JP2016111027A - Intermediate substrate, semiconductor substrate, and manufacturing method of semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
【課題】混入した不純物原子の濃度が高い半導体結晶層の領域を適切に除去する技術を提供する。【解決手段】絶縁層上に半導体結晶層を転写するための中間基板であって、半導体結晶層形成基板、第1半導体結晶層、第2半導体結晶層、第3半導体結晶層および第4半導体結晶層を有し、これらが、半導体結晶層形成基板、第1半導体結晶層、第2半導体結晶層、第3半導体結晶層、第4半導体結晶層の順に配置され、第1半導体結晶層が、Alx1Ga1−x1As(0<x1≦1)からなり、第2半導体結晶層が、Six2Ge1−x2(0≦x2<x3)からなり、第3半導体結晶層が、Six3Ge1−x3(0.2≦x3≦1)からなり、第4半導体結晶層が、Six4Ge1−x4(0≦x4<x3)からなる中間基板を提供する。【選択図】図3A technique for appropriately removing a region of a semiconductor crystal layer having a high concentration of mixed impurity atoms is provided. An intermediate substrate for transferring a semiconductor crystal layer onto an insulating layer, the semiconductor crystal layer forming substrate, a first semiconductor crystal layer, a second semiconductor crystal layer, a third semiconductor crystal layer, and a fourth semiconductor crystal These layers are arranged in the order of the semiconductor crystal layer forming substrate, the first semiconductor crystal layer, the second semiconductor crystal layer, the third semiconductor crystal layer, and the fourth semiconductor crystal layer, and the first semiconductor crystal layer is Alx1Ga1 −x1As (0 <x1 ≦ 1), the second semiconductor crystal layer is made of Six2Ge1-x2 (0 ≦ x2 <x3), and the third semiconductor crystal layer is made of Six3Ge1-x3 (0.2 ≦ x3 ≦ 1). ), And the fourth semiconductor crystal layer provides an intermediate substrate made of Six4Ge1-x4 (0 ≦ x4 <x3). [Selection] Figure 3
Description
本発明は、中間基板、半導体基板および半導体基板の製造方法に関する。 The present invention relates to an intermediate substrate, a semiconductor substrate, and a method for manufacturing a semiconductor substrate.
Ge、SiGe等のIV族半導体は、高い正孔移動度を有することから、高性能なPチャネル型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)の活性層(チャネル層)への適用が期待されている。高性能Pチャネル型MOSFETは、高性能Nチャネル型MOSFETと共にCMOSFET(Complementary MOSFET)を構成することが期待されており、このようなCMOSFETは、単一基板に形成されてこそ性能が発揮されることから、異種基板への半導体結晶層の形成技術が必要になる。なお、非特許文献1には、III−V族化合物半導体をチャネルとするNチャネル型MOSFETとGeをチャネルとするPチャネル型MOSFETとが、単一基板に形成されたCMOSFET構造が開示されている。 Since Group IV semiconductors such as Ge and SiGe have high hole mobility, application to the active layer (channel layer) of high-performance P-channel MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) is expected. ing. High-performance P-channel MOSFETs are expected to form CMOSFETs (Complementary MOSFETs) together with high-performance N-channel MOSFETs, and such CMOSFETs exhibit performance only when they are formed on a single substrate. Therefore, a technique for forming a semiconductor crystal layer on a different substrate is required. Non-Patent Document 1 discloses a CMOSFET structure in which an N-channel MOSFET using a III-V group compound semiconductor as a channel and a P-channel MOSFET using Ge as a channel are formed on a single substrate. .
単一基板(たとえばシリコン基板)上に、III−V族化合物半導体層およびIV族半導体結晶層というような異種材料を形成する技術として、結晶成長用基板に形成した半導体結晶層を、単一基板に転写する技術が知られている。たとえば非特許文献2には、GaAs基板上に犠牲層としてAlAs層を形成し、当該犠牲層(AlAs層)上に形成したGe層を、シリコン基板に転写する技術が開示されている。 As a technique for forming different materials such as a III-V compound semiconductor layer and a group IV semiconductor crystal layer on a single substrate (for example, a silicon substrate), a semiconductor crystal layer formed on a crystal growth substrate is formed as a single substrate. The technique of transferring to is known. For example, Non-Patent Document 2 discloses a technique in which an AlAs layer is formed as a sacrificial layer on a GaAs substrate, and the Ge layer formed on the sacrificial layer (AlAs layer) is transferred to a silicon substrate.
III−V族化合物半導体をチャネルとするNチャネル型MISFET(Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor、本明細書においては単に「nMISFET」という場合がある。)と、IV族半導体をチャネルとするPチャネル型MISFET(本明細書においては単に「pMISFET」という場合がある。)とを、一つの基板上に形成するには、nMISFET用のIII−V族化合物半導体と、pMISFET用のIV族半導体とを単一基板上に形成する技術が必要になる。また、単一基板をLSI(Large Scale Integration)として製造することを考慮すれば、既存製造装置および既存工程の活用が可能なシリコン基板上にnMISFET用のIII−V族化合物半導体結晶層およびpMISFET用のIV族半導体結晶層を形成することが好ましい。 An N-channel MISFET (Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor, which may be simply referred to as “nMISFET” in this specification) having a group III-V compound semiconductor as a channel, and a P-channel having a group IV semiconductor as a channel In order to form a type MISFET (sometimes simply referred to as “pMISFET” in this specification) on one substrate, a group III-V compound semiconductor for nMISFET and a group IV semiconductor for pMISFET are formed. A technique for forming on a single substrate is required. In consideration of manufacturing a single substrate as an LSI (Large Scale Integration), a III-V group compound semiconductor crystal layer for nMISFET and a pMISFET on a silicon substrate capable of utilizing existing manufacturing equipment and existing processes. It is preferable to form a group IV semiconductor crystal layer.
半導体結晶層形成基板として、GaAs等のIII−V族化合物単結晶基板を用い、半導体結晶層を半導体結晶層形成基板からエッチングにより剥離する際の犠牲層として、AlAs等III−V族化合物半導体結晶層を用い、Ge等のIV族半導体をエピタキシャル成長させることで、転写用の半導体結晶層を形成する場合がある。Ga等のIII族原子およびAs等のV族原子は、Ge等のIV族半導体内部でドナーまたはアクセプタとして機能することがある。従って、半導体結晶層をエピタキシャル成長により形成する際には、半導体結晶層形成基板または犠牲層からの意図しない不純物原子の混入を極力避ける必要がある。 A III-V group compound single crystal substrate such as GaAs is used as the semiconductor crystal layer formation substrate, and a III-V group compound semiconductor crystal such as AlAs is used as a sacrificial layer when the semiconductor crystal layer is peeled off from the semiconductor crystal layer formation substrate by etching. A semiconductor crystal layer for transfer may be formed by epitaxially growing a group IV semiconductor such as Ge using a layer. A group III atom such as Ga and a group V atom such as As may function as a donor or acceptor inside a group IV semiconductor such as Ge. Therefore, when the semiconductor crystal layer is formed by epitaxial growth, it is necessary to avoid contamination of unintended impurity atoms from the semiconductor crystal layer forming substrate or the sacrificial layer as much as possible.
ただし、ある程度の不純物原子の混入は避けられないことから、混入した不純物原子の影響を小さくする技術が重要になる。たとえば不純物原子の混入が、主に半導体結晶層形成基板からのコンタミネーションである場合、半導体結晶層の内部での不純物原子の濃度は、半導体結晶層形成基板に近いほど高く、遠いほど低く分布する。そこで、半導体結晶層を転写先基板に転写した後、不純物原子を多く含む部分をエッチング等により除去し、不純物原子の濃度が低い半導体結晶層の部分をチャネル層に利用することで、高性能なpMISFETを形成することができる。 However, since it is unavoidable that a certain amount of impurity atoms are mixed, a technique for reducing the influence of the mixed impurity atoms is important. For example, when the contamination of impurity atoms is mainly contamination from the semiconductor crystal layer formation substrate, the concentration of impurity atoms inside the semiconductor crystal layer is higher as it is closer to the semiconductor crystal layer formation substrate and lower as it is farther away. . Therefore, after transferring the semiconductor crystal layer to the transfer destination substrate, a portion containing a large amount of impurity atoms is removed by etching or the like, and a portion of the semiconductor crystal layer having a low concentration of impurity atoms is used as a channel layer, thereby achieving high performance. A pMISFET can be formed.
しかし、転写先基板上の半導体結晶層において、不純物原子を多く含む部分のみを適切に除去することは難しく、半導体結晶層の厚さにばらつきが生じる問題があった。 However, in the semiconductor crystal layer on the transfer destination substrate, it is difficult to appropriately remove only the portion containing a large amount of impurity atoms, resulting in a variation in the thickness of the semiconductor crystal layer.
本発明の目的は、転写先基板上の半導体結晶層に混入した不純物原子の影響を小さくする技術を提供することにある。特に、混入した不純物原子の濃度が高い半導体結晶層の領域を適切に除去する技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for reducing the influence of impurity atoms mixed in a semiconductor crystal layer on a transfer destination substrate. In particular, it is an object to provide a technique for appropriately removing a region of a semiconductor crystal layer having a high concentration of mixed impurity atoms.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、絶縁層上に半導体結晶層を転写するための中間基板であって、半導体結晶層形成基板、第1半導体結晶層、第2半導体結晶層、第3半導体結晶層および第4半導体結晶層を有し、前記半導体結晶層形成基板、前記第1半導体結晶層、前記第2半導体結晶層、前記第3半導体結晶層および前記第4半導体結晶層が、前記半導体結晶層形成基板、前記第1半導体結晶層、前記第2半導体結晶層、前記第3半導体結晶層、前記第4半導体結晶層の順に配置され、前記第1半導体結晶層が、Alx1Ga1−x1As(0<x1≦1)からなり、前記第2半導体結晶層が、Six2Ge1−x2(0≦x2<x3)からなり、前記第3半導体結晶層が、Six3Ge1−x3(0.2≦x3≦1)からなり、前記第4半導体結晶層が、Six4Ge1−x4(0≦x4<x3)からなる中間基板を提供する。 In order to solve the above problems, in a first aspect of the present invention, there is provided an intermediate substrate for transferring a semiconductor crystal layer onto an insulating layer, the semiconductor crystal layer forming substrate, the first semiconductor crystal layer, the second A semiconductor crystal layer, a third semiconductor crystal layer, and a fourth semiconductor crystal layer, the semiconductor crystal layer forming substrate; the first semiconductor crystal layer; the second semiconductor crystal layer; the third semiconductor crystal layer; A semiconductor crystal layer is disposed in the order of the semiconductor crystal layer forming substrate, the first semiconductor crystal layer, the second semiconductor crystal layer, the third semiconductor crystal layer, and the fourth semiconductor crystal layer, and the first semiconductor crystal layer Is made of Al x1 Ga 1-x1 As (0 <x1 ≦ 1), the second semiconductor crystal layer is made of Si x2 Ge 1-x2 (0 ≦ x2 <x3), and the third semiconductor crystal layer is made of , Si x3 Ge 1-x3 ( 0 Consists 2 ≦ x3 ≦ 1), said fourth semiconductor crystal layer, providing an intermediate substrate made of Si x4 Ge 1-x4 (0 ≦ x4 <x3).
エッチャントとしてHClを用いる場合の前記第1半導体結晶層のエッチング速度が、前記第2半導体結晶層、前記第3半導体結晶層および前記第4半導体結晶層から選択された何れの半導体結晶層のエッチング速度より大きいものとすることができる。エッチャントとしてHCl、H2O2およびH2Oをそれぞれ4:1:95のモル比で混合した混合液を用いる場合の前記第2半導体結晶層のエッチング速度が、前記第3半導体結晶層のエッチング速度より大きいものとすることができる。エッチャントとしてHFを用いる場合の前記第3半導体結晶層のエッチング速度が、前記第4半導体結晶層のエッチング速度より大きいものとすることができる。前記第4半導体結晶層の表面粗さが1nm以下であるものとすることができる。前記第4半導体結晶層がGe層である場合、前記第3半導体結晶層のSi組成x3と前記第3半導体結晶層の厚さt(nm)が、0<t<2.5・x3−1.25の関係を満足することができる。 When HCl is used as the etchant, the etching rate of the first semiconductor crystal layer is any one of the semiconductor crystal layers selected from the second semiconductor crystal layer, the third semiconductor crystal layer, and the fourth semiconductor crystal layer. Can be larger. The etching rate of the second semiconductor crystal layer in the case of using a mixed liquid in which HCl, H 2 O 2 and H 2 O are mixed at a molar ratio of 4: 1: 95 as the etchant is the etching rate of the third semiconductor crystal layer. It can be greater than the speed. The etching rate of the third semiconductor crystal layer when HF is used as the etchant may be higher than the etching rate of the fourth semiconductor crystal layer. The fourth semiconductor crystal layer may have a surface roughness of 1 nm or less. When the fourth semiconductor crystal layer is a Ge layer, the Si composition x3 of the third semiconductor crystal layer and the thickness t (nm) of the third semiconductor crystal layer are 0 <t <2.5 · x3 −1. .25 relationship can be satisfied.
本発明の第2の態様においては、基板と、前記基板の上の絶縁層と、前記絶縁層の上の第4半導体結晶層と、を有し、前記第4半導体結晶層が、Six4Ge1−x4(0≦x4<1)からなり、AsおよびGaから選択された1以上の原子を1×1016[cm−3]以上、5×1018[cm−3]以下の範囲で含有する半導体基板を提供する。 In the second aspect of the present invention, the semiconductor device includes a substrate, an insulating layer on the substrate, and a fourth semiconductor crystal layer on the insulating layer, and the fourth semiconductor crystal layer is Si x4 Ge. 1-x4 (0 ≦ x4 <1), containing one or more atoms selected from As and Ga in a range of 1 × 10 16 [cm −3 ] to 5 × 10 18 [cm −3 ] A semiconductor substrate is provided.
前記第4半導体結晶層に含有する、AsおよびGaから選択された1以上の前記原子の濃度が、前記第4半導体結晶層の表面側から前記基板側に進むに従い小さくまたは大きくなっているものとすることができる。 The concentration of one or more atoms selected from As and Ga contained in the fourth semiconductor crystal layer is reduced or increased as it proceeds from the surface side of the fourth semiconductor crystal layer to the substrate side. can do.
本発明の第3の態様においては、半導体結晶層形成基板の上に、第1半導体結晶層、第2半導体結晶層、第3半導体結晶層および第4半導体結晶層を順次エピタキシャル成長するステップと、前記第4半導体結晶層の表面と、転写先基板の表面または前記転写先基板に形成された層の表面とを向かい合わせ、前記半導体結晶層形成基板と前記転写先基板とを貼り合わせるステップと、前記第1半導体結晶層をエッチングにより除去し、前記第2半導体結晶層、前記第3半導体結晶層および前記第4半導体結晶層を前記転写先基板に残した状態で、前記半導体結晶層形成基板と前記転写先基板とを分離するステップと、前記第2半導体結晶層をエッチングするステップと、を有する半導体基板の製造方法を提供する。 In a third aspect of the present invention, a step of sequentially growing a first semiconductor crystal layer, a second semiconductor crystal layer, a third semiconductor crystal layer, and a fourth semiconductor crystal layer on a semiconductor crystal layer formation substrate; Facing the surface of the fourth semiconductor crystal layer and the surface of the transfer destination substrate or the surface of the layer formed on the transfer destination substrate, and bonding the semiconductor crystal layer forming substrate and the transfer destination substrate; The first semiconductor crystal layer is removed by etching, and the second semiconductor crystal layer, the third semiconductor crystal layer, and the fourth semiconductor crystal layer are left on the transfer destination substrate, and the semiconductor crystal layer forming substrate and the There is provided a method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising: separating a transfer destination substrate; and etching the second semiconductor crystal layer.
前記第2半導体結晶層をエッチングするステップにおける前記第2半導体結晶層のエッチング速度が、前記第3半導体結晶層のエッチング速度より大きいものとすることができる。前記第3半導体結晶層をエッチングするステップをさらに有することができ、この場合、当該ステップにおける前記第3半導体結晶層のエッチング速度が、前記第4半導体結晶層のエッチング速度より大きいものとすることができる。 The etching rate of the second semiconductor crystal layer in the step of etching the second semiconductor crystal layer may be higher than the etching rate of the third semiconductor crystal layer. The method may further include a step of etching the third semiconductor crystal layer. In this case, the etching rate of the third semiconductor crystal layer in the step may be higher than the etching rate of the fourth semiconductor crystal layer. it can.
図1は半導体基板100の断面を示す。半導体基板100は、基板(転写先基板)114と、絶縁層112と、第4半導体結晶層110とを有する。 FIG. 1 shows a cross section of a semiconductor substrate 100. The semiconductor substrate 100 includes a substrate (transfer destination substrate) 114, an insulating layer 112, and a fourth semiconductor crystal layer 110.
基板(転写先基板)114は、たとえばSi基板であり、後に説明するように、貼り合せ法における転写先基板である。絶縁層112は、たとえばシリコン酸化層であり、第4半導体結晶層110と基板114との間を電気的に絶縁する。絶縁層112により、第4半導体結晶層110に形成されるMISFET等電子素子の浮遊容量を低減し、素子性能を向上できる。 The substrate (transfer destination substrate) 114 is, for example, a Si substrate, and is a transfer destination substrate in a bonding method, as will be described later. The insulating layer 112 is a silicon oxide layer, for example, and electrically insulates between the fourth semiconductor crystal layer 110 and the substrate 114. The insulating layer 112 can reduce the stray capacitance of an electronic device such as a MISFET formed in the fourth semiconductor crystal layer 110 and improve the device performance.
第4半導体結晶層110は、たとえばGe層であり、MISFET等の電子素子が形成されて、当該電子素子の活性層として機能する。第4半導体結晶層110は、後に説明するように不純物原子が低減され、そこに形成される電子素子の性能が向上される。第4半導体結晶層110は、Six4Ge1−x4(0≦x4<1)からなり、AsおよびGaから選択された1以上の原子を1×1016[cm−3]以上、5×1018[cm−3]以下の範囲で含有する。 The fourth semiconductor crystal layer 110 is, for example, a Ge layer, and an electronic element such as a MISFET is formed and functions as an active layer of the electronic element. In the fourth semiconductor crystal layer 110, as will be described later, impurity atoms are reduced, and the performance of an electronic element formed there is improved. The fourth semiconductor crystal layer 110 is made of Si x4 Ge 1-x4 (0 ≦ x4 <1), and one or more atoms selected from As and Ga are 1 × 10 16 [cm −3 ] or more and 5 × 10. 18 [cm −3 ] It is contained in the following range.
第4半導体結晶層110のSi組成x4の上限は、第4半導体結晶層110の厚さとの関係で変化する。第4半導体結晶層110が薄くて良い場合、x4の上限を大きくすることができるが、第4半導体結晶層110を厚くする必要がある場合、x4の上限はあまり大きくすることができない。つまり、第4半導体結晶層110のSi組成x4は、第4半導体結晶層110の厚さに由来する制限の範囲で適切に選択することができる。 The upper limit of the Si composition x4 of the fourth semiconductor crystal layer 110 varies depending on the relationship with the thickness of the fourth semiconductor crystal layer 110. When the fourth semiconductor crystal layer 110 may be thin, the upper limit of x4 can be increased. However, when the fourth semiconductor crystal layer 110 needs to be thicker, the upper limit of x4 cannot be increased too much. That is, the Si composition x4 of the fourth semiconductor crystal layer 110 can be appropriately selected within a limit range derived from the thickness of the fourth semiconductor crystal layer 110.
第4半導体結晶層110は、AsおよびGaから選択された1以上の原子を含有する。当該原子の濃度は、第4半導体結晶層110の表面側から基板側に進むに従い小さくまたは大きくなっている。As原子等濃度の深さ方向プロファイルについては、後に詳しく説明する。 The fourth semiconductor crystal layer 110 contains one or more atoms selected from As and Ga. The concentration of the atoms decreases or increases as it proceeds from the surface side of the fourth semiconductor crystal layer 110 to the substrate side. The depth direction profile of the concentration of As atoms will be described in detail later.
図2から図8は、半導体基板100の製造方法を工程順に示した断面図である。 2 to 8 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor substrate 100 in the order of steps.
図2に示すように、半導体結晶層形成基板102の上に、第1半導体結晶層104を形成する。 As shown in FIG. 2, the first semiconductor crystal layer 104 is formed on the semiconductor crystal layer formation substrate 102.
半導体結晶層形成基板102は、高品位な第4半導体結晶層110を形成するための基板である。好ましい半導体結晶層形成基板102の材料は、第4半導体結晶層110の材料、形成方法等に依存する。一般に、半導体結晶層形成基板102は、形成しようとする第4半導体結晶層110と格子整合または擬格子整合する材料からなることが望ましい。たとえば、第4半導体結晶層110としてGe層をエピタキシャル成長法により形成する場合、半導体結晶層形成基板102は、GaAs単結晶基板が好ましく、InP、サファイア、Ge、または、SiCの単結晶基板が選択可能である。半導体結晶層形成基板102がGaAs単結晶基板である場合、第4半導体結晶層110が形成される面方位として(100)面または(111)面が挙げられる。 The semiconductor crystal layer forming substrate 102 is a substrate for forming the high-quality fourth semiconductor crystal layer 110. A preferable material of the semiconductor crystal layer forming substrate 102 depends on a material, a forming method, and the like of the fourth semiconductor crystal layer 110. In general, the semiconductor crystal layer forming substrate 102 is preferably made of a material that lattice matches or pseudo-lattice matches with the fourth semiconductor crystal layer 110 to be formed. For example, when a Ge layer is formed as the fourth semiconductor crystal layer 110 by an epitaxial growth method, the semiconductor crystal layer formation substrate 102 is preferably a GaAs single crystal substrate, and a single crystal substrate of InP, sapphire, Ge, or SiC can be selected. It is. When the semiconductor crystal layer forming substrate 102 is a GaAs single crystal substrate, the plane orientation on which the fourth semiconductor crystal layer 110 is formed includes the (100) plane or the (111) plane.
第1半導体結晶層104は、Alx1Ga1−x1As(0<x1≦1)からなる。第1半導体結晶層104は、たとえば、エッチャントとしてHClを用いる場合のエッチング速度が、第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110から選択された何れの半導体結晶層のエッチング速度より大きいものとすることができる。なお、エッチングには、エッチャント(エッチング液)として塩酸水溶液を用いるウェットエッチング、エッチングガスを用いるドライエッチング等を適用することができる。 The first semiconductor crystal layer 104 is made of Al x1 Ga 1-x1 As (0 <x1 ≦ 1). For example, the first semiconductor crystal layer 104 may be any semiconductor crystal layer selected from the second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 110 at an etching rate when HCl is used as the etchant. The etching rate may be greater than For etching, wet etching using an aqueous hydrochloric acid solution as an etchant (etching solution), dry etching using an etching gas, or the like can be applied.
第1半導体結晶層104をAlx1Ga1−x1As(0<x1≦1)とすることにより、第1半導体結晶層104を、第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110を転写先基板に転写するための犠牲層として機能させることができる。 By setting the first semiconductor crystal layer 104 to Al x1 Ga 1-x1 As (0 <x1 ≦ 1), the first semiconductor crystal layer 104 is changed to the second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 104. The semiconductor crystal layer 110 can function as a sacrificial layer for transferring to the transfer destination substrate.
第1半導体結晶層104は、半導体結晶層形成基板102と第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110(以下単に「第4半導体結晶層110等」という。)とを分離するための層である。第1半導体結晶層104がエッチングにより除去されることで、半導体結晶層形成基板102と第4半導体結晶層110等とが分離する。 The first semiconductor crystal layer 104 includes the semiconductor crystal layer formation substrate 102, the second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 110 (hereinafter simply referred to as “fourth semiconductor crystal layer 110 etc.”). It is a layer for separating. By removing the first semiconductor crystal layer 104 by etching, the semiconductor crystal layer formation substrate 102 and the fourth semiconductor crystal layer 110 and the like are separated.
第1半導体結晶層104のエッチングに際し、半導体結晶層形成基板102および第4半導体結晶層110等の少なくとも一部がエッチングされずに残る必要がある。このため、第1半導体結晶層104のエッチング速度は、半導体結晶層形成基板102および第4半導体結晶層110等のエッチング速度より大きい必要があり、好ましくは数倍以上大きい。半導体結晶層形成基板102としてGaAs単結晶基板が、第4半導体結晶層110等としてGe層が選択される場合、第1半導体結晶層104はAlAs層が好ましい。第1半導体結晶層104の厚さが大きくなると、第4半導体結晶層110等の結晶性が低下する傾向にあるから、第1半導体結晶層104の厚さは、犠牲層としての機能が確保できる限り薄いことが好ましい。第1半導体結晶層104の厚さは、0.1nm〜10μmの範囲で選択できる。 When the first semiconductor crystal layer 104 is etched, it is necessary that at least a part of the semiconductor crystal layer formation substrate 102, the fourth semiconductor crystal layer 110, and the like remain without being etched. For this reason, the etching rate of the first semiconductor crystal layer 104 needs to be higher than the etching rates of the semiconductor crystal layer forming substrate 102, the fourth semiconductor crystal layer 110, and the like, and is preferably several times higher. When a GaAs single crystal substrate is selected as the semiconductor crystal layer forming substrate 102 and a Ge layer is selected as the fourth semiconductor crystal layer 110 or the like, the first semiconductor crystal layer 104 is preferably an AlAs layer. When the thickness of the first semiconductor crystal layer 104 increases, the crystallinity of the fourth semiconductor crystal layer 110 and the like tends to decrease. Therefore, the thickness of the first semiconductor crystal layer 104 can ensure the function as a sacrificial layer. It is preferable to be as thin as possible. The thickness of the first semiconductor crystal layer 104 can be selected in the range of 0.1 nm to 10 μm.
第1半導体結晶層104は、エピタキシャル成長法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタ法またはALD(Atomic Layer Deposition)法により形成することができる。エピタキシャル成長法として、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法またはMBE(Molecular Beam Epitaxy)法を利用することができる。第1半導体結晶層104をMOCVD法で形成する場合、ソースガスとして、TMGa(トリメチルガリウム)、TEGa(トリエチルガリウム)、TMA(トリメチルアルミニウム)、TMIn(トリメチルインジウム)、AsH3(アルシン)、PH3(ホスフィン)等を用いることができる。キャリアガスには水素を用いることができる。ソースガスの複数の水素原子基の一部を塩素原子または炭化水素基で置換した化合物を用いることもできる。成長温度(反応温度とも称される)は、300℃から900℃の範囲で、好ましくは400〜800℃の範囲内で適宜選択することができる。ソースガス供給量や反応時間を適宜選択することで第1半導体結晶層104の厚さを制御することができる。 The first semiconductor crystal layer 104 can be formed by an epitaxial growth method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a sputtering method, or an ALD (Atomic Layer Deposition) method. As the epitaxial growth method, a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method or an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method can be used. When the first semiconductor crystal layer 104 is formed by MOCVD, TMGa (trimethyl gallium), TEGa (triethyl gallium), TMA (trimethyl aluminum), TMIn (trimethyl indium), AsH 3 (arsine), PH 3 are used as source gases. (Phosphine) or the like can be used. Hydrogen can be used as the carrier gas. A compound in which a part of a plurality of hydrogen atom groups of the source gas is substituted with a chlorine atom or a hydrocarbon group can also be used. The growth temperature (also referred to as reaction temperature) can be appropriately selected in the range of 300 ° C to 900 ° C, preferably in the range of 400 to 800 ° C. The thickness of the first semiconductor crystal layer 104 can be controlled by appropriately selecting the source gas supply amount and the reaction time.
図3に示すように、第1半導体結晶層104の上に、第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110を順次エピタキシャル成長する。 As shown in FIG. 3, the second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 110 are sequentially epitaxially grown on the first semiconductor crystal layer 104.
第2半導体結晶層106は、Six2Ge1−x2(0≦x2<x3)からなる。第2半導体結晶層106は、たとえば、エッチャントとしてHCl、H2O2およびH2Oをそれぞれ4:1:95のモル比で混合した混合液を用いる場合のエッチング速度が、第3半導体結晶層108のエッチング速度より大きいものとすることができる。なお、エッチングには、エッチャント(エッチング液)として塩酸、過酸化水素および水の混合液を用いるウェットエッチング、エッチングガスを用いるドライエッチング等を適用することができる。 The second semiconductor crystal layer 106 is made of Si x2 Ge 1-x2 (0 ≦ x2 <x3). The second semiconductor crystal layer 106 has an etching rate of, for example, the third semiconductor crystal layer when using a mixed liquid in which HCl, H 2 O 2, and H 2 O are mixed in a molar ratio of 4: 1: 95 as an etchant. It can be greater than 108 etch rates. For etching, wet etching using a mixed solution of hydrochloric acid, hydrogen peroxide, and water as an etchant (etching solution), dry etching using an etching gas, or the like can be applied.
第3半導体結晶層108は、Six3Ge1−x3(0.2≦x3≦1)からなる。第3半導体結晶層108は、たとえば、エッチャントとしてHFを用いる場合のエッチング速度が、第4半導体結晶層110のエッチング速度より大きいものとすることができる。なお、エッチングには、エッチャント(エッチング液)としてフッ酸水溶液を用いるウェットエッチング、エッチングガスを用いるドライエッチング等を適用することができる。 The third semiconductor crystal layer 108 is made of Si x3 Ge 1-x3 (0.2 ≦ x3 ≦ 1). For example, the third semiconductor crystal layer 108 may have an etching rate higher than that of the fourth semiconductor crystal layer 110 when HF is used as an etchant. Note that wet etching using a hydrofluoric acid aqueous solution as an etchant (etching solution), dry etching using an etching gas, or the like can be applied to the etching.
第2半導体結晶層106をSix2Ge1−x2(0≦x2<x3)とし、第3半導体結晶層108をSix3Ge1−x3(0.2≦x3≦1)とすることにより、第3半導体結晶層108を、第2半導体結晶層106をエッチングする際のエッチングストッパとして機能させることができる。 By setting the second semiconductor crystal layer 106 to Si x2 Ge 1-x2 (0 ≦ x2 <x3) and the third semiconductor crystal layer 108 to Si x3 Ge 1-x3 (0.2 ≦ x3 ≦ 1), The third semiconductor crystal layer 108 can function as an etching stopper when the second semiconductor crystal layer 106 is etched.
第4半導体結晶層110は、Six4Ge1−x4(0≦x4<x3)からなる。第4半導体結晶層110をSix4Ge1−x4(0≦x4<x3)とすることにより、第3半導体結晶層108のエッチングの際に第4半導体結晶層110のエッチング耐性を高めて、第4半導体結晶層110のエッチングによる消失を抑制できる。 The fourth semiconductor crystal layer 110 is made of Si x4 Ge 1-x4 (0 ≦ x4 <x3). By setting the fourth semiconductor crystal layer 110 to Si x4 Ge 1-x4 (0 ≦ x4 <x3), the etching resistance of the fourth semiconductor crystal layer 110 is increased when the third semiconductor crystal layer 108 is etched, 4 Disappearance due to etching of the semiconductor crystal layer 110 can be suppressed.
第4半導体結晶層110の表面粗さは1nm以下である。また、第4半導体結晶層110がGe層である場合、第3半導体結晶層108のSi組成x3と第3半導体結晶層108の厚さt(nm)が、0<t<2.5・x3−1.25、の関係を満足することができる。このような関係を満足することにより、第4半導体結晶層110の表面粗さを低く維持することができる。 The surface roughness of the fourth semiconductor crystal layer 110 is 1 nm or less. When the fourth semiconductor crystal layer 110 is a Ge layer, the Si composition x3 of the third semiconductor crystal layer 108 and the thickness t (nm) of the third semiconductor crystal layer 108 are 0 <t <2.5 · x3. -1.25 can be satisfied. By satisfying such a relationship, the surface roughness of the fourth semiconductor crystal layer 110 can be kept low.
第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110(第4半導体結晶層110等)は、後に説明する転写先基板に転写される転写対象層である。第4半導体結晶層110等が半導体結晶層形成基板102上にエピタキシャル成長法等により形成されることで、第4半導体結晶層110の結晶性が高品位に実現される。更に、第4半導体結晶層110等が転写先基板に転写されることで、転写先基板との格子整合等を考慮すること無く、高品位の第4半導体結晶層110を任意の転写先基板上に形成することが可能になる。 The second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 110 (the fourth semiconductor crystal layer 110 and the like) are transfer target layers to be transferred to a transfer destination substrate described later. The fourth semiconductor crystal layer 110 and the like are formed on the semiconductor crystal layer formation substrate 102 by an epitaxial growth method or the like, whereby the crystallinity of the fourth semiconductor crystal layer 110 is realized with high quality. Furthermore, by transferring the fourth semiconductor crystal layer 110 or the like to the transfer destination substrate, the high-quality fourth semiconductor crystal layer 110 can be placed on any transfer destination substrate without considering lattice matching with the transfer destination substrate. Can be formed.
第4半導体結晶層110として、SixGe1−x(0≦x<1)が挙げられる。さらに具体的にはx=0の場合が挙げられる。すなわちGeが挙げられる。第4半導体結晶層110がSixGe1−x(0<x<1)である場合、SixGe1−xのSi組成比xは、0.1以下であることが好ましい。Si組成比を0.1以下とすることにより、Geに近い半導体特性を得ることができる。 Examples of the fourth semiconductor crystal layer 110 include Si x Ge 1-x (0 ≦ x <1). More specifically, the case of x = 0 can be mentioned. That is, Ge is mentioned. When the fourth semiconductor crystal layer 110 is Si x Ge 1-x (0 <x <1), the Si composition ratio x of Si x Ge 1-x is preferably 0.1 or less. By setting the Si composition ratio to 0.1 or less, semiconductor characteristics close to Ge can be obtained.
第4半導体結晶層110の厚さは、0.1nm〜500μmの範囲で適宜選択することができる。第4半導体結晶層110の厚さは、0.1nm以上1μm未満であることが好ましい。第4半導体結晶層110の厚さを1μm未満とすることにより、たとえば極薄ボディMISFET等の高性能トランジスタの製造に適した複合基板に用いることができる。 The thickness of the fourth semiconductor crystal layer 110 can be appropriately selected within the range of 0.1 nm to 500 μm. The thickness of the fourth semiconductor crystal layer 110 is preferably not less than 0.1 nm and less than 1 μm. By setting the thickness of the fourth semiconductor crystal layer 110 to less than 1 μm, it can be used for a composite substrate suitable for manufacturing a high-performance transistor such as an ultra-thin body MISFET.
第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110は、エピタキシャル成長法またはALD法により形成することができる。エピタキシャル成長法には、CVD法、MBE法を利用することができる。第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110がIV族化合物半導体からなり、CVD法で形成する場合、ソースガスとして、GeH4(ゲルマン)、SiH4(シラン)またはSi2H6(ジシラン)等を用いることができる。キャリアガスには水素を用いることができる。ソースガスの複数の水素原子基の一部を塩素原子または炭化水素基で置換した化合物を用いることもできる。成長温度は、300℃から900℃の範囲で、好ましくは400〜800℃の範囲内で適宜選択することができる。ソースガス供給量や反応時間を適宜選択することで第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110の厚さを制御することができる。 The second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 110 can be formed by an epitaxial growth method or an ALD method. As the epitaxial growth method, a CVD method or an MBE method can be used. When the second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 110 are made of a group IV compound semiconductor and are formed by a CVD method, GeH 4 (germane), SiH 4 (silane) are used as source gases. Alternatively, Si 2 H 6 (disilane) or the like can be used. Hydrogen can be used as the carrier gas. A compound in which a part of a plurality of hydrogen atom groups of the source gas is substituted with a chlorine atom or a hydrocarbon group can also be used. The growth temperature can be appropriately selected in the range of 300 ° C to 900 ° C, preferably in the range of 400 to 800 ° C. The thicknesses of the second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 110 can be controlled by appropriately selecting the source gas supply amount and the reaction time.
なお、半導体結晶層形成基板102上に第1半導体結晶層104、第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110を有する基板は、半導体基板100を形成するための中間基板200として把握することが可能である。中間基板200は、半導体結晶層形成基板102、第1半導体結晶層104、第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110を有する。半導体結晶層形成基板102、第1半導体結晶層104、第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110は、半導体結晶層形成基板102、第1半導体結晶層104、第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108、第4半導体結晶層110の順に配置されている。 Note that a substrate having the first semiconductor crystal layer 104, the second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 110 on the semiconductor crystal layer formation substrate 102 is used for forming the semiconductor substrate 100. It can be grasped as the intermediate substrate 200. The intermediate substrate 200 includes a semiconductor crystal layer forming substrate 102, a first semiconductor crystal layer 104, a second semiconductor crystal layer 106, a third semiconductor crystal layer 108, and a fourth semiconductor crystal layer 110. The semiconductor crystal layer formation substrate 102, the first semiconductor crystal layer 104, the second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 110 are composed of the semiconductor crystal layer formation substrate 102, the first semiconductor crystal layer 104, The second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 110 are arranged in this order.
図4に示すように、第4半導体結晶層110の表面と、転写先基板114の表面とを向かい合わせ、図5に示すように、半導体結晶層形成基板102と転写先基板114とを貼り合わせる。なお、転写先基板114の表面または第4半導体結晶層110の表面に絶縁層112を形成してもよい。図4では、第4半導体結晶層110の表面に絶縁層112を形成している例を示しているが、これに限られず、転写先基板114の表面に形成されてもよい。 As shown in FIG. 4, the surface of the fourth semiconductor crystal layer 110 and the surface of the transfer destination substrate 114 face each other, and the semiconductor crystal layer forming substrate 102 and the transfer destination substrate 114 are bonded together as shown in FIG. . Note that the insulating layer 112 may be formed on the surface of the transfer destination substrate 114 or the surface of the fourth semiconductor crystal layer 110. FIG. 4 shows an example in which the insulating layer 112 is formed on the surface of the fourth semiconductor crystal layer 110, but the present invention is not limited to this, and the insulating layer 112 may be formed on the surface of the transfer destination substrate 114.
転写先基板114は、第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110が転写される先の基板である。転写先基板114は、第4半導体結晶層110を活性層として利用する電子デバイスが最終的に配置されるターゲット基板であってもよく、第4半導体結晶層110がターゲット基板に転写されるまでの中間状態における、仮置き基板であってもよい。つまり、第4半導体結晶層110は、転写先基板114から、他の基板に更に転写されてもよい。転写先基板114は、有機物または無機物の何れからなるものでもよい。転写先基板114として、シリコン基板、SOI(Silicon on Insulator)基板、ガラス基板、サファイア基板、SiC基板、AlN基板を例示することができる。他に、転写先基板114は、セラミックス基板、プラスチック基板等の絶縁体基板、金属等の導電体基板であっても良い。転写先基板114にシリコン基板またはSOI基板を用いる場合、既存のシリコンプロセスで用いられる製造装置が利用でき、既知のシリコンプロセスにおける知見を利用して、研究開発および製造の効率を高めることができる。 The transfer destination substrate 114 is a substrate to which the second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 110 are transferred. The transfer destination substrate 114 may be a target substrate on which an electronic device that uses the fourth semiconductor crystal layer 110 as an active layer is finally disposed. Until the fourth semiconductor crystal layer 110 is transferred to the target substrate. It may be a temporary placement substrate in an intermediate state. That is, the fourth semiconductor crystal layer 110 may be further transferred from the transfer destination substrate 114 to another substrate. The transfer destination substrate 114 may be made of either an organic material or an inorganic material. Examples of the transfer destination substrate 114 include a silicon substrate, an SOI (Silicon on Insulator) substrate, a glass substrate, a sapphire substrate, an SiC substrate, and an AlN substrate. In addition, the transfer destination substrate 114 may be an insulating substrate such as a ceramic substrate or a plastic substrate, or a conductive substrate such as a metal. When a silicon substrate or an SOI substrate is used as the transfer destination substrate 114, a manufacturing apparatus used in an existing silicon process can be used, and knowledge of the known silicon process can be used to improve research and development and manufacturing efficiency.
転写先基板114が、シリコン基板等、容易には曲がらない硬い基板である場合、転写する第4半導体結晶層110等が機械的振動等から保護され、第4半導体結晶層110の結晶品質を高く保つことができる。転写先基板114が、プラスチック等、可撓性を有する基板である場合、後に説明する第1半導体結晶層104のエッチング工程において、可撓性基板を半導体結晶層形成基板102から離れる方向に曲げ、エッチング液を速やかに供給し、転写先基板114と半導体結晶層形成基板102との分離を迅速に行うことができる。 When the transfer destination substrate 114 is a hard substrate that is not easily bent, such as a silicon substrate, the fourth semiconductor crystal layer 110 to be transferred is protected from mechanical vibration and the like, and the crystal quality of the fourth semiconductor crystal layer 110 is increased. Can keep. When the transfer destination substrate 114 is a flexible substrate such as plastic, the flexible substrate is bent away from the semiconductor crystal layer forming substrate 102 in the etching process of the first semiconductor crystal layer 104 described later. The etching solution can be supplied quickly, and the transfer destination substrate 114 and the semiconductor crystal layer forming substrate 102 can be quickly separated.
図6に示すように、第1半導体結晶層104をエッチングにより除去し、第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110を転写先基板114に残した状態で、半導体結晶層形成基板102と転写先基板114とを分離する。分離された半導体結晶層形成基板102は、適切な処理を施した後、再利用することができる。 As shown in FIG. 6, the first semiconductor crystal layer 104 is removed by etching, and the second semiconductor crystal layer 106, the third semiconductor crystal layer 108, and the fourth semiconductor crystal layer 110 are left on the transfer destination substrate 114. The semiconductor crystal layer forming substrate 102 and the transfer destination substrate 114 are separated. The separated semiconductor crystal layer forming substrate 102 can be reused after appropriate processing.
図7に示すように、第2半導体結晶層106をエッチングにより除去する。ここで、第2半導体結晶層106のエッチング速度は、第3半導体結晶層108のエッチング速度より大きい。これにより、第3半導体結晶層108がエッチングストッパとして機能することは前記した通りである。 As shown in FIG. 7, the second semiconductor crystal layer 106 is removed by etching. Here, the etching rate of the second semiconductor crystal layer 106 is higher than the etching rate of the third semiconductor crystal layer 108. As a result, the third semiconductor crystal layer 108 functions as an etching stopper as described above.
図8に示すように、第3半導体結晶層108をエッチングにより除去し、図1に示す半導体基板100を得る。ここで、第3半導体結晶層108のエッチング速度は、第4半導体結晶層110のエッチング速度より大きい。これにより、第4半導体結晶層110を露出するまでのエッチングが制御性良く行え、第4半導体結晶層110の厚さのばらつきを低く抑えることができる。 As shown in FIG. 8, the third semiconductor crystal layer 108 is removed by etching, and the semiconductor substrate 100 shown in FIG. 1 is obtained. Here, the etching rate of the third semiconductor crystal layer 108 is higher than the etching rate of the fourth semiconductor crystal layer 110. Thereby, etching until the fourth semiconductor crystal layer 110 is exposed can be performed with good controllability, and variation in the thickness of the fourth semiconductor crystal layer 110 can be suppressed to a low level.
上記した半導体基板の製造方法によれば、半導体結晶層形成基板102から離れた位置に形成されるがゆえに、不純物原子の混入が少ない第4半導体結晶層110のみを残して、第3半導体結晶層108および第2半導体結晶層106を制御性良くエッチングすることができる。この結果、低不純物濃度の第4半導体結晶層110の厚さのばらつきを小さくすることができる。 According to the semiconductor substrate manufacturing method described above, since the semiconductor substrate is formed at a position distant from the semiconductor crystal layer forming substrate 102, only the fourth semiconductor crystal layer 110 with little impurity atom mixing is left, leaving the third semiconductor crystal layer. 108 and the second semiconductor crystal layer 106 can be etched with good controllability. As a result, variation in the thickness of the fourth semiconductor crystal layer 110 having a low impurity concentration can be reduced.
(実施例)
半導体結晶層形成基板102として、結晶成長面の面方位が(100)、オフ角が2°のGaAs基板を用いた。当該GaAs基板上に、第1半導体結晶層104、第2半導体結晶層106、第3半導体結晶層108および第4半導体結晶層110として、それぞれ、厚さ20nmのAlAs層、厚さ570nmのGe層、厚さ6.5nm、Si組成0.29のSiGe層および厚さ550nmのGe層をエピタキシャル成長法により順次形成し、中間基板を作成した。
(Example)
As the semiconductor crystal layer forming substrate 102, a GaAs substrate having a crystal growth surface with a plane orientation of (100) and an off angle of 2 ° was used. On the GaAs substrate, as a first semiconductor crystal layer 104, a second semiconductor crystal layer 106, a third semiconductor crystal layer 108, and a fourth semiconductor crystal layer 110, an AlAs layer having a thickness of 20 nm and a Ge layer having a thickness of 570 nm, respectively. Then, an SiGe layer having a thickness of 6.5 nm, an Si composition of 0.29, and a Ge layer having a thickness of 550 nm were sequentially formed by an epitaxial growth method to produce an intermediate substrate.
AlAs層のエピタキシャル成長では、原料ガスとしてTMA(トリメチルアルミニウム)、AsH3(アルシン)および水素を用い、基板温度を600℃とした。Ge層のエピタキシャル成長では、原料ガスとしてGeH4(ゲルマン)および水素を用い、基板温度を650℃とした。SiGe層のエピタキシャル成長では、原料ガスとしてSiH4(シラン)、GeH4および水素を用い、基板温度を600℃とした。 In the epitaxial growth of the AlAs layer, TMA (trimethylaluminum), AsH 3 (arsine) and hydrogen were used as source gases, and the substrate temperature was set to 600 ° C. In the epitaxial growth of the Ge layer, GeH 4 (german) and hydrogen were used as source gases, and the substrate temperature was set to 650 ° C. In the epitaxial growth of the SiGe layer, SiH 4 (silane), GeH 4 and hydrogen were used as source gases, and the substrate temperature was 600 ° C.
比較例として、SiGe層の厚さを11nm、Si組成を0.18とし他は上記同様としたもの、SiGe層の厚さを11nm、Si組成を0.29とし他は上記同様としたもの、SiGe層の厚さを22nm、Si組成を0.18とし他は上記同様としたもの、SiGe層の厚さを22nm、Si組成を0.29とし他は上記同様としたものを作成した。 As a comparative example, the thickness of the SiGe layer was 11 nm, the Si composition was 0.18, and the others were the same as above, the thickness of the SiGe layer was 11 nm, the Si composition was 0.29, and the others were the same as above, A SiGe layer having a thickness of 22 nm and a Si composition of 0.18 was otherwise prepared, and a SiGe layer having a thickness of 22 nm and a Si composition of 0.29 was prepared.
図9は、As原子濃度の深さプロファイルを示したグラフである。GaAs基板に近い方が、Asの濃度が高いことがわかる。つまり、本実施例の中間基板を用いて、GaAs基板から遠い側のGe層のみを取り出すことで、Ge層の品質を高め、高性能なp型MISFETを作成することが可能になる。 FIG. 9 is a graph showing a depth profile of As atom concentration. It can be seen that the As concentration is higher near the GaAs substrate. That is, by using the intermediate substrate of this embodiment and extracting only the Ge layer far from the GaAs substrate, the quality of the Ge layer can be improved and a high-performance p-type MISFET can be produced.
図10は、第3半導体結晶層のシリコン組成および厚さを変えたときのエッチング深さとエッチング時間の関係を示したグラフである。同図から、Si組成が0.18のものについては、エッチングが停止されず、エッチングストッパとしての機能が十分でないと考えられる。一方、Si組成が0.29のものについては、エッチングが停止されており、エッチングストッパとしての機能が十分であると考えられる。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the etching depth and the etching time when the silicon composition and thickness of the third semiconductor crystal layer are changed. From the figure, it is considered that the etching is not stopped and the function as an etching stopper is not sufficient for the Si composition of 0.18. On the other hand, for the Si composition of 0.29, the etching is stopped and the function as an etching stopper is considered to be sufficient.
図11は、第3半導体結晶層のシリコン組成および厚さを変えたときの基板表面を顕微鏡観察した写真を示した表図である。図12は、第3半導体結晶層のシリコン組成および厚さを変えたときの基板表面の粗さを測定した結果を示した表図である。同図から、第3半導体結晶層であるSiGe層の厚さが22nmになると転位が発生し、厚さが11nmまで低下すると、Si組成が0.18において転位が観察されなくなるものの、Si組成が0.29のものでは未だ転位が観察される。厚さが6.5nmまで低下するに至って、Si組成が0.29であっても転位が観察されなくなる。また、図12から、転位の低減に従い、表面粗さが小さくなることがわかる。 FIG. 11 is a table showing a microscopic observation of the substrate surface when the silicon composition and thickness of the third semiconductor crystal layer are changed. FIG. 12 is a table showing the results of measuring the roughness of the substrate surface when the silicon composition and thickness of the third semiconductor crystal layer were changed. From the figure, dislocation occurs when the thickness of the SiGe layer as the third semiconductor crystal layer reaches 22 nm, and when the thickness decreases to 11 nm, dislocation is not observed at Si composition of 0.18. In the case of 0.29, dislocations are still observed. As the thickness decreases to 6.5 nm, dislocations are not observed even when the Si composition is 0.29. Further, FIG. 12 shows that the surface roughness decreases as the dislocation is reduced.
以上総合すると、本実施例の条件においては、SiGe層の厚さが6.5nm、Si組成を0.29の場合に、エッチングストッパとして機能し、かつ、転位が無く、表面粗さも十分平坦な中間基板が得られたと言える。Si組成が小さくなるに従いエッチングストッパとしての機能が低下し、第3半導体結晶層の厚さが大きくなるに従い、転位の増大、表面粗さの悪化が観測される。つまり、SiGe層の厚さとSi組成の組み合わせには最適領域が存在するといえる。 In summary, under the conditions of this example, when the thickness of the SiGe layer is 6.5 nm and the Si composition is 0.29, it functions as an etching stopper, has no dislocations, and has a sufficiently flat surface roughness. It can be said that an intermediate substrate was obtained. As the Si composition decreases, the function as an etching stopper decreases, and as the thickness of the third semiconductor crystal layer increases, dislocation increases and surface roughness deteriorates. That is, it can be said that there is an optimum region for the combination of the thickness of the SiGe layer and the Si composition.
100…半導体基板、102…半導体結晶層形成基板、104…第1半導体結晶層、106…第2半導体結晶層、108…第3半導体結晶層、110…第4半導体結晶層、112…絶縁層、114…転写先基板。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Semiconductor substrate, 102 ... Semiconductor crystal layer formation substrate, 104 ... 1st semiconductor crystal layer, 106 ... 2nd semiconductor crystal layer, 108 ... 3rd semiconductor crystal layer, 110 ... 4th semiconductor crystal layer, 112 ... Insulating layer, 114: Transfer destination substrate.
Claims (11)
半導体結晶層形成基板、第1半導体結晶層、第2半導体結晶層、第3半導体結晶層および第4半導体結晶層を有し、
前記半導体結晶層形成基板、前記第1半導体結晶層、前記第2半導体結晶層、前記第3半導体結晶層および前記第4半導体結晶層が、前記半導体結晶層形成基板、前記第1半導体結晶層、前記第2半導体結晶層、前記第3半導体結晶層、前記第4半導体結晶層の順に配置され、
前記第1半導体結晶層が、Alx1Ga1−x1As(0<x1≦1)からなり、
前記第2半導体結晶層が、Six2Ge1−x2(0≦x2<x3)からなり、
前記第3半導体結晶層が、Six3Ge1−x3(0.2≦x3≦1)からなり、
前記第4半導体結晶層が、Six4Ge1−x4(0≦x4<x3)からなる
中間基板。 An intermediate substrate for transferring a semiconductor crystal layer onto an insulating layer,
A semiconductor crystal layer forming substrate, a first semiconductor crystal layer, a second semiconductor crystal layer, a third semiconductor crystal layer, and a fourth semiconductor crystal layer;
The semiconductor crystal layer formation substrate, the first semiconductor crystal layer, the second semiconductor crystal layer, the third semiconductor crystal layer, and the fourth semiconductor crystal layer are the semiconductor crystal layer formation substrate, the first semiconductor crystal layer, The second semiconductor crystal layer, the third semiconductor crystal layer, and the fourth semiconductor crystal layer are arranged in this order,
The first semiconductor crystal layer is made of Al x1 Ga 1-x1 As (0 <x1 ≦ 1),
The second semiconductor crystal layer is made of Si x2 Ge 1-x2 (0 ≦ x2 <x3);
The third semiconductor crystal layer is made of Si x3 Ge 1-x3 (0.2 ≦ x3 ≦ 1);
The intermediate substrate, wherein the fourth semiconductor crystal layer is made of Si x4 Ge 1-x4 (0 ≦ x4 <x3).
請求項1に記載の中間基板。 When HCl is used as the etchant, the etching rate of the first semiconductor crystal layer is any one of the semiconductor crystal layers selected from the second semiconductor crystal layer, the third semiconductor crystal layer, and the fourth semiconductor crystal layer. The intermediate substrate according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の中間基板。 The etching rate of the second semiconductor crystal layer in the case of using a mixed liquid in which HCl, H 2 O 2 and H 2 O are mixed at a molar ratio of 4: 1: 95 as the etchant is the etching rate of the third semiconductor crystal layer. The intermediate substrate according to claim 1 or 2, wherein the intermediate substrate is larger than a speed.
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の中間基板。 The intermediate substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein an etching rate of the third semiconductor crystal layer when HF is used as an etchant is higher than an etching rate of the fourth semiconductor crystal layer.
請求項1から請求項4の何れか一項に記載の中間基板。 The intermediate substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein a surface roughness of the fourth semiconductor crystal layer is 1 nm or less.
前記第3半導体結晶層のSi組成x3と前記第3半導体結晶層の厚さt(nm)が、
(数1)
0<t<2.5・x3−1.25
の関係を満足する
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の中間基板。 The fourth semiconductor crystal layer is a Ge layer;
The Si composition x3 of the third semiconductor crystal layer and the thickness t (nm) of the third semiconductor crystal layer are:
(Equation 1)
0 <t <2.5 · x3 −1.25
The intermediate substrate according to any one of claims 1 to 5, wherein the relationship is satisfied.
前記第4半導体結晶層が、Six4Ge1−x4(0≦x4<1)からなり、AsおよびGaから選択された1以上の原子を1×1016[cm−3]以上、5×1018[cm−3]以下の範囲で含有する
半導体基板。 A substrate, an insulating layer on the substrate, and a fourth semiconductor crystal layer on the insulating layer,
The fourth semiconductor crystal layer is made of Si x4 Ge 1-x4 (0 ≦ x4 <1), and one or more atoms selected from As and Ga are 1 × 10 16 [cm −3 ] or more and 5 × 10. 18 [cm −3 ] A semiconductor substrate contained in the following range.
請求項7に記載の半導体基板。 The concentration of one or more atoms selected from As and Ga contained in the fourth semiconductor crystal layer is decreased or increased as the concentration proceeds from the surface side of the fourth semiconductor crystal layer to the substrate side. 8. The semiconductor substrate according to 7.
前記第4半導体結晶層の表面と、転写先基板の表面または前記転写先基板に形成された層の表面とを向かい合わせ、前記半導体結晶層形成基板と前記転写先基板とを貼り合わせるステップと、
前記第1半導体結晶層をエッチングにより除去し、前記第2半導体結晶層、前記第3半導体結晶層および前記第4半導体結晶層を前記転写先基板に残した状態で、前記半導体結晶層形成基板と前記転写先基板とを分離するステップと、
前記第2半導体結晶層をエッチングするステップと、
を有する半導体基板の製造方法。 Sequentially epitaxially growing a first semiconductor crystal layer, a second semiconductor crystal layer, a third semiconductor crystal layer, and a fourth semiconductor crystal layer on a semiconductor crystal layer forming substrate;
Facing the surface of the fourth semiconductor crystal layer and the surface of the transfer destination substrate or the surface of the layer formed on the transfer destination substrate, and bonding the semiconductor crystal layer forming substrate and the transfer destination substrate;
The first semiconductor crystal layer is removed by etching, and the second semiconductor crystal layer, the third semiconductor crystal layer, and the fourth semiconductor crystal layer are left on the transfer destination substrate. Separating the transfer destination substrate;
Etching the second semiconductor crystal layer;
The manufacturing method of the semiconductor substrate which has this.
請求項9に記載の半導体基板の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 9, wherein an etching rate of the second semiconductor crystal layer in the step of etching the second semiconductor crystal layer is higher than an etching rate of the third semiconductor crystal layer.
当該ステップにおける前記第3半導体結晶層のエッチング速度が、前記第4半導体結晶層のエッチング速度より大きい
請求項9または請求項10に記載の半導体基板の製造方法。 Etching the third semiconductor crystal layer;
11. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 9, wherein an etching rate of the third semiconductor crystal layer in the step is higher than an etching rate of the fourth semiconductor crystal layer.
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