans la 35 couche tampon en germanium de la structure donneuse. 3031236 24
  31. 31. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 30, dans lequel la couche de dispositif semi-conducteur comprend du silicium et du germanium selon la formule : Sio_xPex 5 dans laquelle x est entre environ 0,5 et environ 1,0 ou entre environ 0,70 et environ 0,85.
  32. 32. Procédé selon l'une quelconque des revendications des revendications 13 à 31, dans lequel la concentration de silicium et la concentration de germanium dans la couche de dispositif semi-conducteur ne varient pas de plus d'environ 25 %, de plus d'environ 20 %, de plus d'environ 15 %, de plus d'environ 10 % ou de plus d'environ 5 % 10 ou sont sensiblement uniformes à travers la couche de dispositif semi-conductrice.
  33. 33. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 32, dans lequel la couche tampon en germanium a une épaisseur moyenne d'au moins environ 500 nm ou d'au moins environ 750 nm, d'au moins environ 1 pm, d'au moins environ 2 pm, d'au moins environ 3 pm, d'au moins environ 4 pm, d'environ 500 nm à environ 10 pm, 15 d'environ 500 nm à environ 5 pm, d'environ 750 nm à environ 10 pm ou d'environ 1 pm à environ 5 pm.
  34. 34. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 33, dans lequel le clivage de la structure donneuse comprend la séparation de la couche de support et d'une partie de la couche tampon en germanium de la structure multicouche, la couche de 20 support et la couche tampon en germanium étant réutilisées pour produire une seconde structure donneuse pour préparer une structure cristalline multicouche supplémentaire.
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