DE102006058820A1 - Method of making SGOI and GeOI semiconductor structures - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer SGOI- oder einer GeOI-Halbleiterstruktur, umfassend a) Bereitstellen eines Substrats aus monokristallinem Silicium; b) Abscheiden einer Germaniumschicht auf dem Substrat, welche wenigstens eine Atomalge Germanium umfasst; c) Implantation von Sauerstoff-Ionen in das mit einer Ge-Schicht versehene Substrat, wobei die Implantationsenergie größer oder gleich 1 eV und kleiner oder gleich 1 keV beträgt; d) thermische Behandlung des sauerstoffimplantierten Substrats bei einer Temperatur von größer oder gleich 600°C und kleiner als 938°C. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer SGOI-Halbleiterstruktur, bei der nach der Sauerstoffimplantation eine Deckschicht aus monokristallinem Silicium abgeschieden wird und die thermische Behandlung des sauerstoffimplantierten Substrats bei Temperaturen von größer oder gleich 900°C und kleiner oder gleich 1300°C erfolgt.The invention relates to a method for producing a SGOI or a GeOI semiconductor structure, comprising a) providing a substrate of monocrystalline silicon; b) depositing a germanium layer on the substrate comprising at least one atomic amount of germanium; c) implanting oxygen ions into the Ge-coated substrate, wherein the implantation energy is greater than or equal to 1 eV and less than or equal to 1 keV; d) thermal treatment of the oxygen-implanted substrate at a temperature greater than or equal to 600 ° C and less than 938 ° C. The invention also relates to a method for producing a SGOI semiconductor structure in which a cover layer of monocrystalline silicon is deposited after the oxygen implantation and the thermal treatment of the oxygen-implanted substrate at temperatures of greater than or equal to 900 ° C and less than or equal to 1300 ° C.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von SGOI- und GeOI-Halbleiterstrukturen.The The invention relates to a method for the production of SGOI and GeOI semiconductor structures.
Stand der TechnikState of the art
Im Stand der Technik werden SOI („Silicon an insulator")-Strukturen üblicherweise entweder durch den sog. SIMOX („separation by ion implantation of Oxygen")-Prozess oder mittels Layer Transfer-Verfahren hergestellt.in the State of the art SOI ("Silicon on insulator ") - structures usually either by the so-called SIMOX ("separation by ion implantation of Oxygen ") - process or produced by layer transfer method.
Beim SIMOX-Verfahren wird in ein Siliciumsubstrat Sauerstoff in hohen Dosen implantiert, dieses anschließend bei hohen Temperaturen (> 1200°C) thermisch behandelt und oxidiert, um eine vergrabene Oxidschicht im Siliciumsubstrat zu erzeugen.At the SIMOX process is high in a silicon substrate oxygen Doses implanted, this then at high temperatures (> 1200 ° C) thermally treated and oxidized to a buried oxide layer in the silicon substrate to create.
Beim
Layer Transfer-Verfahren wird dicht unterhalb der Oberfläche einer
Siliciumscheibe (der sog. Donorscheibe) eine Trennschicht erzeugt.
Bei der Trennschicht handelt es sich beispielsweise um eine Schicht
mit Hohlräumen,
die üblicherweise durch
Implantation von Wasserstoff in diesen Bereich erzeugt wird. Die
derart vorbereitete Donorscheibe wird dann mit einer zweiten Scheibe,
der Trägerscheibe,
verbunden („Bonding"). Anschließend wird die
Donorscheibe entlang der Trennschicht gespalten. Dadurch werden
eine oder mehrere Schichten der Donorscheibe auf die Trägerscheibe übertragen. Verfahren
zur Herstellung von SOI-Scheiben mittels Layer Transfer sind beispielsweise
in
SIMOX-
und Layer Transfer-Verfahren eignen sich auch zur Herstellung von
SGOI („Silicon/Germanium
an insulator”)- und/oder GeOI(„Germanium
an insulator")-Strukturen:
In
In
Die im Stand der Technik bekannten Verfahren sind aufgrund der Verwendung von hochenergetischen Implantationstechnologien (Implantationsenergien Sauerstoff, Wasserstoff von 100–220 keV) sowie wegen zusätzlicher Prozessschritte, wie z.B. einem Bonding-Schritt beim Layer Transfer-Verfahren bzw. wegen sehr hoher Prozesstemperaturen relativ aufwändig und teuer.The Methods known in the art are due to use of high-energy implantation technologies (implantation energies Oxygen, hydrogen of 100-220 keV) as well as for additional Process steps, such as a bonding step in the layer transfer process or because of very high process temperatures relatively expensive and expensive.
Aufgabenstellungtask
Daher bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein wesentlich kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung von SGOI- und GeOI-Halbleiterstrukturen bereitzustellen.Therefore The object of the invention was a much cheaper To provide methods of making SGOI and GeOI semiconductor structures.
Beschreibungdescription
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von SGOI- und GeOI-Halbleiterstrukturen, umfassend
- a) Bereitstellen eines Substrats aus monokristallinem Silicium;
- b) Abscheiden einer Germaniumschicht auf dem Substrat, die aus wenigstens einer Atomlage Germanium besteht; c) Implantation von Sauerstoffionen in das mit einer Germaniumschicht versehene Substrat, wobei die Implantationsenergie größer oder gleich 1eV und kleiner oder gleich 1keV beträgt; d) thermische Behandlung des sauerstoffimplantierten Substrats bei einer Temperatur von größer oder gleich 600°C und kleiner als 938°C.
- a) providing a substrate of monocrystalline silicon;
- b) depositing a germanium layer on the substrate consisting of at least one atomic layer of germanium; c) implantation of oxygen ions in the substrate provided with a germanium layer, wherein the implantation energy is greater than or equal to 1eV and less than or equal to 1keV; d) thermal treatment of the oxygen-implanted substrate at a temperature greater than or equal to 600 ° C and less than 938 ° C.
Zunächst wird in Schritt a) ein Substrat aus monokristallinem Silicium bereitgestellt.First, will in step a) provided a substrate of monocrystalline silicon.
Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine polierte Siliciumscheibe, die gemäß Stand der Technik durch Ziehen eines Silicium-Einkristalls, Abtrennen einer Scheibe von diesem Einkristall, mechanische Bearbeitungsschritte wie Schleifen oder Läppen, Reinigungs- und Ätzschritte sowie Glättung der Scheiben-Oberfläche durch Polieren, hergestellt wird.This is preferably a polished silicon wafer, which in the prior art by pulling a silicon single crystal, separating a disc of this single crystal, mechanical processing steps such as grinding or lapping, cleaning and etching steps and smoothing of Slice surface by polishing, is produced.
Auf dieses Substrat wird anschließend in Schritt b) eine Germaniumschicht abgeschieden. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) gemäß Stand der Technik. Die abgeschiedene Germaniumschicht umfasst wenigstens eine Atomlage Germanium.On this substrate will follow in step b) deposited a germanium layer. This is preferably done by a chemical vapor deposition (CVD) according to state of the technique. The deposited germanium layer comprises at least an atomic layer germanium.
Die Germaniumschicht kann entweder pseudomorph abgeschieden werden oder als relaxierte Schicht.The Germanium layer can be deposited either pseudomorphically or as a relaxed layer.
Um eine pseudomorphe Schicht zu erhalten, muss je nach gewählter Abscheidetemperatur die jeweilige kritische Dicke bei jener Abscheidetemperatur unterschritten werden.Around to obtain a pseudomorphic layer, depending on the selected deposition temperature the respective critical thickness falls below that of the deposition temperature become.
In
der Literatur wird berichtet, dass die kritische Dicke für pseudomorphes
Wachstum von Germanium auf Silicium bei d < dcrit, mit
d ~ 2–4
nm liegt. (
Vorzugsweise ist die Dicke der abgeschiedenen Germaniumschicht kleiner als jene kritische Dicke für pseudomorphes Wachstum von Germanium auf Silicium. Dadurch wird vermieden, dass Relaxationsvorgänge zu Versetzungen in der Ge-Schicht führen.Preferably For example, the thickness of the deposited germanium layer is smaller than that critical thickness for pseudomorphic growth of germanium on silicon. This will avoided that relaxation processes lead to dislocations in the Ge layer.
Es können aber auch dickere Schichten abgeschieden werden. Dabei kommt es zu einer zumindest teilweisen Relaxation der Germaniumschicht.It can but also thicker layers are deposited. It happens to an at least partial relaxation of the germanium layer.
In Schritt c) werden Sauerstoff-Ionen in das mit einer Germaniumschicht versehene Substrat implantiert. Die Implantationsenergie liegt bei 1eV–1keV.In Step c) oxygen ions are in the with a germanium layer implanted substrate implanted. The implantation energy is 1eV-1keV.
Vorzugsweise beträgt die Implantationsenergie 1eV–500eV.Preferably is the implantation energy 1eV-500eV.
Die Implantationsdosis beträgt vorzugsweise größer oder gleich 1 × 1014 cm-2 und kleiner oder gleich 1 × 1017 cm-2. Sie wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der gewünschten End-Oxiddicke nach thermischer Behandlung gewählt.The implantation dose is preferably greater than or equal to 1 × 10 14 cm -2 and less than or equal to 1 × 10 17 cm -2 . It is preferably chosen depending on the desired final oxide thickness after thermal treatment.
Dabei werden die Sauerstoff-Ionen oberflächennah und vorzugsweise nur bis in eine Tiefe von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 30 nm unterhalb der Substratoberfläche implantiert.there The oxygen ions are close to the surface and preferably only to a depth of greater or less implanted equal to 10 nm and less than or equal to 30 nm below the substrate surface.
Zusätzlich wird die Implantationsrichtung vorzugweise so gewählt, dass die Wechselwirkung des Sauerstoff mit dem Germanium-Gitter möglichst gering wird. Dies ist bei Implantation entlang der <110> Richtung erfüllt. („Channeling Effekt").In addition will the implantation direction preferably chosen so that the interaction of the Oxygen with the germanium lattice is as low as possible. This is when implanted along the <110> direction. ( "Channeling Effect").
Die genauen Implantationsbedingungen werden darüber hinaus dabei vorzugsweise so gewählt, dass sich in der über dem Siliciumsubstrat bereits abgeschiedenen Germaniumschicht keine Implantationsbedingten Defekte zeigen. Dabei wird auch der Effekt genutzt, dass Germanium mit Sauerstoff bei niedrigen Implantationsenergien elastisch wechselwirkt.The In addition, precise implantation conditions are preferred chosen so that is in the over no germanium layer already deposited on the silicon substrate Implantation-related defects show. This is also the effect used germanium with oxygen at low implantation energies elastically interacts.
So ist eine zusätzliche Heizung des Siliciumsubstrats bei Temperaturen von 200°C oder weniger während der Implantation bevorzugt, um die Bildung von Implantationsdefekten noch stärker zu unterdrücken.So is an extra Heating the silicon substrate at temperatures of 200 ° C or less during the Implantation is preferred to the formation of implantation defects even stronger to suppress.
Im Anschluss an die Sauerstoffimplantation wird vorzugsweise eine dünne Siliciumschicht („Deckschicht") auf der Germaniumschicht abgeschieden. Dies erfolgt vorzugsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD).in the Following the oxygen implantation is preferably a thin silicon layer ("capping layer") on the germanium layer deposited. This is preferably done by chemical vapor deposition (CVD).
Die Dicke der abgeschiedenen Siliciumschicht beträgt vorzugsweise größer oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 100 nm, ganz besonders bevorzugt größer oder gleich 5 nm und kleiner oder gleich 50 nm.The Thickness of the deposited silicon layer is preferably greater than or equal to equal to 1 nm and less than or equal to 100 nm, most preferably bigger or equal to 5 nm and less than or equal to 50 nm.
Diese Deckschicht hat die Funktion, die dünne Germaniumschicht vor bzw. während der nachfolgenden thermischen Behandlung zu schützen, erleichtert die Handhabung der Siliciumscheibe und ermöglicht die Wahl eines breiteren Prozessfensters bei der nachfolgenden thermischen Behandlung.These Cover layer has the function, the thin germanium layer before or while to protect the subsequent thermal treatment, facilitates handling the silicon wafer and allows the choice of a wider process window in the subsequent thermal Treatment.
Weiterhin wird das mit einer Germaniumschicht versehene und Sauerstoff-implantierte Substrat in Schritt d) einer thermischen Behandlung bei einer Temperatur von größer oder gleich 600°C und kleiner als 938°C unterzogen.Farther is provided with a germanium layer and oxygen-implanted Substrate in step d) of a thermal treatment at a temperature from bigger or equal to 600 ° C and less than 938 ° C subjected.
Die Behandlungstemperatur liegt vorzugsweise bei größer oder gleich 650°C und kleiner oder gleich 800°C.The Treatment temperature is preferably greater than or equal to 650 ° C and less or equal to 800 ° C.
Die Dauer der thermischen Behandlung liegt vorzugweise bei weniger als 1 Stunde, typischerweise bei 10–30 Minuten.The Duration of the thermal treatment is preferably less than 1 hour, typically at 10-30 Minutes.
Durch diese thermische Behandlung diffundiert der Sauerstoff bis an die Germanium-Grenzfläche. Dort wird die Sauerstoff-Diffusion gestoppt, da die Germaniumschicht eine Diffusionsbarriere darstellt.By This thermal treatment diffuses the oxygen up to the Germanium interface. There is the oxygen diffusion stopped because the germanium layer is a diffusion barrier.
Es bildet sich durch Phasenumwandlung eine SiO2-Oxidationszone direkt unterhalb der vorzugsweise pseudomorphen Ge-Schicht.By phase transformation, an SiO 2 oxidation zone forms directly below the preferably pseudomorphic Ge layer.
Die Dicke der Oxidationszone (End-Oxiddicke) liegt dabei vorzugsweise bei 30 nm oder weniger, besonders bevorzugt bei 10 nm oder weniger.The thickness of the oxidation zone (end oxide thickness) is preferably 30 nm or less ger, more preferably at 10 nm or less.
Die Germaniumschicht bleibt strukturell erhalten, da sich Germanium wesentlich schlechter als Silicium oxidieren läßt, und ausserdem eine sehr niedrige Diffusivität aufweist.The Germanium layer remains structurally preserved as germanium oxidize much worse than silicon, and also a very low diffusivity having.
Nach der thermischen Behandlung in Schritt d) wird, falls zuvor eine Silicium-Deckschicht abgeschieden wurde, diese vorzugsweise wieder entfernt. Dadurch bildet sich eine GeOI-Scheibe.To the thermal treatment in step d), if previously Silicon cover layer was deposited, these preferably again away. This creates a GeOI disk.
Wird die Silicium-Deckschicht nicht enfernt, was ebenfalls bevorzugt ist, entsteht eine SGOI-Scheibe.Becomes does not remove the silicon overcoat, which is also preferred is, creates a SGOI disc.
Wurde vor der thermischen Behandlung in d) keine Silicium-Deckschicht abgeschieden, führt das beschriebene Verfahren ebenfalls zu einer GeOI-Scheibe.Has been before the thermal treatment in d) no silicon covering layer is deposited, performs the described Method also to a GeOI disc.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer SGOI-Halbleiterstruktur, umfassend a) Bereitstellen eines Substrats aus monokristallinem Silicium; b) Abscheiden einer Germaniumschicht auf dem Substrat, die aus wenigstens einer Atomlage Germanium besteht; c) Implantation von Sauerstoffionen in das mit einer Germaniumschicht versehene Substrat, wobei die Implantationsenergie größer oder gleich 1 eV und kleiner oder gleich 1 keV beträgt; d) Abscheiden einer Deckschicht aus monokristallinem Silicium auf der Germaniumschicht; e) thermische Behandlung des sauerstoffimplantierten Substrats bei Temperaturen von größer oder gleich 900°C und kleiner oder gleich 1300°C.The The object of the invention is also achieved by a method for Production of an SGOI semiconductor structure, comprising a) providing a Substrate of monocrystalline silicon; b) depositing a germanium layer on the substrate consisting of at least one atomic layer of germanium; c) implantation of oxygen ions in the with a germanium layer provided substrate, wherein the implantation energy greater or is equal to 1 eV and less than or equal to 1 keV; d) depositing a cover layer of monocrystalline silicon on the germanium layer; e) thermal Treatment of the oxygen-implanted substrate at temperatures of bigger or equal to 900 ° C and less than or equal to 1300 ° C.
Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Verfahren im wesentlichen durch das Abscheiden einer Silicium-Deckschicht auf dem Substrate in Schritt d) und durch eine modfizierte thermische Behandlung in Schritt e).This Method differs from the method described above essentially by the deposition of a silicon overcoat on the Substrates in step d) and by a modified thermal treatment in step e).
In diesem Fall erfolgt nämlich die thermische Behandlung derart, dass sich die Germaniumschicht während der thermischen Behandlung, vorzugsweise gegen Ende der thermischen Behandlung, ganz auflöst und sich schließlich eine SGOI-Scheibe bildet.In This case happens the thermal treatment such that the germanium layer during the thermal treatment, preferably towards the end of the thermal Treatment, completely dissolves and finally forming a SGOI disk.
Zunächst wird in Schritt a) ein Substrat aus monokristallinem Silicium bereitgestellt.First, will in step a) provided a substrate of monocrystalline silicon.
Auf dieses Substrat wird anschließend in Schritt b) eine Germaniumschicht abgeschieden. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) gemäß Stand der Technik. Die abgeschiedene Germaniumschicht umfasst wenigstens eine Atomlage Germanium.On this substrate will follow in step b) deposited a germanium layer. This is preferably done by a chemical vapor deposition (CVD) according to state of the technique. The deposited germanium layer comprises at least an atomic layer germanium.
Die Germaniumschicht kann entweder pseudomorph abgeschieden werden oder als relaxierte Schicht.The Germanium layer can be deposited either pseudomorphically or as a relaxed layer.
Um eine pseudomorphe Schicht zu erhalten, muss je nach gewählter Abscheidetemperatur die jeweilige kritische Dicke bei jener Abscheidetemperatur unterschritten werden.Around to obtain a pseudomorphic layer, depending on the selected deposition temperature the respective critical thickness falls below that of the deposition temperature become.
Vorzugsweise ist die Dicke der abgeschiedenen Germaniumschicht kleiner als jene kritische Dicke für pseudomorphes Wachstum von Germanium auf Silicium.Preferably For example, the thickness of the deposited germanium layer is smaller than that critical thickness for pseudomorphic growth of germanium on silicon.
Es können aber auch dickere Schichten abgeschieden werden. Dabei kommt es zu einer zumindest teilweisen Relaxation der Germaniumschicht.It can but also thicker layers are deposited. It happens to an at least partial relaxation of the germanium layer.
In Schritt c) werden Sauerstoff-Ionen in das mit einer Germaniumschicht versehene Substrat implantiert. Die Implantationsenergie liegt bei 1eV–1keV.In Step c) oxygen ions are in the with a germanium layer implanted substrate implanted. The implantation energy is 1eV-1keV.
Vorzugsweise beträgt die Implantationsenergie 1eV–500eV.Preferably is the implantation energy 1eV-500eV.
Die Implantationsdosis beträgt vorzugsweise größer oder gleich 1 × 1019 cm-2 und kleiner oder gleich 1 × 1017 cm-2. Sie wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der gewünschten End-Oxiddicke nach thermischer Behandlung gewählt.The implantation dose is preferably greater than or equal to 1 × 10 19 cm -2 and less than or equal to 1 × 10 17 cm -2 . It is preferably chosen depending on the desired final oxide thickness after thermal treatment.
Dabei werden die Sauerstoff-Ionen oberflächennah und vorzugsweise nur bis in eine Tiefe von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 30 nm unterhalb der Substratoberfläche implantiert.there The oxygen ions are close to the surface and preferably only to a depth of greater or less implanted equal to 10 nm and less than or equal to 30 nm below the substrate surface.
Anschließend wird in Schritt d) eine Siliciumschicht („Deckschicht") auf der Germaniumschicht abgeschieden. Dies erfolgt vorzugsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD).Subsequently, will in step d) a silicon layer ("cover layer") is deposited on the germanium layer. This is preferably done by chemical vapor deposition (CVD).
Die Dicke der abgeschiedenen Siliciumschicht beträgt vorzugsweise größer oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 100 nm, ganz besonders bevorzugt größer oder gleich 5 nm und kleiner oder gleich 50 nm.The Thickness of the deposited silicon layer is preferably greater than or equal to equal to 1 nm and less than or equal to 100 nm, most preferably bigger or equal to 5 nm and less than or equal to 50 nm.
In e) erfolgt eine thermische Behandlung des mit einer Germaniumschicht und einer Silicium-Deckschicht versehenen, Sauerstoff-implantierten Substrats bei Temperaturen von 900–1300°C.In e) a thermal treatment is carried out with a germanium layer and a silicon capped, oxygen-implanted Substrate at temperatures of 900-1300 ° C.
Vorzugsweise erfolgt die thermische Behandlung durch einen Temperaturverlauf, bei der sich die Behandlungstemperatur gegen Ende der thermischen Behandlung der Schmelztemperatur von Germanium (938°C) annähert oder aber diese deutlich überschreitet, also bis zu einer Temperatur von 1300°C erfolgt, und dadurch zu einer beschleunigten Ausdiffusion des Germaniums führt.Preferably the thermal treatment is carried out by a temperature profile, at which the treatment temperature towards the end of the thermal Treatment of the melting temperature of germanium (938 ° C) approximates or but this clearly exceeds, So up to a temperature of 1300 ° C, and thereby to a accelerated outdiffusion of germanium leads.
Vorzugsweise wird bei dieser thermischen Behandlung die Temperatur um kleiner oder gleich 100°C pro Minute, ganz besonders bevorzugt um 10–50°C pro Minute, erhöht („Anneal-Rampe").Preferably In this thermal treatment, the temperature becomes smaller or equal to 100 ° C per minute, most preferably at 10-50 ° C per minute ("anneal ramp").
Auch hier bildet sich zunächst durch Phasenumwandlung eine SiO2 -Oxidationszone unterhalb der Germaniumschicht. Die Sauerstoff- Diffusion wird auch in diesem Fall an der Grenzfläche Germanium/Silicium gestoppt.Here, too, an SiO 2 oxidation zone forms below the germanium layer first by means of phase transformation. The oxygen diffusion is also stopped in this case at the interface germanium / silicon.
Zusammenfassend erfordern die beschriebenen Verfahren im wesentlichen jeweils nur einen relativ einfachen Epitaxieschritt (Abscheiden von Germanium bzw. Abscheiden einer Silicium-Deckschicht) sowie einen niederenergetischen Implantationsschritt (1eV–1keV) und sind damit erheblich kostengünstiger und somit wirtschaftlicher als die bisher für die Erzeugung von GeOI- bzw. SGOI-Strukturen verwendeten Technologien.In summary essentially only require the described methods a relatively simple epitaxy step (deposition of germanium or deposition of a silicon cover layer) and a low-energy Implantation step (1eV-1keV) and are thus considerably cheaper and thus more economical than previously for the generation of GeOI or SGOI structures used technologies.
Auf die SiGe- bzw. Ge-Schichten der SGOI- und/oder GeOI-Strukturen werden vorzugsweise epitaktische Schichten aufgebracht (z.B. epitaktische Schichten aus SiGe und/oder Ge, um die entsprechenden Schichtdicken zu erhöhen). Derartige SiGe- bzw. Ge-Oberflächen dienen vorzugsweise als einkristalline Templates für weiteres epitaktisches Wachstum z.B. von III-V-Halbleitern wie GaAs oder GaN.On the SiGe or Ge layers of the SGOI and / or GeOI structures become preferably epitaxial layers (e.g., epitaxial layers from SiGe and / or Ge, to increase the respective layer thicknesses). such SiGe or Ge surfaces are preferably used as monocrystalline templates for further epitaxial growth e.g. of III-V semiconductors such as GaAs or GaN.
Beispielexample
In einem ersten Prozess-Schritt wird auf einer monokristallinen Siliciumscheibe eine defektfreie isomorphe Germaniumschicht in einem CVD-Reaktor abgeschieden. Dazu wird eine mittels Flusssäure gereinigte Siliciumscheibe in den Reaktor geladen, in Wasserstoffatmosphäre auf eine Temperatur von T = 850°C („Low-temp bake") aufgeheizt, anschließend auf eine Prozesstemperatur von 400°C abgekühlt und schließlich eine Germaniumschicht von 4 nm Dicke mittels des Abscheidegases GeH4 abgeschieden.In a first process step, a defect-free isomorphous germanium layer is deposited on a monocrystalline silicon wafer in a CVD reactor. For this purpose, a silicon wafer cleaned by means of hydrofluoric acid is charged into the reactor, heated in a hydrogen atmosphere to a temperature of T = 850 ° C. (low-temp bake), then cooled to a process temperature of 400 ° C. and finally a germanium layer of 4 nm thickness deposited by means of the deposition gas GeH 4 .
In einem zweiten Prozessschritt erfolgt eine Sauerstoff-Implantation. Dazu wird die Ge/Si-Scheibe in eine Plasma-Kammer geladen, anschließend Sauerstoff in eine oberflächennahe Schicht bei einer Innenenergie von 100 eV und einer Dosis von 1.5 × 1016 cm-2 implantiert.In a second process step, an oxygen implantation takes place. For this purpose, the Ge / Si disk is loaded into a plasma chamber, then oxygen is implanted in a near-surface layer at an internal energy of 100 eV and a dose of 1.5 × 10 16 cm -2 .
Dabei wird ein Sauerstoffprofil eingestellt, bei dem Sauerstoff bis in eine Tiefe von etwa 10 nm unterhalb der Scheibenoberfläche implantiert wird. Die Sauerstoffkonzentration beträgt 5 × 1016 cm-3 in der Sauerstoffimplantierten Schicht.In this case, an oxygen profile is set in which oxygen is implanted to a depth of about 10 nm below the disk surface. The oxygen concentration is 5 × 10 16 cm -3 in the oxygen-implanted layer.
Im nächsten Prozessschritt wird eine Siliciumschicht abgeschieden. Dabei wird die Sauerstoff-implantierte Ge/Si-Scheibe in eine CVD-Anlage geladen und eine Siliciumschicht einer Dicke von 50 nm bei einer Temperatur von T = 500°C und SiH4 als Siliciumquelle abgeschieden wird.In the next process step, a silicon layer is deposited. In this case, the oxygen-implanted Ge / Si disk is loaded into a CVD system and a silicon layer having a thickness of 50 nm is deposited at a temperature of T = 500 ° C. and SiH 4 as a silicon source.
Im nächsten Schritt erfolgt eine thermische Behandlung in einem Temperofen bei einer Temperatur von 850°C für die Dauer von 2 min.in the next Step is followed by a thermal treatment in a tempering furnace a temperature of 850 ° C for the Duration of 2 min.
Anschließend wird die Siliciumschicht in einem nasschemischen Ätzprozess entfernt. Dabei entsteht eine GeOI-Scheibe.Subsequently, will removed the silicon layer in a wet chemical etching process. It arises a GeOI disk.
Alternativ erfolgt die thermische Behandlung in einem Temperofen für die Dauer von 10 min und einer Anneal-Rampe von 900°C bis 1100°C. Dies entspricht der modifizierten thermischen Behandlung, bei der sich die Germaniumschicht gegen Ende der Behandlung vorzugsweise ganz auflöst. Die Silicium-Deckschicht wird in diesem Fall nicht entfernt. Dabei entsteht eine SGOI-Scheibe.alternative the thermal treatment takes place in a tempering furnace for the duration of 10 minutes and an anneal ramp of 900 ° C to 1100 ° C. This corresponds to the modified one thermal treatment, in which the germanium layer against Preferably, dissolve completely at the end of the treatment. The silicon topcoat will not be removed in this case. This creates a SGOI disc.
Die Dicke des Oxids wurde mittels Ellipsometrie gemessen und betrug 10 nm ± 1.5 nm. Die Durchbruchfeldstärke des Oxids wurde mittels elektrischer Testung bestimmt und betrug 8 MV/cm.The Thickness of the oxide was measured by ellipsometry and was 10 nm ± 1.5 nm. The breakdown field strength of the oxide was determined by electrical testing and was 8 MV / cm.
Figurencharacters
Die
Erfindung soll nun anhand der
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