JP6888028B2 - 歪みセミコンダクタ・オン・インシュレータ(strained semiconductor−on−insulator)基板の製造方法 - Google Patents
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Description
シリコン酸化物層11により被覆された単結晶シリコン層10を備えたドナー基板1を準備し(図1Aを参照)、
前記ドナー基板1へイオン種を注入して、転写されるシリコン層13を画定できるようにする脆化領域12を形成し(図1Bを参照)、
圧縮歪み下でシリコン−ゲルマニウムの表面層20を備えた受容基板2を準備し(図1Cを参照)、
sSOI基板の埋込み絶縁層を形成することを目的として、前記シリコン酸化物層11、および前記歪みシリコン−ゲルマニウム層20が前記結合境界面に存在するように、前記受容基板2に前記ドナー基板1を結合し、(図1Dを参照)、
前記脆化領域に沿って、前記ドナー基板を脱離することにより、前記単結晶シリコン層13を前記受容基板2へ転写し(図1Eを参照)、
歪みシリコン−ゲルマニウム層20、埋込み酸化物層11、および転写された半導体層13からなるスタック部分の周りに、前記歪みシリコンゲルマニウム層20を超えて前記受容基板2へ伸びるトレンチTを形成する(図1Fを参照)。前記切断操作により、前記シリコン−ゲルマニウムの少なくとも部分的な緩和と、前記部分における前記転写シリコン層への前記歪みの少なくとも一部の転写とがもたらされ、したがって、sSOIにより示される歪みセミコンダクタ・オン・インシュレータ基板が形成されるようになる。
(a)単結晶半導体層を備えるドナー基板を準備することと、
(b)歪み単結晶半導体材料の表面層を備える受容基板を準備することと、
(c)前記受容基板へ前記ドナー基板を結合し、その境界面には誘電体層が存在することと、
(d)前記ドナー基板から前記受容基板へ前記単結晶半導体層を転写することと、
(e)前記転写された単結晶半導体層、前記誘電体層および前記歪み半導体材料層から形成されたスタックから一部を切断し、前記切断操作により、前記歪み半導体材料中の歪みが緩和され、かつ前記歪みの少なくとも一部が前記転写された単結晶半導体層へ適用されること、
を含み、
工程(b)が更に、受容基板の歪み半導体材料層上における、緩和されたまたは少なくとも部分的に緩和された、ドナー基板の単結晶半導体層と同一の単結晶材料からなる誘電加熱接着層または結合層の形成を含んでなり、工程(c)において、ドナー基板および受容基板の間の結合境界面には前記結合層が存在する、ことを特徴とする。
一実施形態によると、結合層は、受容基板の歪み半導体材料層上の誘電体材料の蒸着により形成され、
ドナー基板は、単結晶半導体層上の第一の誘電体層を備え、前記第一の誘電体層および結合層は共に、歪みセミコンダクタ・オン・インシュレータ基板の埋込み電気絶縁層を形成し、
結合層は、半導体材料の酸化物または窒化物を含んでなり、
結合層の厚さは、1〜30nmであり、
別の実施形態によれば、結合層は、歪み半導体材料層への、ドナー基板の単結晶半導体層と同一の半導体材料のエピタキシーにより形成され、
前記結合層の厚さは、1〜20nmであり、
結合層と、ドナー基板の単結晶半導体層はシリコン製であり、
歪み半導体材料層は、シリコン−ゲルマニウム製であり、
歪み半導体層は、シリコンキャリア基板へのエピタキシーにより形成され、
工程(d)の完了時に、転写された単結晶半導体層と歪み半導体材料層との間に含まれる誘電体層の厚さは、50nm以下、好ましくは25nm以下であり、
工程(a)は、イオン種をドナー基板へ注入して単結晶半導体層を画定する脆化領域を形成する操作を含み、かつ前記工程(d)は前記脆化領域に沿ってドナー基板を脱離することを含み、
工程(d)は、転写された単結晶半導体層まで結合表面と反対側の面上のドナー基板を薄肉化する操作を含み、
方法は、工程(e)の前に、転写された単結晶半導体層の薄肉化および/または平滑化工程を更に含み、
スタックの前記部分の切断操作は、歪み半導体材料層を超えて受容基板まで伸びるトレンチアイソレーションにより行われる。
結合操作の前に、イオン種をドナー基板へ注入し、転写される単結晶半導体層を画定させることができる、脆化領域を形成することと、
結合操作の後に、ドナー基板を脆化領域に沿って脱離させること。
Claims (16)
- 歪みセミコンダクタ・オン・インシュレータ基板の製造方法であって、
(a)単結晶半導体層(13)を備えるドナー基板(1)を準備することと、
(b)歪み単結晶半導体材料の表面層(20)を備える受容基板(2)を準備することと、
(c)前記受容基板(2)へ前記ドナー基板(1)を結合し、その境界面には誘電体層(11,22)が存在することと、
(d)前記ドナー基板(1)から前記受容基板(2)へ前記単結晶半導体層(13)を転写することと、
(e)前記転写された単結晶半導体層(13)、前記誘電体層(11,22)および前記歪み半導体材料層(20)から形成されたスタックから一部を切断し、前記切断操作により、前記歪み半導体材料中の歪みが緩和され、かつ前記歪みの少なくとも一部が前記転写された単結晶半導体層へ適用されること、
を含み、
前記方法は、前記工程(b)が更に、受容基板(2)の歪み半導体材料層(20)上における、緩和されたまたは少なくとも部分的に緩和された、前記ドナー基板(1)の単結晶半導体層(13)と同一の単結晶材料(23)からなる誘電加熱接着層(22)または結合層の形成を含んでなり、前記工程(c)において、ドナー基板および受容基板の間の結合境界面には前記結合層(22,23)が存在することを特徴とする、方法。 - 前記結合層(22)は、前記受容基板の歪み半導体材料層(20)上に誘電体材料を蒸着することにより形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記ドナー基板(1)は、前記単結晶半導体層上に第一の誘電体層(11)を備え、前記第一の誘電体層(11)および前記結合層(22)は共に、前記歪みセミコンダクタ・オン・インシュレータ基板の埋込み電気的絶縁層を形成する、請求項2に記載の方法。
- 前記結合層(22)は、半導体材料の酸化物または窒化物を含んでなる、請求項2または3に記載の方法。
- 前記結合層(22)の厚さは、1〜30nmである、請求項2〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記結合層(23)は、前記ドナー基板(1)の前記単結晶半導体層(13)と同一の半導体材料のエピタキシーにより、前記歪み半導体材料層(20)上に形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記結合層(23)の厚さは、1〜20nmである、請求項6に記載の方法。
- 前記ドナー基板の前記結合層(23)および前記単結晶半導体層(13)はシリコン製である、請求項6または7に記載の方法。
- 前記歪み半導体材料層(20)は、シリコン−ゲルマニウム製である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記歪み半導体層(20)は、シリコンキャリア基板(21)へのエピタキシーにより形成される、請求項9に記載の方法。
- 前記工程(d)の完了時に、前記転写された単結晶半導体層(13)および前記歪み半導体材料層(20)の間に含まれる前記誘電体層(11,22,30)の厚さは、50nm以下である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程(a)は、前記ドナー基板(1)へイオン種を注入して、前記単結晶半導体層(13)を画定する脆化領域(12)を形成する操作を含み、前記工程(d)は、前記脆化領域(12)に沿って前記ドナー基板(1)を脱離することを含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程(d)は、前記転写された単結晶半導体層(13)まで、前記結合境界面(I)の反対側の表面において、前記ドナー基板(1)を薄肉化する操作を含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程(e)の前に、前記転写された単結晶半導体層(13)の薄肉化および/または平滑化工程をさらに含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記スタックの前記部分の切断操作が、前記歪み半導体材料層(20)を超えて前記受容基板(2)へ伸びるトレンチアイソレーション(T)により行われる、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 連続して、歪み単結晶半導体層(13)、電気絶縁層(11)、少なくとも部分的に緩和した前記歪み半導体層(13)と同一の材料の層(23)、および緩和した前記歪み半導体層(13)と異なる半導体材料の層を備え、
前記電気絶縁層(11)の厚さは、50nm以下であり、
前記歪み半導体層と同一の材料の少なくとも部分的に緩和した層(23)の厚さは、1〜20nmであり、
前記歪み単結晶半導体層(13)の厚さは、5〜50nmである、
歪みセミコンダクタ・オン・インシュレータ基板。
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