GOI < gX c l ù p § ü X ¢ ø p ©Å k Ä m× DT c lÊ Ý PECVD m× DT c l; c 6 X ¢ ÷ m Ç] M öX ì Ä w ² o
_
@* å ? ∗ · b 9 * å * > · »` 9 Ú
ô
Dz D G õ < Æl Õ ü t ½ ¨" é ¶ F g l Õ ü t ½ ¨G ' p , " fÖ ¦ 136-791 (2005¸ 8 Z 4 9{ 9 ~ à Î6 £ §)
Smart-cut l Õ ü t` ¦ 6 £ x6 x # GOI J ?s ( ] j \ 9 כ ¹ô Ç í ß o} s _ þ vd í ß o (wet oxidation) l
Z O õ PECVD / B N& ñ ` ¦ s 6 x # ½ ¨÷ &% 3 . í ß o} _ ¿ ºa ü < X <s ' ì r í (range) H ¸Û ¼& 7 (NANOSPEC)` ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . PECVD í ß o} _ } 9 l \ ¦ × ¦ s l 0 AK PECVD í ß o} É r _
þ vd í ß o l Z O ` ¦ s 6 x # í ß o÷ &% 3 . \ P % o ) a í ß o} _ X <s ' ì r í H \ P í ß o} _ ° ú כ(12 ˚ A) Ü ¼ Ð y
è÷ &% 3 . ¢ ¸ô Ç, í ß o} ³ ð \ ß ¼Ï þ s + þ A$ í ÷ &t · ú § H í ß o : r ¸ü < í ß o} _ ¿ ºa ¸ ÷ &% 3 . Õ ª
õ í ß o : r ¸ 650 - 800
◦C{ 9 M : 5000 ˚ A s _ í ß o} ¿ ºa \ @ /K " f ß ¼Ï þ s + þ A$ í ÷ &t · ú § H
כ
` ¦ · ú ¤ .
PACS numbers: 81
Keywords: GaAs-on-insulator (GOI), \ P í ß o} , PECVD í ß o} , \ P Ø ½ Ó > Ã º
I. " e  ] Ø
SOI (Silicon-on-insulator) H SiO
2ü < ° ú É r ] X ^ 0 A\ z
´o B H (Si) ~ Ã Ì} 8 £ x s Z ~ # e H ½ ¨ ¸ Ð" f F g è [
þ
t s z ´o B H ~ Ã Ì} 8 £ x 0 A\ ë ß [ þ t # Q [1]. SOI_ l : r& h
Ò q ty É r l Ò q t & ñ 6 x| ¾ Ó (parasitic capacitance)` ¦ y è r
( Ü ¼ Ð+ è _ Û ¼0 Ag A 5 Å q ¸\ ¦ 8 Ø Ô> H כ s
. SOI J ?s ( \ ¦ s 6 x # ] j ) a è H ¦ : r \
"
f 1 l x s î ß & ñ | ¨ c ÷ rë ß m í ¦5 Å q 1 l x s 0 p x ¦,
6 x èq § 4 s ± ú ¦, é ß 0 A è _ | 9 & h ´ òÖ ¦ s Ä ºÃ ºK
Ö
¸µ 1 Ïô Ç ½ ¨ s À Ò# Qt ¦ e . þ j H \ í ¦5 Å q F g è ü
< é ß 0 A F g è [ þ t_ | 9 & h ` ¦ 0 AK z ´o B H s ü @_ GaAs [2], InP [3], SiC [4] 1 p x_ ì ø Í ¸^ ~ Ã Ì} ` ¦ ] X 8 £ x 0 A\ ë ß
×
¼ H ½ ¨ ´ ú §s ' ÷ & ¦ e . " f íl \ ] X ^ 0 A\ z ´o B H ~ Ã Ì} ` ¦ + þ A$ í H Silicon-on-insulator (SOI) l
Õ ü t É r ª ô Ç 7 á x À Ó_ ì ø Í ¸^ ~ Ã Ì} ` ¦ ] X ^ 0 A\ + þ A$ í
H Semiconductor-on-insulator Ð SOI_ _ p S X ©
÷
& ¦ e .
#
Q 7 á x À Ó_ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ × æ \ " f GaAs ~ Ã Ì} s SiO
2] X
8 £ x 0 A\ + þ A$ í ) a GOI (GaAs-on-insulator) J ?s ( \ ¦ s
6 x # ] j ) a F g è H ] X 8 £ x M :ë H \ Si l ó ø Í\ _ K
l ÷ & H % ò ¾ Ó ( À Óü < ¸i ç Ó ü t| 9 (dopant)_ o)[ þ t
`
¦ _ ~ Ã Ît · ú § H . Õ ªo ¦ J ?s ( f ] X ] X ½ + Ë (wafer direct bonding)` ¦ s 6 x # Q 7 á x À Ó_ é ß 0 A F g è [ þ t
∗
E-mail: byt427@kist.re.kr
s
é ß { 9 } 9 (chip) © \ | 9 & h | ¨ c M : B Ä º ´ òÖ ¦& h s . GOI J ?s ( \ ¦ ] j l 0 AK " f H \ P \ _ K z ´o B H l ó ø Í` ¦ { 9
& ñ ô Ç ¿ ºa Ð í ß or v H \ P í ß o (thermal oxidation) /
B
N& ñ , PECVD\ ¦ s 6 x # GaAs l ó ø Í_ © 8 £ x  Ò\ { 9 & ñ ô
Ç ¿ ºa _ í ß o} ` ¦ + þ A$ í H 7 £ x Ã Ì (deposition) / B N& ñ , { 9
&
ñ ô Ç ¿ ºa _ GaAs ~ Ã Ì} ` ¦ ì r o l 0 AK ª $ í \ ¦ í ß o }
¿ ºa Ð U ·s Å Ò{ 9 H s : r Å Ò{ 9 (ion implantation) /
B
N& ñ , s : r Å Ò{ 9 ) a J ?s ( \ ¦ É r z ´o B H l ó ø Í\ · ¡ s H wafer bonding / B N& ñ , ] X ½ + Ë ) a J ?s ( \ ¦ ¦ : r \ " f \ P % o
<
ÊÜ ¼ Ð+ ª $ í s : r s Å Ò{ 9 ) a 8 £ x s ì r o ÷ & H \ P % o /
B
N& ñ , ì r o ) a ~ Ã Ì} ³ ð ` ¦ H / B N& ñ ` ¦ 5 g ô Ç .
© l / B N& ñ l Õ ü t É r Smart-cut l Õ ü t [5]` ¦ 6 £ x6 xô Ç כ s .
: r 7 Hë H \ " f H GaAs ü < Si J ?s ( s _ SiO
2-SiO
2f
] X ] X ½ + Ë` ¦ 0 AK GOI J ?s ( _ ] j ¸ / B N& ñ l Õ ü t î r X
< z ´o B H l ó ø Íõ GaAs l ó ø Í 0 A\ í ß o} s + þ A$ í ÷ &
H ] j / B N& ñ õ í ß o} _ ¿ ºa x 9 X <s ' ì r í (range), PECVD í ß o} _ \ P % o Ê ê : £ ¤$ í , Õ ªo ¦ í ß o} \ ß
¼Ï þ (crack)s + þ A$ í ÷ &t · ú § H ¸| [ þ t s ½ ¨÷ &% 3 .
II. ÷ m Ç ] M ö
: r 7 Hë H \ " f 6 x ) a GaAs ü < Si l ó ø Í É r ] X é ß (cleav- ing)` ¦ ~ 1 > l 0 AK " f © 6 x o ) a 2 u ß ¼l Ð × þ
÷
&% 3 . GOI J ?s ( ] j ) a Ê ê GaAs ~ Ã Ì} É r F g è
\
" f y n C` ¦ r v H F g ¸ Ð Ð s 6 x ÷ &# Q l M :
-254-
ë
H \ F g < Hz ´s ô Ç . " f p-+ þ As n-+ þ A GaAs
@
/ \ Wafer Technology _ ì ø Í] X (semi insulating) GaAs J ?s ( × þ ÷ &% 3 . ì ø Í] X GaAs J ?s ( _
&
ñ ~ ½ Ó ¾ Óõ q $ ½ Ó (resistivity), Õ ªo ¦ ¿ ºa H y y (100)
± 0.1
◦õ 1 × 10
7Ω · cm, Õ ªo ¦ 350 µm s % 3 .
ô
Ǽ # é ß & ñ Si J ?s ( _ & ñ ~ ½ Ó ¾ Óõ l $ ½ Ó É r y y (100) õ 12 ± 18 Ω · cm s % 3 . Õ ªo ¦ borons ¸i ç ) a p-+ þ A z ´o B H J ?s ( H f â s 50.8 mms ¦, ¿ ºa 330 µm s l M :ë H \ q §& h ] X é ß s / ' ° ? [6].
1. Si » ì Å; c ° Ç m× DT c l V R ËX ê s
$ 2 u _ Si J ?s ( H \ P í ß o} s $ í © ÷ &l \ Ä
»l Ó ü t õ Á ºl Ó ü t s ¸¿ º ] j ÷ & H [ j& ñ / B N& ñ ` ¦ 5 g
)
a . { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð Si J ?s ( ³ ð _ ; í ß o} (native oxide)_ ¿ ºa H 10 - 100 ˚ A s ¦ [7] í ß o} s + þ A$ í ÷ &
H í ß oõ & ñ É r Si õ SiO
2â > \ " f { 9 # Q H כ Ü ¼ Ð
·
ú 94 R e l M :ë H \ í ß o} $ í © z ´+ « >\ " f H ; í ß o }
s : £ ¤Z > y ] j | ¨ c 9 כ ¹ \ O . " f : r 7 Hë H É r RCA [
j& ñ ~ ½ ÓZ O @ / \ z ´o B H ³ ð _ Á ºl Ó ü t õ Ä »l Ó ü t` ¦ ] j
H [ j& ñ õ & ñ s [6] × þ ÷ &% 3 .
SOI J ?s ( \ ¦ ] j l 0 AK " f H z ´o B H ³ ð ` ¦ { 9 & ñ ô
Ç U ·s Ð í ß or & SiO
2\ P í ß o} ` ¦ + þ A$ í H l Õ ü t s
9
à º& h s . \ P í ß o} ` ¦ $ í © r v H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð | d í ß o (dry oxidation) ü < _ þ vd í ß o (wet oxidation) ~ ½ Ód s ´ ú § s
s 6 x ÷ & ¦ e H X < 1 l x{ 9 ô Ç \ P % o ¸| \ " f _ þ vd í ß o
| d í ß o Ð í ß o} _ ¿ ºa 8 H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e
. " f : r ½ ¨\ " f H _ þ vd í ß o ~ ½ Ód ` ¦ s 6 x # Si J ?s ( ³ ð \ \ P í ß o} s $ í © ÷ &% 3 . ¦ : r6 x \ P í ß
o Ð (thermal oxidation furnace)\ ¦ s 6 x # \ P í ß o} s
$ í © ÷ &l 0 Aô Ç ¸| [ þ t É r s p © [ j > µ 1 ϳ ð ) a e
[6].
$ í
© ) a \ P í ß o} _ ¿ ºa H Ellipsometer\ ¦ s 6 x H
~
½ ÓZ O õ SiO
2í ß o} ` ¦ d y ô Ç Ê ê Stylus depth profiler\ ¦ s
6 x H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ ÷ & H X < ¿ º ~ ½ ÓZ O É r ¸ # 3 0 A ? /
\
" f í ß o} ¿ ºa ° ú [8]. à Р¦ë H ³ [6]\ " f H Ê ê _
~
½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # í ß o} _ ¿ ºa 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 Ü ¼ s â Ä
º í Ðo èÕ ª x ~ ½ ÓZ O [9]õ í ß o} _ d y / B N& ñ ` ¦ 5
g í ß o} { (oxide strip) ] j ÷ &# Q l M :ë H \ í ß
o} _ ¿ ºa \ ¦ 8 £ ¤& ñ l 0 Aô Ç ï r q õ & ñ s 4 ¤¸ ú ¦ r ç ß õ
q 6 x s ´ ú §s × ¼ H é ß & h s e % 3 . / B N& ñ r ç ß õ q 6 x` ¦
×
¦ s l 0 AK " f : r ½ ¨\ " f H ¸Û ¼& 7 (NANOSPEC)
`
¦ s 6 x # í ß o} _ ¿ ºa 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . ¸Û ¼& 7 © q
H ü @ -r F g % ò % i _ F g` ¦ 8 £ ¤& ñ @ / © \ ¸
¦ 8 £ ¤& ñ @ / © \ " f ì ø Í ÷ & H y n C` ¦ s 6 x # ~ Ã Ì} _ ¿ ºa
\
¦ 8 £ ¤& ñ l M :ë H \ q ] X 8 ú ¤d s ¦ q õ d Ü ¼ Ð r « Ñ\
< H © ` ¦ Å Òt · ú §Ü ¼ " f 5 Å q ¦ & ñ S X > ~ à Ì} ¿ ºa ü <
F
g < Æ © Ã º (nõ k) 8 £ ¤& ñ ÷ & H © & h s e . s © q H Ä »
^ ~ Ã Ì} ` ¦ ½ ¨ > hµ 1 Ï Ò q tí ß H & ³ © \ " f Å Ò Ð
6 x ÷ & 9, : £ ¤ y ì ø Í ¸^ x 9 n Û ¼e ¦ Y Us ' aº \ O © \ " f in-line monitoring l l Ð Ö ¸6 x ÷ & ¦ e .
2. GaAs » ì Å; c m× DT c l Ö «Y c l
2 u _ GaAs J ?s ( H Si J ?s ( % ! 3 \ P í ß o} s $ í
© ÷ &t 3 l w l M :ë H \ ¦ : r6 x \ P S X í ß Ð @ / \ PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) © q \ ¦ s 6
x # í ß o} (SiO
x) s 7 £ x à Ì÷ &% 3 . / B N í © ) a GaAs J ?s ( H 9 þ t 2 ;µ ¡ § \ " f ? / Ê ê Ð PECVD Õ þ ! Q\ ©
à Ì÷ &% 3 . í ß o} É r 250
◦C \ " f 7.14 ˚ A/sec_ 7 £ x à ÌÒ ¦ Ð 7
£
x à Ì÷ &% 3 .
III. ÷ m Ç] M ö + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý
1. ° Ç m× DT c l8 ý V R ËX ê s
\ P
í ß o} s $ í © | ¨ c M : í ß o} ¿ ºa H í ß o : r ¸\ + þ
AÜ ¼ Ð q Y V ¦, í ß èÄ »| ¾ Ó\ 7 £ x t ë ß 100 sccm s
© \ " f H H o \ O % 3 [6]. " f ¦ : r \ P S X í ß Ð
\
¦ s 6 x # 2 u Si J ?s ( ³ ð \ 1100
◦C \ " f \ P í ß
o} (thermal oxide)s $ í © ÷ &% 3 . í ß o} s $ í © | ¨ c M : í
ß o Ð_ ì r0 Al H 110 sccm_ í ß èl ^ 95
◦C Ð
\ P
) a à º ¸\ ¦ : x õ < ÊÜ ¼ Ð+ à º7 £ x l ü < í ß è D ¥½ + Ë ) a © I
s Ù ¼ Ð _ þ vd í ß o / B N& ñ s s 6 x ÷ &% 3 . y y _ í ß or ç
ß s = å Qè ß Ê ê Í ty õ & ñ \ " f í ß è H í ß o Ð\ 8 s © Å Ò { 9
÷ &t · ú § ¤ .
í
ß or ç ß s 3r ç ß , 5r ç ß , Õ ªo ¦ 10r ç ß Ü ¼ Ð 7 £ x | ¨ c M
: 3> h_ Si J ?s ( ³ ð \ í ß o} s $ í © ÷ &% 3 ¦ í ß o} _ ¿ ºa H ¸Û ¼& 7 ` ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . í ß o} _
¿
ºa \ ¦ 8 £ ¤& ñ l 0 AK 2 u Si J ?s ( H à º¨ î ~ ½ Ó ¾ Óõ à º f
~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð J ?s ( × æd ` ¦ t H © \ " f ç H{ 9 ô Ç ç ß
Ü ¼ Ð 10> h_ 8 £ ¤& ñ 0 Au \ " f ¿ ºa 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . Fig.
1 É r à º¨ î ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð 8 £ ¤& ñ ) a 10 > h_ 0 Au \ " f 3> h_ É r í
ß or ç ß 1 l xî ß $ í © ) a í ß o} _ ¿ ºa \ ¦ Ð# ï r . í ß o r
ç ß s 3r ç ß { 9 M : 8 £ ¤& ñ ) a í ß o} _ ¨ î ç H ¿ ºa 3587 ˚ A s
¦ X <s ' ì r í (range=þ j@ / ¿ ºa -þ j è ¿ ºa ) H 12 ˚ A
?
/_ e . Õ ªo ¦ í ß or ç ß s 5r ç ß õ 10r ç ß { 9 M : í ß
Fig. 1. Thickness of thermal oxides grown at 1100
◦C as a function of measured sample point
o} _ ¨ î ç H ¿ ºa H y y 5666 ˚ A ü < 7164 ˚ A s ¦, X <s ' _
ì r í H y y 29 ˚ A õ 70 ˚ A ? /\ e . " f Fig. 1 Ð Â
Ò' í ß o} _ $ í © Ò ¦ É r í ß or ç ß s 7 £ x < Ê\ y
è÷ & ¦, X <s ' ì r í H í ß or ç ß s 7 £ x < Ê\ 7 £ x
H כ ` ¦ · ú Ã º e . 7 £ ¤ í ß or ç ß s ` ¦ Ã º2 ¤ ³ ðï r¼ #
(σ) l M :ë H \ í ß o} _ ¼ # ¨ î ¸ (flatness) ¾ Ó ©
÷
&# Q ³ ð / B N& ñ s 9 כ ¹ t · ú § É r © & h s e . Õ ª Q Ù
¼ Ð 95
◦C \ " f í ß è Ä »| ¾ Ós 110 sccm { 9 M : 1100
◦C_ í
ß o : r ¸\ " f 5r ç ß s Ð $ í © ) a í ß o} s J ?s ( ] X
½ +
Ë\ Ä »o ½ + É כ Ü ¼ Ð \ V © ) a .
2. GaAs » ì Å; c m× DT c l Ö «Y c l
SiO
2-SiO
2½ + Ë\ _ K GaAsü < Si J ?s ( \ ¦ f ] X ] X
½ +
Ë l 0 AK " f H GaAs ³ ð \ ] X ½ + Ë8 £ x (bonding layer) Ü ¼
Ð s 6 x| ¨ c SiO
28 £ x s ] j ÷ &# Q ô Ç . : r ½ ¨\ " f H PECVD © q \ ¦ s 6 x # l ó ø Í_ : r ¸ 250
◦C{ 9 M : SiO
x8 £ x s 7 £ x à Ì÷ &% 3 . s M : GaAs ³ ð õ SiO
xs _
½ + ˧ 4 ` ¦ ¾ Ó © r v l 0 AK 500 ˚ A_ Si
3N
48 £ x s $ 7
£
x Ã Ì ) a Ê ê ¿ ºa É r SiO
x8 £ x[ þ t s 7 £ x à Ì÷ &% 3 . Fig.
2 H 2 u GaAs J ?s ( ³ ð \ SiO
x8 £ x s 5000, 10000, 20000 ˚ A ¿ ºa Ð 7 £ x à Ì÷ &% 3 ` ¦ M : à º¨ î ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð 8> h _
0 Au \ " f 8 £ ¤& ñ ) a ¨ î ç H í ß o} _ ¿ ºa ü < X <s ' ì r
í (range)\ ¦ Ð# ï r . ¨ î ç H ¿ ºa 5325 ˚ A, 10,649 ˚ A, 21,421 ˚ A{ 9 M : X <s ' _ ì r í H y y 176 ˚ A, 422 ˚ A, 561 ˚ A s . s õ H \ P í ß o} $ í © \ " f % 3 É r õ %
!
3 PECVD Ð 7 £ x Ã Ì ) a SiO
x8 £ x_ ¿ ºa · û ª` ¦ Ã º2 ¤ ~ Ã Ì}
¿
ºa _ o ¦ Õ ª õ ¼ # ¨ î ¸ ¾ Ó © ) a H כ ` ¦ _ p ô Ç . Õ ª Q Fig. 1\ " f 5r ç ß 1 l xî ß $ í © ) a í ß o}
Fig. 2. Oxide thickness deposited using a PECVD pro- cess at 250
◦C as a function of measured sample point.
_
¨ î ç H ¿ ºa 5666 ˚ A{ 9 M : X <s ' _ ì r í 29 ˚ A ì ø Í
\ , Fig. 2\ " f í ß o} _ ¨ î ç H ¿ ºa 5354 ˚ A{ 9 M : X <
s
' ì r í 176 ˚ A Ü ¼ Ð 6C s © ß ¼ . õ & h Ü ¼ Ð PECVD SiO
x~ Ã Ì} s \ P í ß o ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð $ í © ) a SiO
2~ Ã Ì }
Ð ¸x 9 t 3 l wô Ç כ ` ¦ · ú Ã º e . " f X <s ' ì
r í\ ¦ × ¦ s l 0 AK PECVD í ß o} s \ P í ß o} à ºï r Ü ¼
Ð ¸x 9 K 4 R ô Ç .
ô
Ǽ # Si \ P í ß o} _ Ï ã J] X Ò ¦ É r bulk silica_ Ï ã J] X Ò ¦ (0.633 nm © \ " f n = 1.46)õ _ ° ú l M :ë H \ \ P í
ß o} É r SiO
2e s ì r" î . Õ ª Q PECVD í ß o} É r SiO
2m SiO
x(1 < x < 2) ) a . Õ ªo ¦ SiO
xSiO
2~ Ã Ì} Ü ¼ Ð o÷ &l 0 AK " f H _ þ vd í ß o ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6
xô Ç í ß oõ & ñ s 9 כ ¹ ¦ í ß oõ & ñ Ê ê_ Ï ã J] X Ò ¦ É r bulk silica_ ° ú כÜ ¼ Ð × ¦ # Q[ þ t > ) a . ¢ ¸ô Ç \ P í ß o} (SiO
2) õ PECVD í ß o} (SiO
x) s _ 2 ; â > (rough inter- face) s y è÷ &# Q $ < Hz ´ F g ¸ Ð ë ß [ þ t # Q & ¦ Ð
¦÷ &% 3 [10]. " f : r 7 Hë H \ " f H PECVD í ß o} _ X
<s ' ì r í # 3 0 A\ ¦ × ¦ s l 0 AK \ P í ß o} _ $ í © z ´+ « >
`
¦ % i . í ß èÄ »| ¾ Ós 110 sccmÜ ¼ Ð 95
◦C_ Ó ü t` ¦ : x õ K
" f \ P S X í ß Ð\ [ þ t # Q° ú M : \ P í ß o : r ¸ H 700
◦C s ¦,
\ P
í ß o r ç ß É r 0, 10 r ç ß , 30r ç ß , 50 r ç ß Ü ¼ Ð o÷ &
" f \ P í ß o} _ ¿ ºa 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . Fig. 3 É r PECVD í
ß o} s \ P S X í ß Ð\ " f í ß o ) a Ê ê 8 £ ¤& ñ ) a í ß o} _ ¿ º a
ü < X <s ' _ ì r í\ ¦ Ð# ï r . _ þ vd \ P í ß o / B N& ñ s î ß
÷
&% 3 ` ¦ M : X <s ' _ ì r í H 176 ˚ A ? /\ e l M :ë H \ ¨ î ç
H° ú כ (5354 ˚ A) \ " f ´ ú §s # Á # Q e . Õ ª Q í ß or ç ß s
7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ X <s ' _ ì r í # 3 0 A & h y è ¦ í ß
or ç ß s 50r ç ß { 9 M : X <s ' _ ì r í # 3 0 A 29 ˚ A s ) a
. s ° ú כ É r Fig. 1 \ " f Si ³ ð \ 3r ç ß 1 l xî ß \ P í ß o} s
$ í © ÷ &% 3 ` ¦ M :_ X <s ' ì r íü < ° ú . " f GaAs
Fig. 3. Thickness of PECVD oxides heat-treated using a wet thermal oxidation technique at 700
◦C as a function of measured sample point.
Fig. 4. Range or data distribution measured as a function of oxidation time.
³
ð \ 7 £ x Ã Ì ) a PECVD SiO
x~ Ã Ì} É r 700
◦C \ " f 50r ç ß s
© _ þ vd í ß o / B N& ñ ` ¦ g Ë >Ü ¼ Ð" f í ß o} ³ ð _ } 9 l
176 ˚ A Ü ¼ Ð Â Ò' 29 ˚ A Ü ¼ Ð y è # Si ³ ð \ $ í
© ) a \ P í ß o} _ } 9 l à ºï r s ) a . Õ ª Q í ß o : r ¸
1100
◦C \ " f 700
◦C Ð ± ú & l M :ë H \ ° ú É r X <s ' ì
r í\ ¦ % 3 H X < 9 כ ¹ô Ç r ç ß s 10C & ñ ¸ 7 £ x ) a כ ` ¦ · ú Ã
º e . Fig. 3\ " f í ß or ç ß s 30 r ç ß õ 50 r ç ß { 9 M
: X <s ' _ ì r í# 3 0 A y y 35 ˚ A õ 29 ˚ A s l M :ë H \ í
ß or ç ß s 50 r ç ß s © Ü ¼ Ð 7 £ x ÷ & H כ É r r ç ß õ q 6
x ] X y 8 £ ¤ \ " f ß ¼> ¸¹ ¡ § s ÷ &t · ú § H . s ü < ° ú É r
z ´ É r Fig. 4 \ " f ì r" î K . Fig. 4 H í ß or ç ß \
É r PECVD í ß o} ¿ ºa _ X <s ' ì r í (range)\ ¦ Ð# ï
r . í ß or ç ß s 7 £ x < Ê\ X <s ' ì r í_ # 3 0 A
&
h y è # í ß or ç ß s 30 r ç ß s © â Ä º X <s ' ì
r í _ { 9 & ñ . " f PECVD í ß o} _ ³ ð
} 9 l \ ¦ y èr v l 0 AK _ þ vd \ P í ß o / B N& ñ ` ¦ H â Ä
º 700
◦C \ " f þ j è 30r ç ß s © í ß or v ) a .
Fig. 5. Optical micrograph of PECVD oxide surfaces heat-treated for 3 hours at 700
◦C. (a) 5000 ˚ A-thick PECVD oxide layer, and (b) 10000 ˚ A-thick PECVD ox- ide layer.
s
] j PECVD í ß oÓ ü t s \ P í ß o÷ &# Q ~ Ã Ì} ½ ¨ ¸ ¸x 9 K
| 9 M : × æ כ ¹ô Ç ¿ º > h_ p ' [ þ t s ¦ 9÷ &# Q ô Ç
. H GaAs \ " f Ass 4 R ¸t 3 l w H © Z }
É
r í ß o : r ¸s ¦, É r כ É r Õ ª í ß o : r ¸\ " f í ß o} \ ß
¼Ï þ (crack)s Ò q tl t · ú § ô Ç . 7 £ ¤, PECVD í ß o Ó
ü
t_ \ P í ß o r ç ß s é ß » ¡ ¤ ÷ &l 0 Aô Ç þ j& h _ ¸| É r í ß
o} ³ ð \ ß ¼Ï þ s + þ A$ í ÷ &t · ú § H © Z } É r í ß o : r ¸
\
¦ ¹ 1 Ô H כ s . { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð GaAs ³ ð \ " f 4 R H As < Hz ´` ¦ ~ ½ Ót 9 850
◦C \ " f 60 Torr_ As · ú § 4 s
9 כ ¹ ¦ · ú 94 R e [11]. Õ ªo ¦ As · ú § 4 @ /
\
PECVD Si
3N
4cap` ¦ s 6 x 850
◦C \ " f 5r ç ß 1 l x î
ß \ P % o ) a Ê ê\ ¸ î ß & ñ H Ð ¦ ¸ e [12]. ô Ç
¼ #
GaAsü < sapphire_ \ P Ø ½ Ó > Ã º Å Ò q 5 p w l M : ë
H \ GaAsü < SOS (silicon-on-sapphire)\ ¦ f ] X ] X ½ + Ë
H â Ä º ] X ½ + ˧ 4 ` ¦ 7 £ x r v l 0 AK 2 \ P % o / B N& ñ s 850
◦C \ " f 20 r ç ß 1 l xî ß s À Ò# Q& . s M : As 7 £ x l _ 7
£
xµ 1 Ï` ¦ ~ ½ Ót l 0 AK " f r « Ñ H $ 3 % ò Õ þ ! Q\ x 9 4 x ÷ &# Q 10
5Pa (750 Torr) As · ú § 4 \ " f \ P % o ÷ &% 3 [13]. Õ ª Q
t F K t GaAs ³ ð \ PECVD í ß o} s e ` ¦ M : í ß
o : r ¸ü < ß ¼Ï þ _ + þ A$ í ¸| \ @ /ô Ç ½ ¨ õ H Ð ¦÷ &
t
· ú § ¤ . : r 7 Hë H \ " f í ß o} ¿ ºa _ # 3 0 A 3500 ˚ A Â Ò '
30000 ˚ A t | ¨ c M : í ß o : r ¸_ < Êà º Ð í ß o} ³ ð _ ß ¼Ï þ s + þ A$ í ÷ & H ¸| s % 6 £ § ½ ¨÷ &% 3 . Fig. 5 H PECVD í ß o} _ ¿ ºa 5000 ˚ A õ 10000 ˚ A r « Ñ
700
◦C \ " f 3r ç ß 1 l xî ß _ þ vd \ P í ß o ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð \ P % o
)
a Ê ê 400 C _ & ³p â ` ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ ) a s . \ P
%
o \ ¿ º r « Ñ H ¸¿ º í ß o} ³ ð \ ß ¼Ï þ s > r F t
· ú § ¤ . \ P % o Ê ê Fig. 5(a) H ß ¼Ï þ s + þ A$ í ÷ &t · ú § É r ì
ø Í \ Fig. 5(b) H SiO
2~ à Ì} \ ß ¼Ï þ s Ð . s ß ¼ Ï þ
_ " é ¶ × æ H 700
◦C \ " f 3r ç ß 1 l xî ß í ß o÷ & H õ
& ñ \ " f GaAs Ð Â Ò' As < Hz ´\ _ ô Ç í ß o} _ ç H\ P { 9
à º e . Õ ª Q 700
◦C \ " f \ P % o | ¨ c M : GaAs\ " f
As s _ 4 R ¸t 3 l w H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e ` ¦ ÷ rë ß
Fig. 6. Formation conditions of PECVD oxide crack in- vestigated by the thickness of PECVD oxide layer and annealing temperature.
m [14], 8¹ ¡ ¤ s GaAs ³ ð É r 500 ˚ A_ Si
3N
4ü < 5000
˚ A s © _ SiO
x Ð 7 £ x à Ì÷ &# Q e # Q" f As < Hz ´\ _ K ß ¼Ï þ s
Ò q tU ´ 0 p x$ í É r B Ä º B~ Ã Ì [12]. " f ß ¼Ï þ _ " é ¶
É r GaAs ü < ¿ º î r í ß o} (SiO
x) s _ \ P Ø ½ Ó > Ã º (thermal expansion coefficient; TEC)_ \ _ ô Ç כ Ü ¼
Ð K $ 3 ) a . z ´] j Ð GaAs, Si
3N
4, Õ ªo ¦ SiO
2_ TEC
H y y 6.9 × 10
−6/
◦C, 2.44 × 10
−6/
◦C, 0.6 × 10
−6/
◦C s
l M :ë H \ GaAsü < SiO
2s _ TEC s H 11 C s
© ) a . s \ P Ø ½ Ó > à º_ s \ ¦ ¢ - a o l 0 Aô Ç Ã ºé ß Ü ¼
Ð Si
3N
4~ Ã Ì} s ¢ - aØ æ8 £ x (buffer layer) Ü ¼ Ð s 6 x ÷ &% 3 .
Õ
ªo ¦ \ P | © \ -t (thermal strain energy) H : r ¸
Z
}` ¦ Ã º2 ¤ ß ¼ ¦ 1 l x{ 9 ô Ç : r ¸\ " f H Ó ü t| 9 _ ¿ ºa 7 £ x
½ +
ÉÃ º2 ¤ 8 & [15]. Õ ª QÙ ¼ Ð 1 l x{ 9 ô Ç \ P % o ¸| \
"
f SiO
2_ ¿ ºa ¿ º C Fig. 5(b)_ r « Ñ \ P | © \
-t 8 ß ¼l M :ë H \ í ß o} ³ ð \ ß ¼Ï þ s Ò q t| כ Ü ¼
Ð K $ 3 ) a . Fig. 6 É r \ P % o r ç ß s 3r ç ß { 9 M : \ P % o
: r ¸ü < í ß o} ¿ ºa \ ß ¼Ï þ s + þ A$ í ÷ & H ¸| ` ¦ Ð
#
ï r . GaAs ³ ð \ 7 £ x Ã Ì ) a í ß o} _ ¿ ºa 5000 ˚ A s
s \ P % o : r ¸ 650 ∼ 800
◦C% ò % i \ e ` ¦ M : ß ¼ Ï þ
s + þ A$ í ÷ &t · ú § H . Õ ªo ¦ y y _ : r ¸\ " f í ß o} _ ¿ ºa 7 £ x " f ß ¼Ï þ s H X < s H \ P | ©
\
-t 7 £ x l M :ë H Ü ¼ Ð K $ 3 ) a .
õ & h Ü ¼ Ð GOI J ?s ( \ ¦ ë ß [ þ t l 0 AK " f H GaAs ³ ð
\ 7 £ x Ã Ì ) a PECVD í ß o} ³ ð \ ß ¼Ï þ s \ O # Q ] X
½ +
˧ 4 s ß ¼l M :ë H \ \ P % o : r ¸ % ò % i s 650 ∼ 800
◦C
\
e ` ¦ M : í ß o} _ ¿ ºa H 5000 ˚ A s ÷ & H כ s Ä
»o . : £ ¤ y , í ß o : r ¸ 700
◦C{ 9 M : GaAs/500-˚ A- SiN
4/5000-˚ A-SiO
2r « Ñ H 50 r ç ß t í ß o÷ &# Q ¸ r « Ñ
³
ð \ " f # Q " ß ¼Ï þ [ þ t ¸ µ 1 Ï| ÷ &t · ú § ¤ . s r « Ñ H í ß
o÷ & H 1 l xî ß _ As 7 £ xµ 1 Ï` ¦ } l 0 AK J ?s ( z ´ » ¸ 500-
˚ A-Si
3N
4ü < 3500-˚ A-SiO
2 Ð 7 £ x à Ì÷ &# Q e % 3 .
IV. + s Ç Â ] Ø
Smart-cut l Õ ü t` ¦ 6 £ x6 x # GOI J ?s ( ] j ¸\ ¦ 0 AK Si l ó ø Í\ _ þ vd \ P í ß o (wet thermal oxidation) ~ ½ ÓZ O Ü ¼
Ð $ í © ) a í ß o} ¿ ºa _ X <s ' ì r í í ß or ç ß _ < Ê Ã
º Ð ½ ¨÷ &% 3 . í ß or ç ß s  ú ª` ¦ à º2 ¤ í ß o} _ ¿ ºa
· û ª ¦ X <s ' ì r í & : £ ¤ y , 95
◦C \ " f í ß è Ä
»| ¾ Ós 110 sccm { 9 M : 1100
◦C_ í ß o : r ¸\ " f 3r ç ß 1
l
xî ß \ P í ß o ) a í ß o} _ ¨ î ç H ¿ ºa H 5666 ˚ A s ¦ ¿ ºa _ X
<s ' ì r í (range) H 12 ˚ A ? /\ e Ü ¼Ù ¼ Ð B Ä º ç H{ 9
.
ô
Ǽ # SiO
2/Si J ?s ( ü < f ] X ] X ½ + Ë| ¨ c SiO
2/GaAs J ?s (
\ ¦ ] j l 0 AK " f 2 u GaAs J ?s ( 0 A\ PECVD í
ß o} (SiO
x) s 7 £ x à Ì÷ &% 3 . PECVD í ß o} ¨ î ç H ¿ ºa
5325 ˚ A { 9 M : ¿ ºa _ X <s ' ì r í 176 ˚ A Ü ¼ Ð \ P í ß
o} Ð 6C s © ß ¼ . Õ ª QÙ ¼ Ð PECVD í ß o} s
\ P
í ß o} Ð ³ ð s } 9 ¦ ½ ¨ ¸ ¸x 9 t 3 l w < Ê` ¦ · ú
>
÷ &% 3 . s ë H ] j& h ` ¦ K l 0 AK " f PECVD í ß
o} É r _ þ vd \ P í ß o ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # í ß o ÷ &% 3 . \ P í
ß o õ & ñ 1 l xî ß \ GaAs РÒ' Ass 7 £ xµ 1 Ï÷ & H כ ` ¦ ~ ½ Ó t
l 0 AK \ P í ß o : r ¸ H 700
◦C s ¦ GaAs H 500-˚ A- Si
3N
4ü < 5000-˚ A-SiO
2 Ð 7 £ x à Ì÷ &% 3 . 50r ç ß & ñ ¸ \ P % o
÷ &% 3 ` ¦ M : PECVD í ß o} _ ¿ ºa H 300 ˚ A y è÷ &
¦, X <s ' ì r í H 29 ˚ A Ü ¼ Ð y è÷ &# Q \ P í ß o} _ ° ú כõ
°
ú & . t } Ü ¼ Ð PECVD í ß o} ¿ ºa ü < í ß o : r ¸
\
í ß o} ³ ð \ ß ¼Ï þ s + þ A$ í ÷ & H ¸| s ¸ ÷ &
%
3 . PECVD í ß o} _ ¿ ºa 5000 ˚ A s s í ß o : r
¸ 650 ∼ 800
◦C \ e ` ¦ M : í ß o} ³ ð \ ß ¼Ï þ s + þ A
$ í
÷ &t · ú § SiO
2/Si ü < SiO
2/GaAs J ?s ( SiO
2-SiO
2f
] X ] X ½ + Ë (direct bonding)| ¨ c à º e .
Y c
p w à U Ø ô
[1] J. L. Pelloie, C. Raynaud, O. Faynot, A. Groullet and J. Du Port de Pontcharra, Microelectron. Eng.
48, 327 (1999).
[2] E. Jalaguier, B. Aspar, S. Pocas, J. F. Michaud, M.
Zussy, A. M. Papon and M. Bruel, Electron. Lett.
34, 408 (1998).
[3] E. Jalaguier, B. Aspar, S. Pocas, J. F. Michaud, A.
M. Papon and M. Bruel, in Proceedings of the 11th
International Conference on Indium Phosphide and
Related Materials (Davos, Switzerland, 1999), p. 26.
[4] L. Di Cioccio, Y. Letiec, F. Letertre, C. Jaussaud and M. Bruel, Electron. Lett. 32, 1144 (1996).
[5] M. Bruel, Electron. Lett., 31, 1201 (1995).
[6] Young Tae Byun and Hyoung Kwon Kim, Sae Muli 46, 297 (2003).
[7] F. Li, M. K. Balazs and B. E. Deal, Solid State Technol. 43, 87 (2000).
[8] P. J. McMarr, B. J. Mrstik, R. K. Lawrence and G.
G. Jernigan, IEEE Trans. Nucl. Sci. 44, 2115 (1997).
[9] Young Tae Byun, Kyung Hyun Park, Sun Ho Kim, Sang Sam Choi, Jong Chang Yi and Tong Kun Lim, Appl. Opt. 37, 496 (1998).
[10] Q. Lai, P. Pliska, J. Schmid, W. Hunziker and H.
Melchior, Electron. Lett. 29, 714 (1993).
[11] C. H. Kong, K. Kondo, J. Lagowski and H. C. Gatos, J. Electrochem. Soc. 134, 1261 (1987).
[12] Y. S. Wu, R. S. Feigelson, R. K. Route, D. Zheng, L. A. Gordon, M. M. Fejer and R. L. Byer, J. Appl.
Phys. 83, 5552 (1998).
[13] P. Kopperschmidt, S. Senz, G. K¨ astner, D. Hesse and U. M. G¨ osele, Appl. Phys. Lett. 72, 3181 (1998).
[14] J. M. London, A. H. Loomis, J. F. Ahadian and C.
G. Fonstad, Jr. IEEE Photon. Technol. Lett. 11, 958 (1999).
[15] Shinpei Ogawa, Masahiro Imada and Susumu Nodab, Appl. Phys. Lett. 82, 3406 (2003).
Experimental Study on Wet Thermal and PECVD Oxides for GOI Fabrication
Young Tae Byun,
∗Young Min Jhon and Sun Ho Kim
Photonics Research Center Korea Institute of Science and Technology, Seoul 136-791 (Received 9 August 2005)
Oxides necessary for GOI (GaAs-on-insulator) fabrication with the application of Smart-cut tech- nology were studied by using a wet oxidation technique and a PECVD process. A NANOSPEC was used to measure the thickness and the data distribution (range) of oxides. In order to reduce the roughness of PECVD oxides, we used a wet oxidation technique to oxide the PECVD oxides. The data distribution of heat-treated oxides was reduced to the same value (12 ˚ A) that was obtained in the thermal oxides. In addition, both the oxidation temperature and the oxide thickness, when cracks were not formed for oxide surfaces, were investigated. As a result, we found that cracks were not formed for oxide thickness of less than 5000 ˚ A when the oxidation temperatures were in the range of 650 - 800
◦C.
PACS numbers: 81
Keywords: GaAs-on-insulator (GOI), Thermal oxide, PECVD oxide, Thermal expansion coefficient
∗