TWI313511B - Method of fabricating strained si soi wafers - Google Patents
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Description
1313511 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本务明係關於製造半導體基板的方法，尤其關於製造應變 半導體覆絕緣層（strained semiconduct〇r-on—insulat〇r，ss〇i) 基板。 【先前技術】 應變矽已被採用為一有希望的選擇，來改善以互補金氧半 導體為基礎之電晶體元件性能。一般而言，矽沉積於一鬆弛 (relaxed)矽鍺（SiGe)層上，以產生拉伸（tensile)應變的 一石夕層。應變石夕覆石夕鍺亦和矽覆絕緣體（silic〇讀_insulat〇r， SOI) —起使用，以結合兩種科技之優勢。有一些應用中，理 想方式係讓應變矽層直接覆在一絕緣層上方，而無一中間矽鍺 層，此可產生一超薄（ultra thin) SOI層，和目前SOI科技發 展趨勢一致。此外，中間矽鍺層導致製程中之額外困難度，例 如增強N型摻雜物擴散、石夕/秒鍺混合（mtemiixmg)、淺溝槽 隔離（shallow trench isolation ’ STI)製程困難度、同時對矽化 物（silicide )形成可能的負面效應。
4 旧 M/04130TW 1313511 直接於一絕緣層上製造應變矽的方法涉及使 /·*^· 7ψ/τ '^ε?' 矽鍺缓衝層、化學機械研磨（CMP)、應變矽成長、曰 日日 接*、 層轉移（layer transfer)、以及矽鍺回蝕（etch back)。習次口方 法本質上有困難，因為晶圓接合需要非常平滑的表面，而漸: 矽鍺膜有-非f粗齡®，使得補财物使肖在大部分晶 圓接合製程中。習知技術方法使用化學機械研磨，以使表 平滑，但化學機械研磨減少基板之可製造性 (manufacturability)，特別是3〇〇毫米的晶圓。 另-種直接於-絕緣層上形成應變石夕的方法涉及直接於 SOI晶圓上成長-厚、鬆财鍺層，具有―厚度大約· 奈米或更厚。此鬆弛雜層之最上面區域會被設計成可能有最 低穿缺陷隸（thfeading defeet density ) ( #由步漸變 (step-gmdmg)鍺含量或其他習知技術方法，以減少差排 (disl〇cation)密度））。接著，最上面、鬆弛、高品質石夕錯層底 下的材料會藉以-劑量與能量之離子佈植予以非晶化 (a—rplnzed) ’以減少或消滅在埋藏氧化層上、最上面鬆弛 魏層下之區耻㈣度（eiys罐nity)。其後的再結晶退火 (reCiyStallizati〇nannealmg)會被執行，以從最上層往下來固 相（solid-phase)磊晶地再成長晶格之非晶化區域。
4IBM/04130TW 1313511 因為最上層為鬆他、高品質補，在此層以下再結晶會往 下傳播此晶格結構。因此，最下層，自s〇I基板之原始石夕層， s 乂最上氣、弛石夕錯層之面内（in_plane)晶才各參數再結晶；因 此以-拉伸方式應變。魏接著可選擇性地被移除，提供一應 變、低缺陷密度S0I基板，供高性能CM〇s應用。… 上述概念主要缺點為U成長具夠低缺陷密度的高品質厚 鬆弛石夕錯合金層的能力成問題，2)於-非常厚隨機合金中再結 曰a而不產生新缺陷的能力成問題，3)以一傳統佈植程序非晶化 如此大埋藏區域的實作挑戰，以及4)在所有這些製程步驟期 間’最小化錯交互擴散（interdiffUsion)入較低;ε夕層。 鑒於以上，需要提供一新且改善之方法，形成沒有上述任 一缺點的一應變半導體覆絕緣層（SSOI)基板。 【發明内容】 本發明提供一方法，製造一應變半導體覆絕緣層(SSOI) 基板’其中應變半導體係一薄半導體層，具一厚度小於50奈. 米’直接位於一絕緣層頂上。形成本發明之應變半導體覆絕緣 層(SS0Q基板中，未使用晶圓接合。
4IBM/04130TW 1313511 本發明所提供之-SSOI基板係藉由，首先形成一第二結 晶半導體層（像是齡-残合金層），為應_，位在一第 二結晶半導體層之-表面上（像是例如_預形成S0i基板之 頂3石夕層）’其位於-絕緣層頂上（像是例如預形成观基 板之一埋藏氧化層）。 •形成第二結晶半導體層後，一般會，但不一定，執行一視 需要的缺陷建立軒倾倾。如職明，此視f要之佈植步 驟在第結晶半導體層内或附近建立缺陷。在一第一溫度下執 行第退火步驟於此結構，有或無此視需要之缺陷建立步 驟，至足夠鬆弛第二結晶半導體層之應變。 ^接下來，於包含目前鬆弛第二結晶半導體層的結構上，執 行一非晶化離子佈植步驟，以於結構中建立一埋藏非晶化區 域。此埋藏非晶化區域包含第一結晶半導體層全體和鬆弛第二 結晶半導體層之一較低部分。 接著以足以再結晶非晶化區域之一第二溫度，執行一第二 退火步驟。第二退火步驟導致第一半導體層在一應變狀態中產 生再結晶。再結晶後第一半導體層内之應變量，係由先前形成 鬆他第二結晶半導體層之面内晶格參數決定。
4IBM/04130TW 1313511 接下來’選擇性地移除第二結 晶半導體層，以提供位於預
以上步驟提供—SS0I基板，其中應變第—半導體層位在 、在緣層全體頂上。本發明另—實關巾，是可能形成—圖型化 (patterned) SSOI基板，包含在—卿成s〇I基板之一絕緣 層頂上的應變帛—半導體材料之局部_，収雜應變第一 半導體材料之局部區域的未賴第—半導體材料。 本發明另一實施例中，缺陷建立離子佈植步驟和非晶化離 子佈植步_於包含第—結晶半導體層之結構帽擇相同區 域來執行。如此，在第一退火步驟期間，第二半導體層之不同 預選擇區域可發生選擇性鬆弛。在隨後製程中完成本發明其餘 製程步驟，以產生一基板，包含局部應變第一半導體層區域於 絕緣層上方，鄰接未應變第一半導體層區域。
4IBM/04130TW 1313511 【實施方式】 本發明提供形成一應變半導體覆絕緣層基板之方法，參照 所附本應用之圖式，以更詳細地說明。注意到本發明之圖式鼓 非按比例續·製’因此本應用不限於玎能由圖式確定的任何尺 寸。此外，所附圖式中，類似參照編號用以說明類似及/或斜 應元件。 首先參照圖一 A，其例示一结構10，係提供於一第士 晶半導體層18之一表面上形成一第二結晶半導體層2〇。第— 結晶半導體層18代表一預形成SOI(SOI)基板12之最上層。 第—半導體層18於此技藝中常稱為一 SOI層，其中可形成電 子元件，像疋例如電晶體及/或電容。除第一結晶半導體層18 外’預形成SOI基板12亦包含一絕緣層16和一底半導體基 板層14。 圖一 A所示預形成SOI基板12可藉以下方式形成：利用 對熟此技藝者習知之一傳統氧離子佈植分隔（separati〇n by i〇n implantation of oxygen ’ SIM0X)製程，以及以下文獻提到的 不同氧離子佈植分隔製程：共讓渡美國專利號6,486,〇37，2002 年11月26曰核准；6,602,757, 2003年8月5日核准； 6,541，356 ’ 2003年4月1曰核准；美國專利申請號 09/861，590，2001 年 5 月 21 日中請；以及 〇9/884,670，2001
4IBM/04130TW -10- 1313511 年6月19日申凊’遠有Sadana等人之美國專利號5,930,634， 各整體之内容於文中納入作為參考。 弋疋預开>成SOI石夕基板12可使用其他製程萝 作，包含例如一熱接合和層轉移製程。 、 ，’預形成S〇1基板12包含—底半導體基板層 Ύ 16和—第一結晶半導體層Μ。預形成SOI基板 ，底半導體基板層14包含任何料體材料，包含例如石夕、 石夕碳、雜、销碳、錯、糾鎵、挪銦、磷化鋼、 3 Μ可為一則基板或一石夕覆絕緣層卿Ge_〇_㈣ 的之絕緣層16包含對錯擴散有高抗性 :一=緣層。魏緣和抗錄擴散性材料之細包含但不限 =、、、。晶或非晶（跡CIy祕ne)氧化物或氮化物。一般預形 成SOI基板之絕緣層16為一埋藏氧化層。 、 納观基板12之第―結晶半導體層18包含任何半 =才料’包含例如石夕、石夕石炭、石夕錄、石夕錯碳、錯、神化嫁、 令化=化銦、其他腑或膽族化合物半導體。於本發 月一較佳貫施射’第-結辭㈣層18由—切材料组成。
4 旧 M/04130TW -11 - 1313511 預形成SOI基板12的層厚度變化，可視其製作使用製程 而定。然而，一般第一結晶半導體層18為一薄層，具厚度從 大約1至大約50奈米’以大約5至大約4〇奈米的厚度更為典 型。關於絕緣層16’-般係具大約丨至大約麵奈米的厚度， 以大約2〇至大約2〇〇奈米的厚度為更佳。半導體基板層Μ 之厚度對本發明不重要。以上提供之厚度範圍為範例，且絕不 限制本發明之範轉。 在提供含第-結晶半導體層18之獅成s〇l基板12後， 形成-應變狀態中的—第二結晶半_層2()於第—結晶半導 f層18頂上。第二結晶半導體層2G可由與第-結晶半導體層 8相同或不同的材料組成，附帶條件為第二結晶半導體層20 形成於一應變狀態中。 -姓貫施例中’第二結晶半導體層2g係—含錯層， 一補合金或純錯。「魏合金」包括含多至99.99原子 居刀^錯的销材料，純錯包括含⑽原子百分比之錯的 用魏層時，切鍺射鍺含量較佳顧大約〇·1至 2 ".9原子百分比，具—錯原子百分比從大約1G至大約35 尤隹。
4IBM/04130TW •12· 1313511 根據本發明，形成第二結晶半導體層20於第一結晶半導 體層18頂上係使用熟此技藝者習知之任何傳統磊晶成長方 法’只要是可成長一半導體材料為應變、介穩（metastable)、 假晶（pseudomorphic )，以及實質上沒有缺陷，即誤置（misfit) 和TD差排（TD Dislocation)。這樣的遙晶成長製程之例示範 例包含但不限於：快速熱化學氣相沉積（rapid thermal chemical vapor deposition ’ RTCVD)、低壓化學氣相沉積（low-pressure chemical vapor deposition，LPCVD)、超高真空化學氣相沉積 (ultra-high vacuum chemical vapor deposition，UHVCVD )、常 壓化學氣相沈積（atmospheric pressure chemical vapor deposition ’ APCVD)、分子束磊晶（m〇iecuiar beamepitaxy， MBE)或電漿輔助化學氣相沉積（plasma_enh_^d咖 vapor deposition，PECVD )。 本号X月此時形成之弟二結晶半導體層2〇的厚度可變化， 但-=第二結晶半導體層2〇具大於底下的第—結晶半導體層 =H-般第二結晶半導體層2G具從大約⑺到大約· 奈米的厚度，而從大約2〇到大約200奈米之厚度則更常見。
導A ^結構後，—般在包含形成於第一結晶半 豆“頂上之第二結晶半導體層20的結構上，視需要 optional)執仃—缺陷建立離子細步驟，以麵—結晶半導體 4IBM/04130TW -13- 1313511 層18中或附近建立缺陷。由此佈植步驟建立之缺陷使第二姅 晶=導體層20之加強鍾鬆弛發生。使加強馳發生的缺: 之靶例包含：小板（platelet)缺陷或泡狀（bubble_like)缺陷， 如同氫離子健之情形。此視需狀佈_執行可使用或不使 用一佈植遮罩。 在執行此視需要之佈植步驟後所形成之結構如圖一 B。此 圖中，芩照編號22代表此離子佈植步驟於第一結晶半導體層 18中形成之缺陷。此缺陷建立離子佈植步驟，係藉建立差排 成核點（nucleation sites)之一隨機陣列，解決第二結晶半導 體/第-結晶半導體雙層⑽和奶中缺陷產生之問題，此差 排成核點之隨機陣列幫助於隨後加熱中的應變鬆弛。特別是， 第一尨βθ半導體層20之彈性鬆弛（eiastic relaxati〇n)藉第一 結晶半導體層18之塑性變形（plastie deformatk)n)而發生， 而離子佈植步驟期間所形成之缺陷促進第一結晶半導體層18 之塑性變形。 這些使第二結晶半導體層2〇之加強鬆弛發生的缺陷，係 ，以下方式形成：佈植離子像是氫、氘（deuterium)、氦、氧、 氖硼、石夕或其混合物進入不同層，使用維持離子分布之高峰 在第-結晶半導體層18巾或附近的佈植條件。此巾亦考慮上 述離子之同位素。本發明使用來建立缺陷之較佳離子為氫離子
4IBM/04130TW -14 - Ϊ313511 (H+)或氧離子（〇+)。注意到此中亦考慮其他種類的氫，像 是 h2+。 本發明之視需要的缺陷建立佈植步驟係在進室溫下進 行’即從大約283K到大約303K之溫度，使用一束電流密度 (beam current density)從大約0.01到大約1〇微安培/平方公 分（microamps/cm2 )。於不同溫度及/或使用其他束電流密度來 佈植會影響鬆弛行為。 使用來形成缺陷22之佈植物種的濃度會隨使用佈植物種 之類型而變化。然而，一般本發明此時使用之佈植離子的濃度 為低於3E16cm—2，其中以離子濃度從大約圧15到大約 2.99E16cm_2為更典型。此視需要之佈植的能量亦可隨所佈植 離子類型改變’附帶條件是佈植能量必須足以把離子打到第一 結晶半導體層18中或附近。 >舉例而言，當使用A為佈_子，使用來確保缺陷形成於 第一結晶半導體層18中或附近的能量是從大約丨到大約 l〇〇keV，其中以從大約3到大約4〇keV之能量尤佳。 前述富能（energetic)離子於第一結晶半導體層18中或 .附近的佈植’建立了可作為有效差排成核點的缺陷，藉由優先
4IBM/04130TW -15- 1313511 地驅使差排顧進人第—結晶铸體層18，差軸核點使第 一结晶+賴層20更有效地舰。缺_立離子佈植步驟所 導致之缺舰⑽機性，亦降健驗·絲所帶來的缺陷 釘扎（defectpinnmg)，而藉此使鬆他過程更有效。除前述外， 此視需要之缺陷建立離子佈植步驟亦降低隨後第—退火步驟 期間，#々弛弟一結晶半導體層20.之所需溫度。 在形成圖- A或視需要之圖一 B所示結構後，此結構接 者經歷-第-退火倾，執行於—第—溫度，足以鬆弛第二結 晶半導體層20上的應變。此第—退火步驟係執行於—惰性^ 體環境中’其可視需要地和-低（小於1%)濃度的氧混合， 或另-種方式是可使用-職氣體（fonning gas)。第^火 步驟十可使用之惰性氣體環境的例示範例包含氧、氯、氮、氣、 氪、氖或其混合物’像是例如-氦·氬或H昆合物。 如上指出’第-退火步驟係執行於—第—溫度，足以鬆他 第二結晶半導體層2〇之應變。此外，第—溫度使結構中錯之 擴散最小化。詳細地說’第-退火步驟H度係從大約 700C至大約1100C，以從大約800C至大約i〇5〇°c之第一、、 度尤佳。第一退火步驟之歷時（timeperi〇d)可有多種變化， 但一般第一退火步驟係歷時從大約1秒到大約5小時，以從大 約5秒到大約1小時之歷時較常見。
4IBM/04130TW -16- 1313511 第一退火步驟可使用以下實施：一快速熱退火製程、一爐 退火（famace annealing )製程、一雷射退火、一尖奉退火（Spike anneal)或任何其他類似退火製程，可使應變第二半導體層2〇 足夠鬆弛者。相較於爐退火，快速熱退火一般執行一較短歷 時。第一退火步驟可以一單一斜坡（ramp)溫度，或可以不同 斜坡和均熱（soak)循環實施。 再次強調’在第一退火步驟期間，發生第二結晶半導體層 20之鬆弛。在本發明退火步驟期間所達鬆弛之程度，係第二 結晶半導體層20 t初始應變和那層之厚度的函數。一般本發 明此步驟期間所達鬆弛程度為大於25%。 接下來，執行一非晶化離子佈植步驟以建立一結構，其甲 有=非晶化H域24包含第-結晶轉體層18全體和第二結晶 半導體層20之-較低部分。所得結構顯示於圖一 c。由此佈 植產生之傷害深度分布（damageddepthpr〇file)之高峰與第一 、曰’半導體層ι8同量亦即，離子佈植之非 晶化的發^係為離子分布之高峰在第—結晶半導體層18之中 心±1000埃（angstrom)的範圍内。更佳為饰植離子高峰在第 一結晶半導體層18之中心埃的範圍内發生非晶化。本發 ，中可使用非晶化離子，像是梦、务坤、錯、碳或任何組合， 匕二匕們的同位素。足以導致非晶化以及佈植離子高峰進入上 遠範圍的任何範圍之劑量與能量，都可使用於本發明。
4IBM/04130TW -17- 1313511 發明根據本 足以再結晶非晶化區域24，使執仃於—第二溫度， 狀態中再結晶；應變量係由鬆他第18在—應變 晶格參數決定。再杜曰曰第本道挪、”+v體層20之面内 代表。 …^ — +導體層由圖—D中參照編號26 ^退火步驟係執行於—惰性氣體 1%) ^ 包物付使用之惰性氣體環境的例示範例 m或其混合物，像是例如一氦-氨 如上指出，第二退火倾雜行於—第二溫产 一結晶半導體層18在一應變 ^ 筮-紝曰A、M城β 夂队心、丹、乡口日日。因此，假如鬆弛的 ^第口 Γ 剛開始是在受_應變下（鬆他前），則 -層26係以拉伸方侧，假如獅第 ^日t 始是受鱗應變，騎得第一結晶半 =體層26就是以M縮方式應變。詳細地說，第二退火步驟之 =盈度係從大約贼至大約，其中第二溫度從大約 _C至大約麵。(:尤佳。第二退火步驟之歷時可變化’一 般第二退火步驟係歷時大約i秒到大約5小時，以從大約5 秒到大約1小時之歷時更常見。
4 旧 M/04130TW -18- 1313511 第二退火步驟可使用以下實施：一快速熱退火製程、—爐 退火製程、一雷射退火、一尖峰退火或任何其他類似退火^ 程’可使非晶化區域24和第一結晶半導體層18以一應變方式 再結晶者。相較於爐退火，快速熱退火一般執行一較短歷時。 第一退火步驟可以一單一斜坡溫度，或可以不同斜坡和均熱 環實施。 執行第二退火步驟後，從結構移除第二結晶半導體層 2〇’以提供圖-E所示ss〇I基板。此圖式中，應變第一結曰^ 層26直接位於預形成SOI基板12之絕緣層16上。應變第— L曰曰半‘體層26之厚度—般從大約5G到大約埃，以大約 1〇〇到大約日400埃之厚度更為典型。注意這些厚度範圍類似層 18 j始厚度，可能會產生―稍薄些的層。所得應變程度係 由先則械祕第二結晶半導體層之舶日$格參數決定。 接下來，本發日种移除第二結晶半導體層2〇，使用一選 擇性移除製程，包含例如化學侧、反應式離子_ (reactive 腿etchmg)、低溫氧化、原子氧化（如函c 〇χ脑⑽）、化學 機械研磨、氣集束薄化（gas_d她^隱論㈣）或却 組合。 ^ 如圖一 E所示，應變第一半導體層26位於絕緣層16全 體之頂上。除了圖_ A至—E描緣之實施例外，本發明亦考
4IBM/04130TW -19- 1313511 ^另以也例，其中形成一圖型化臟基板 的應變第一半導體材料之局部區 =明和^應變材料之局部區域的未應縣—半導體材料。本 ^月之此貫施例描繪於圖二A至二B中。 曰化之此另7實施例中’缺陷建立離子佈植步驟和非 日日 植步驟’係於含第-結晶半導體層之結構中，選擇 相同區域來執行。此另一結構描綠於圖二h在第構退中火= 弟—半導體層之不同預選擇區域可發生選擇性鬆弛。隨 =衣私即完成本發日贈述之其餘製程步驟，以產生於絕緣層 t方鄰接未應變第一半導體層區域Μ，含局部應變第一 、體層區域26的一基板。此應變半導體覆絕緣層(SSOI)基 板不於圖二Β。 圖三係執行本發明退火步驟後之一基板的一剖面穿透電 子顯微鏡（咖㈠ectional如刪化⑹electron microscopy， XTEM)圖’藉由優先地驅使差排缺陷進入SOI層，使矽錯層 I弛。本發明此步驟之簡單剖面圖例示於圖一 B中。此樣本 包含:550埃_30%石夕鍺層，成長在—2〇〇埃s〇i層上，以2 5Ei6 原子/平方公分之佈植氫至—深度，使氫濃度高峰靠近 SOI/埋藏氧化層介自，並使用快速熱退火（贼/秒）於_。〇 退火5为釦。用X光繞射量測此矽鍺層，而為29.9%鍺和61〇/〇 鬆弛。
4IBM/04130TW -20- 1313511 本發明較佳實施例已特別地顯示與說明如上，熟此技藝者 可了解，在不悖離本發明之範疇與精神下，可以作到上述之結
在說明纽細社的任何改變。目此本發日杯欲被限制 之範轉Ϊ。不之確切形式和細節〜但落在所附申請專利範圍 4IBM/04130TW -21 - 1313511 【圖式簡單說明】 之夂至一以系示意圖（透過剖面），顯示本發明中使用 =絲製程步驟，用以直接於—預形成观基板之一絕緣 層之一表面上形成一應變半導體層。 施例 圖一A至一b係示意圖（透過剖面），顯示本發明另 實 圖三係執行本發明第-退火步驟後之—基板的—剖面穿 /電子顯微鏡圖(XTEM)，顯示優先位於SOI層中的差排。 【主要元件符號說明】 12預形成SOI基板 16絕緣層 1〇結構 14底半導體基板層 18第一結晶半導體層 24非晶化區域 20第二結晶半導體層 22缺陷 26應變第—結晶半導體層
4IBM/04130TW -22-
Claims (1)
1313511 十、申請專利範圍： 1. 一種製造一應變半導體覆絕緣 semiconductor-on-insulator，SSOI)之方法
層（strained 包含下列各步 形成-第二結晶半導體層，其係在一第一結晶半導體 層之-表社產生麵，該第―結日日日轉體層位於一預形 成矽覆絕緣(silieominsulatoi·, SQI)基板之—絕緣層頂 上； ' 使含該第二結晶半導體層之該預形成s〇I基板在— 第—溫度下賴—第—退火步驟H溫度;1以鬆他該 苐一結晶半導體層中之應變； 包含該第一結晶半導體層 之一較低部分； 執行-非晶化離子佈植，以建立—埋藏非晶化區域， 之全體和該第二結晶半導體層 '含有該第二結晶半導體層和該埋藏非晶化區域之 :貝=—SOI基板，在—第二溫度下經歷—第二退火步 弟t溫度如使該埋藏非晶化區域再結晶 ，導致該 晶半導體層在—應變狀態中產生再結晶；以及 4IBM/04130TW -23- 1313511 選擇性地移除該第二結晶半導體層，以提供一應變半 導體覆絕緣層基板。 2·如請求項1所述之方法，其中該絕緣層係'结晶或非晶 (歷-crystamne)概物魏化物，對_減高抗性。
3·如請求項1所述之方法，其中該第一結晶半導體層具厚度 從大約5至大約50奈米（nm)。 4·如》月求項1所述之方法，其中該第一結晶半導體層包含 石夕、石夕碳、石夕錯、石夕錯碳、錄、石申化鎵、石申化姻、碟化鋼、 其他III/V或II/VI族化合物半導體。 5.如請求項4所述之方法，其中該第一結晶半導體層係 矽半導體。
如請求項 所述之方法，其中該第 晶半導體層包 夕夕反夕錯、石夕鍺碳、錯、石申化蘇、石申化鋼、碌偏 其他ΠΙ/ν或贈1族化合物半導體。 ’其中該第二結晶半導體層係一含 如请求項6所述之方法 鍺材料。 4 旧 M/04130TW -24- 7. 如請求項7所述之方法，其中該含鍺材料係—残合金或 純錯。 如請求項1所述之方法，其中形成該第二結晶半導體層包 含一蟲晶成長製程。 如請求項9所述之方法，其中該磊晶成長製程係選自快速 熱化學氣相沉積（rapid thermal chemical vapor deposition)、低壓化學氣相沉積（low_pressure chemical vapor deposition )、超高真空化學氣相沉積（ultra_high vacuum chemical vapor deposition)、常壓化學氣相沈積 (atmospheric pressure chemical vapor deposition)、分子束 蟲晶（molecular beam epitaxy)及電漿輔助化學氣相沉積 (plasma-enhanced chemical vapor deposition )。 如請求項1所述之方法，其中該第二結晶半導體層具厚度 從大約10至大約500奈米。 如請求項1所述之方法，更包含在該形成和第一退火步驟 間’執行一缺陷建立離子佈植，俾在該第一結晶半導體層 中或附近建立缺陷。 4IBM/04130TW -25- 1313511 13. 如請求項12所述之方法，其中該缺陷建立離子佈植係使 用氫、氘（deuterium)、氦、氧、氖、硼、矽或其混合物 與同位素之離子實施之。 14. 如請求項13所述之方法，其中該離子為氫或氧離子。 15. 如請求項12所述之方法，其中該缺陷建立離子佈植係使 用3El6cmf2以下之一離子濃度實施之。 φ 16. 如請求項12所述之方法，其中該缺陷可供作有效差排成 核點（dislocation nucleation sites)，其使該第二結晶半導 體層更有效地鬆弛。 17·如請求項12所述之方法，其中該缺陷建立離子佈植係使 用一佈植遮罩執行之。 18. 如請求項1所述之方法，其中該第一退火步驟係執行於一 情性氣體環境（ambient)或一形成氣體（forming gas)環 境中。 19. 如請求項丨所述之方法，其中該第一退火步驟之該第一溫 度係從大約700°C至大約1100T：。 4IBM/04130TW -26- 1313511 2〇.如請求項i所述之方法，其中該第一退火步驟係使用—快 速熱退火製程、一爐退火（fomace annealing)製程、一丨、 峰退火（spike anneal)之一雷射退火製程實施之。 太 21. 如請求項1所述之方法’其中該非晶化離子佈植係使用選 自矽、磷、砷、鍺、碳及其任何組合之離子實施之。 22. 如請求項丨所述之方法’其中該第二退火步驟係執行於— 惰性氣體環境或一形成氣體環境中。 23. 如請求項丨所述之方法’其中該第二退火步驟之該第二溫 度係從大約6〇o°c至大約11〇〇。(：。 m 24. 如請求項1所述之方法，其中該第二退火步驟係使用—快 速熱退火製程、-爐退火製程、—尖峰退火之—雷射退火 製程貫施之。 25. 如請求項丨所述之方法，其中該選擇性地移除包含化學蝕 刻、反應式離子蝕刻（reactive i〇n etching)、低溫氧化、 原子氧化（atomic oxidation)、化學機械研磨、氣集束薄化 (gas-cluster beam thinning)或其任何組合。 4IBM/04130TW -27- 1313511 況-種製造-應變半導體覆絕緣層(ss〇i)的方法，包含下列 各步驟： 形成-應變的第二結晶半導體層於—第—結晶半導 體層之-表面上，該第-結晶半導體層位於—預形成石夕覆 、％緣層(SOI)基板之一絕緣層頂上； 執行-缺賊立離子佈植，以在鱗—結晶半導體層 中或附近建立缺陷； 使含該第一結晶半導體層與該缺陷之該預形成SOI 基板’在一第一溫度下經歷一第一退火步驟，該第一溫度 足以鬆弛該第二結晶半導體層中之應變； 執行一非晶化離子佈植，以建立一埋藏非晶化區域， 包含該第一結晶半導體層之全體和該第二結晶半導體層 之—較低部分； 使含有該第二結晶半導體層和該埋藏非晶化區域之 礒預形成SOI基板，在一第二溫度下經歷一第二退火步 k，该弟一溫度足以再結晶該埋藏非晶化區域，導致該第 〜結晶半導體層在一應變狀態中產生再結晶；以及 4IBM/04130TW -28 - 1313511 選擇性地移除該第二結晶半導體層，以提供一應 導體覆絕緣層基板。 27.如請求項26所述之方法，其中該絕緣層係—結晶或非 氧化物或氮化物，對鍺擴散有高抗性。 28·如請求項26所述之方法，其中該第—結晶半雜層具厚 度從大約5至大約50奈米。 29·如請求項26所述之方法，其中該第一結晶半雜層包含 石夕、石夕碳、石夕鍺、石夕鍺碳、鍺、石申化鎵、坤化銦、麟化銅、 其他III/V或II/VI族化合物半導體。 30.如請求項29所述之方法，其中該第一結晶半導體層係一 含矽半導體。 31. 結晶半導體層包含 砷化銦、鱗化銦、 如請求項26所述之方法，其中該第二 石夕、梦碳、碎鍺、妙錯碳、鍺、钟化鎵、 其他III/V或II/VI族化合物半導體。 如^月求項31所述之方法，其巾該第二結晶半導體層係一 含鍺材料。 4IBM/04130TW -29, 32. 1313511 33.如請求項32所述之 矽鍺合金 或純錯。 〃中該含錯材料係一 第二結晶半導體層 34.如岣未項26所 肖人$ s 1 方去，其中形成該 包s—磊晶成長製程。 35.如請求項34所述之方法， 速熱化學氣相沉積、柄厂，、日日成長製程係選自快 相沉積、常學氣相沉積、超高真空化學氣 氣相沉積。〃 &積、/刀子束如及賴輔助化學 36. 如請求項26所述之方法，1中琴笔_ ，、甲以第一、、.口日日半導體層具從 大約10至大約500奈米的厚度。 37. 如請求項26所述之方法，財該_建立離子佈植係使 用氫、氛、氦、氧、氖、石朋、石夕或其混合物與同位素之離 子實施之。 38. 如請求項37所述之方法，其中該離子為氫或氧離子。 39. 如請求項26所述之方法，其中該缺陷建立離子佈植係使 用3E16cm—2以下之一離子濃度實施之。 4IBM/04130TW -30 - 1313511 40· t求，26所述之方法，其中該缺陷可供作有效差排成 A’、 /、使該第二結晶半導體層更有效地鬆弛。 41Hf26所述之方法’其中該缺陷建立離子佈植係使 用一佈植遮罩執行之。 述之方法’其中該第一退火步驟係執行於 月乳體5衣境或一形成氣體環境中。 43.如請求項26戶斤述之方法，其中 溫度係從大約7机至大約聰〇c。心驟匕亥弟― 44. 求項26所述之方法，其中該第一退火步驟係使用 尖 程、一爐退火製程、-雷射退火製程= 45· 化離子佈植係使用 鍺兔和其任何組合之離子實施之。 46. 如請求項26所述之方法，其中該第 一惰性氣體魏或—形錢體環境中。I驟係執仃於 47. 如請求項26所述之方 溫度係從大約至九㈣退火轉之該第二 4IBM/04130TW 31 1313511 48.如印求項％所述之方法，其中該第二退火步驟係使用— 快速熱退火製程、—爐退火製程、一雷射退火製程或—尖 峰退火實施之。 49. 如請求項26 %·、+、 所迷之方法，其中該選擇性地移除包含化學 侧 '反應式離子钱刻、低溫氧化、原子氧化、化學機械 研磨 '氣縣触或括恤合。 50. :種製造-應變石夕覆絕緣層(s〇i)的方法，包含下列各步 層位含錯層於—含補之—表面上，該含碎 a '預形成so1基板之一絕緣層頂上； 使含該含鍺之該預形成so 經歷一第—退火步 在弟Μ度下， 4 °㈣—溫度足以該含鍺層中之 以建立一埋藏非晶化區域， 執行一非晶化離子佈植， 包含該切層之全體㈣錢叙-較低部分; 4IBM/04130TW -32 - 1313511 使含該含鍺層和該埋藏非晶傾域之該卿成观 土反在第一溫度下，經歷一第二退火步驟，該第二溫 度足以再結晶該城非晶倾域，導致該切層再奸 ~應變狀態；以及 sa''' 基板 選擇性地移除該含鍺層，以提供一應變含矽覆 絕緣層 51.切青求項50所述之方法，其中該絕緣層係—結晶或非晶 氧化物或氮化物，對鍺擴散有高抗性。 ㈤ 处如請求項50所述之方法，其中該含石夕層具厚度從大約$ 至大約50奈米。 53. 如請求項50所述之方法， 純錯。 其中該含鍺層係一矽鍺合金或 %如請求項50所述之方法，其中該形成該含錯層包含一石 晶成長製程，選自快速熱化學氣相沉積、低壓化學氣相: 積、超高真空化學氣相沉積、常壓化學氣相沈積、分 磊晶及電漿輔助化學氣相沉積。 4IBM/04130TW -33- 1313511 55. 如清求項50所述之方法， 約500奈米的厚度。 其中該含鍺層具從大約 1〇至大 56.如請求項50所述之方法， γ 妒鬥，妯―^ 文^3在5亥形成與第一退火步 =執仃—缺陷建立離子佈植， 層中或附近建立缺陷。 Β日千 At求項5峨娜，㈣瓣鱗子佈植係使 用氫、/Fl、氦、4[、气 〃 巩、硼、矽或其混合物與同位素之離 子貫Μ之。 58·如請求項57所述之方法，其中該離子域或氧離子。 59.如請求項57所述之方法，其中該缺陷建立離子佈植係使 用3E16cm2以下之一離子濃度實施之。 6〇。如凊求工頁57所述之方法，Λ中該缺陷可供作有效差排成 核點’其使該第二結晶半導體層更有效地鬆弛。 61·如請求㉟57所述之方法，射該缺陷建立離子佈植係使 用一佈植遮罩執行之。 4IBM/04130TW -34 - 1313511 退火步驟係執行於 62.如清求項50所述之方法，其中該第_ h性氣體環境或一形成氣體環境中 63. 如清求項第5〇項所述之 第—、、w许&，、亥弟—退火步驟之該 弟恤度係從大約700。(：至大約110(rc。 64. 如請求項第5〇項所述 田一 /、甲及弟—退火步驟係使 用一快速熱退火製程、一爐退火製程、— -尖峰退火實献。 65·如請求項第50項所述之方法，其中該非晶化離子佈植係 使用選自矽、磷、.鍺、碳和t 66. 如請求項第5〇項所述之方法，其中該第二退火步驟係執 行於一惰性氣體環境或一形成氣體環境中。 67. 如請求項第50項所述之方法，其中該第二退火步驟之該 第二溫度係伙大約600C至大約ii〇〇°c。 68. 如請求項第50 J員所述之方法，其中該第二退火步驟係使 用/快速熱退火製程、一爐退火製程、一雷射退火製程或 /炎峰退火實施之。 4IBM/04130TW -35- 1313511 69.如請求項第50項所述之方法，其中該選擇性地移除包含 化學蝕刻、反應式離子蝕刻、低溫氧化、原子氧化、化學 機械研磨、氣集束薄化或其任何組合。 4IBM/04130TW -36
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