JP2003128494A - Method for producing semiconductor device and semiconductor device - Google Patents

Method for producing semiconductor device and semiconductor device

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JP2003128494A
JP2003128494A JP2001323914A JP2001323914A JP2003128494A JP 2003128494 A JP2003128494 A JP 2003128494A JP 2001323914 A JP2001323914 A JP 2001323914A JP 2001323914 A JP2001323914 A JP 2001323914A JP 2003128494 A JP2003128494 A JP 2003128494A
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semiconductor
sige
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cap
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JP2001323914A
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Akira Yoshida
彰 吉田
Katsumasa Fujii
克正 藤井
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Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a semiconductor device, and the semiconductor device in which high strain relaxation rate is attained even in a strained SiGe film having thickness equal to or thinner than critical film thickness and high Ge concentration formed on a semiconductor substrate, through dislocation density is reduced, undulation of a second SiGe film surface formed on it is inhibited and smoothness can be enhanced. SOLUTION: The method for producing the semiconductor device includes following steps: (a) a step of forming a first SiGe film thickness in thickness equal to or thinner than the critical film thickness on the substrate whose surface is composed of silicon, (b) a step of forming a first cap semiconductor film on the first SiGe film, (c) a step of subjecting the obtained substrate to ion implantation, (d) a step of annealing the substrate having the first cap semiconductor film on it's surface, (e) a step of forming second SiGe film on the first cap semiconductor film, and (f) a step of forming a second cap semiconductor film on the second SiGe film.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法及び半導体装置に関し、より詳細には、SiGe膜
を備えることにより歪を導入した半導体基板を利用した
半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device using a semiconductor substrate having a strained SiGe film.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置において、半導体素子中を移
動する電子や正孔の移動度を向上させることは、その高
性能化に対して有効な手段の一つである。しかし、一般
に、シリコン単結晶からなる基板上に形成される半導体
装置では、シリコン単結晶中を移動する電子は、シリコ
ン単結晶の物理的な性質に基づいて、移動度の上限が決
定される。その一方、近年、歪みをもつシリコン結晶中
では、歪のないシリコン結晶中でよりも電子の移動度が
向上することが報告されている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device, improving the mobility of electrons and holes moving in a semiconductor element is one of the effective means for improving the performance. However, generally, in a semiconductor device formed on a substrate made of a silicon single crystal, the upper limit of the mobility of electrons moving in the silicon single crystal is determined based on the physical property of the silicon single crystal. On the other hand, in recent years, it has been reported that the electron mobility in a strained silicon crystal is higher than that in a strainless silicon crystal.

【0003】そこで、従来から、シリコン基板上に、シ
リコンに対して格子定数の大きいSiGe結晶層を仮想
格子状に形成し、Si基板との格子定数の不整合による
SiGe膜の歪をミスフィット転位の導入により緩和し
た後に、SiGe膜上にキャップ層としてSi膜を形成
する方法が知られている。このSi膜は、より格子定数
の大きいSiGe膜に引っ張られることにより歪が生
じ、これによりバンド構造が変化し、キャリアの移動度
を向上させる。SiGe膜の歪を緩和する方法として
は、SiGe膜を数μmと厚膜で成膜し、SiGe膜の
歪弾性エネルギーを増大させることにより格子緩和する
方法が知られている。例えばY. J. Miiらは、論文App
l.Phys.Lett.59(13),1611(1991)において、S
iGe膜中のGe濃度を徐々に増加し、約1μmの濃度
傾斜SiGe膜を形成することによるSiGe膜の歪緩
和を発表している。
Therefore, conventionally, a SiGe crystal layer having a large lattice constant with respect to silicon is formed in a virtual lattice shape on a silicon substrate, and the strain of the SiGe film due to the mismatch of the lattice constant with the Si substrate is misfit dislocation. There is known a method of forming a Si film as a cap layer on the SiGe film after the relaxation by the introduction of Si. The Si film is distorted by being pulled by the SiGe film having a larger lattice constant, whereby the band structure is changed and the carrier mobility is improved. As a method for relaxing the strain of the SiGe film, there is known a method of forming a SiGe film with a thickness of several μm and increasing the strain elastic energy of the SiGe film to relax the lattice. For example, YJ Mii et al.
l. Phys. Lett. 59 (13), 1611 (1991), S
He announced the strain relaxation of the SiGe film by gradually increasing the Ge concentration in the iGe film and forming a concentration-graded SiGe film of about 1 μm.

【0004】薄膜状のSiGe膜の歪を緩和する方法と
しては、水素などのイオン注入を行った後に高温でアニ
ールすることにより、図6に示したように、シリコン基
板1内の欠陥層5にできた積層欠陥がすべりを起こし、
SiGe膜2/Si基板1界面でミスフィット転位を発
生させ、歪を緩和させる方法が知られている。例えば
D.M.Fo11staedtらは論文Appl.Phys.Lett.69(1
4),2059(1996)において、Heイオン注入による歪
緩和を、H.Trinkausらは論文Appl.Phys.Lett.76(2
4),3552(2000)において、Hイオン注入による歪緩
和を発表している。
As a method of relaxing the strain of the thin SiGe film, ion implantation of hydrogen or the like is performed, and then annealing is performed at a high temperature so that the defect layer 5 in the silicon substrate 1 is formed as shown in FIG. The resulting stacking fault causes slippage,
A method is known in which misfit dislocations are generated at the SiGe film 2 / Si substrate 1 interface to relax the strain. For example
D. M. Fo11staedt et al. Appl. Phys. Lett. 69 (1
4), 2059 (1996), H. Trinkaus et al. Phys. Lett. 76 (2
4), 3552 (2000), announced the strain relaxation by H ion implantation.

【0005】また、図7に示したように、まず、シリコ
ン基板1上に第1のSi0.7Ge0.3膜2と第1のキャッ
プSi膜3を400℃の低温で形成し、600℃でアニ
ールを行い、SiGe膜2/Si基板1界面に低密度の
ミスフィット転位を発生させる。続いて、600℃の高
温で第2のSi0.7Ge0.3膜6を成長させると、SiG
e膜2/Si基板1界面に発生したミスフィット転位の
歪場の影響で成長過程の第2のSiGe膜6表面にうね
りが生じ、うねりの谷部分にかかる圧縮応力が新しい転
位の発生サイトになることで、第2のSiGe膜6を成
長させながら、歪を緩和させる方法が報告されている
(杉本ら、日本学術振興会半導体界面制御技術第154委
員会第31回研究会資料29頁)。この方法では、SiGe
膜2/Si基板1界面のミスフィット転位から派生した
膜中の貫通転位(threading dislocation)を第1のキ
ャップSi膜3を形成することにより低減させ、さらに
高濃度Geを含む第1のSi0.7Ge0.3膜を用いた場合
でも第2のSiGe膜を90%程度緩和することができ
る。
Further, as shown in FIG. 7, first, a first Si 0.7 Ge 0.3 film 2 and a first cap Si film 3 are formed on a silicon substrate 1 at a low temperature of 400 ° C. and annealed at 600 ° C. Then, low density misfit dislocations are generated at the SiGe film 2 / Si substrate 1 interface. Subsequently, when the second Si 0.7 Ge 0.3 film 6 is grown at a high temperature of 600 ° C., SiG
The strain field of the misfit dislocation generated at the interface of the e film 2 / Si substrate 1 causes a waviness on the surface of the second SiGe film 6 in the growth process, and the compressive stress applied to the valley part of the waviness becomes a new dislocation generation site. As a result, a method of relaxing strain while growing the second SiGe film 6 has been reported (Sugimoto et al., Japan Society for the Promotion of Science, Semiconductor Interface Control Technology, 154th Committee, 31st Research Meeting, page 29). . In this method, SiGe
Threading dislocations in the film, which are derived from misfit dislocations at the interface of the film 2 / Si substrate 1, are reduced by forming the first cap Si film 3, and the first Si 0.7 containing high concentration Ge is further added. Even when the Ge 0.3 film is used, the second SiGe film can be relaxed by about 90%.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、Si
Ge膜を厚膜で成膜して、SiGe膜の歪弾性エネルギ
ーを増大させることにより格子緩和する方法では、完全
結晶を得るための臨界膜厚を超えてしまうため、SiG
e膜中に非常に多くの欠陥が発生する。また、水素など
のイオン注入を行った後に高温でアニールを行う方法で
は、第1のSiGe膜と第1のキャップSi膜とのヘテ
ロ構造があるのみであるため、SiGe/Si基板界面
のミスフィット転位から派生した貫通転位が高密度(約
107/cm2)に表面まで達し、素子を形成した時に接
合リーク電流増大の大きな原因になるという課題があ
る。さらに、貫通転位と残留歪エネルギーとにより表面
にクロスハッチと呼ばれる突起が発生するという課題も
ある。
As described above, the Si
In the method of forming a Ge film as a thick film and relaxing the lattice by increasing the strain elastic energy of the SiGe film, the critical film thickness for obtaining a perfect crystal is exceeded.
A large number of defects occur in the e film. Further, in the method of annealing at a high temperature after implanting ions of hydrogen or the like, since there is only a heterostructure of the first SiGe film and the first cap Si film, there is a misfit at the SiGe / Si substrate interface. There is a problem that threading dislocations derived from dislocations reach a high density (about 10 7 / cm 2 ) up to the surface, which causes a large increase in junction leakage current when forming an element. Further, there is a problem that a protrusion called a crosshatch is generated on the surface due to threading dislocations and residual strain energy.

【0007】さらに、第1のキャップSi膜/第1のS
iGe膜/Si基板構造の上に、第2のSiGe膜を成
長させながら歪を緩和させる方法では、低密度ミスフィ
ット転位による歪場の影響と高温での膜成長とにより、
第2のSiGe膜表面に非常に大きな振幅のうねり(rm
s:約9nm)が残るという課題がある。本発明は、上
記のような課題に鑑みなされたものであり、半導体基板
上に形成された、高濃度のGe濃度を有する臨界膜厚以
下の歪SiGe膜においても高い歪緩和度を達成し、貫
通転位密度を低減し、その上に形成される第2のSiG
e膜表面のうねりを抑制し、平滑性を向上させることが
できる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する
ことを目的とする。
Further, the first cap Si film / first S
In the method of relaxing the strain while growing the second SiGe film on the iGe film / Si substrate structure, the effect of the strain field due to the low density misfit dislocation and the film growth at high temperature
Waviness (rm) of very large amplitude on the surface of the second SiGe film
s: about 9 nm) remains. The present invention has been made in view of the above problems, and achieves a high degree of strain relaxation even in a strained SiGe film formed on a semiconductor substrate and having a high Ge concentration and having a critical film thickness or less, The second SiG formed on the threading dislocation density is reduced.
An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device capable of suppressing waviness on the surface of an e film and improving smoothness.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、(a)
表面がシリコンからなる基板上に臨界膜厚以下の膜厚で
第1のSiGe膜を形成する工程と、(b)第1のSi
Ge膜上に第1のキャップ半導体膜を形成する工程と、
(c)得られた基板に、イオン注入する工程と、(d)
表面に第1のキャップ半導体膜を有する基板をアニール
する工程と、(e)第1のキャップ半導体膜上に第2の
SiGe膜を形成する工程と、(f)第2のSiGe膜
上に第2のキャップ半導体膜を形成する工程とを有する
半導体装置の製造方法が提供される。
According to the present invention, (a)
A step of forming a first SiGe film with a film thickness not more than a critical film thickness on a substrate whose surface is made of silicon; and (b) a first Si film.
A step of forming a first cap semiconductor film on the Ge film,
(C) a step of implanting ions into the obtained substrate, and (d)
A step of annealing a substrate having a first cap semiconductor film on its surface; (e) a step of forming a second SiGe film on the first cap semiconductor film; and (f) a step of forming a second SiGe film on the second SiGe film. And a step of forming a cap semiconductor film of No. 2 are provided.

【0009】また、本発明によれば、半導体基板上に第
1、第2、第3及び第4の半導体膜が積層されて構成さ
れる半導体装置であって、半導体基板の表面に結晶欠陥
が導入されており、第1の半導体膜が半導体基板と格子
定数が異なり、第2の半導体膜が第1の半導体膜と格子
定数が異なり、第3の半導体膜が第2の半導体膜と格子
定数が異なり、第4の半導体膜が第3の半導体膜と格子
定数がほぼ同じである半導体装置が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a semiconductor device in which the first, second, third and fourth semiconductor films are laminated on the semiconductor substrate, and crystal defects are formed on the surface of the semiconductor substrate. The first semiconductor film has a lattice constant different from that of the semiconductor substrate, the second semiconductor film has a lattice constant different from that of the first semiconductor film, and the third semiconductor film has a lattice constant different from that of the second semiconductor film. Except that the fourth semiconductor film has substantially the same lattice constant as the third semiconductor film.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の製造方法
は、工程(a)において、表面がシリコンからなる基板
上に臨界膜厚以下の膜厚で第1のSiGe膜を形成す
る。表面がシリコンからなる基板とは、アモルファス、
マイクロクリスタル、単結晶、多結晶、これらの結晶状
態の2以上が混在するシリコン基板又はこれらのシリコ
ン層を表面に有する、いわゆるSOI基板が含まれる。
なかでも、単結晶シリコン基板が好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, in step (a), a first SiGe film is formed on a substrate whose surface is made of silicon to a film thickness not more than a critical film thickness. A substrate whose surface is made of silicon means amorphous,
A microcrystal, a single crystal, a polycrystal, a silicon substrate in which two or more of these crystal states are mixed, or a so-called SOI substrate having a silicon layer of these on its surface is included.
Of these, a single crystal silicon substrate is preferable.

【0011】第1のSiGe膜は、公知の方法、例え
ば、CVD法、スパッタ法、真空蒸着法、MEB法等の
種々の方法により形成することができる。なかでも、C
VD法によるエピタキシャル成長法により形成すること
が好ましい。この場合の成膜条件は、当該分野で公知の
条件を選択することができ、特に、成膜温度は、例え
ば、400〜650℃程度が適当である。このSiGe
膜においては、Geの濃度は特に限定されるものではな
いが、例えば、10〜40atom%程度、好ましくは
20〜30atom%が挙げられる。SiGeの膜厚
は、臨界膜厚以下であることが必要である。臨界膜厚と
は、基板上にSiGe膜がひずみ成長し得る限界の膜厚
を意味する。具体的には、シリコン基板上に、上記の範
囲のGeの濃度を有するSiGe膜を形成する場合に
は、500nm程度以下が挙げられ、5〜500nm程
度、さらに10〜300nm程度が適当である。なお、
Geの濃度は、膜厚方向及び層表面方向(面内方向)に
連続的又は段階的に傾斜して変化していてもよいが、均
一であることが好ましい。
The first SiGe film can be formed by various known methods such as a CVD method, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method and a MEB method. Among them, C
It is preferably formed by an epitaxial growth method by the VD method. In this case, the film forming conditions may be selected from those known in the art, and particularly the film forming temperature is, for example, about 400 to 650 ° C. This SiGe
In the film, the Ge concentration is not particularly limited, but is, for example, about 10 to 40 atom%, preferably 20 to 30 atom%. The film thickness of SiGe needs to be less than or equal to the critical film thickness. The critical film thickness means the limit film thickness at which the SiGe film can grow strained on the substrate. Specifically, when a SiGe film having a Ge concentration in the above range is formed on a silicon substrate, the thickness is about 500 nm or less, about 5 to 500 nm, and more preferably about 10 to 300 nm. In addition,
The Ge concentration may change continuously or stepwise in the film thickness direction and the layer surface direction (in-plane direction), but is preferably uniform.

【0012】工程(b)において、第1のSiGe膜上
に第1のキャップ半導体膜を形成する。第1のキャップ
半導体層は、シリコンと同様のダイヤモンド構造を有す
るものであれば特に限定されるものではなく、例えば、
Si、SiC又は第1及び後述する第2のSiGe膜よ
りもGe濃度が低いSiGe膜等が挙げられる。SiC
におけるC濃度は、特に限定されるものではなく、例え
ば、0.1〜7atom%程度が挙げられる。また、S
iGeにおけるGe濃度は、10atom%程度以下が
適当である。第1のキャップ半導体層は、第1のSiG
e膜と同様の方法で形成することができる。この場合の
基板温度は、400〜650℃程度が好ましい。第1の
キャップ半導体膜の膜厚は、臨界膜厚以下の膜厚で形成
することが好ましく、さらに、下地である第1のSiG
e膜のゲルマニウム濃度が高いほど薄く、後工程での半
導体装置の製造プロセスにおける熱処理温度が高いほど
薄くすることが好ましい。具体的には、1〜100nm
程度、特に、5〜30nm程度が適当である。
In step (b), a first cap semiconductor film is formed on the first SiGe film. The first cap semiconductor layer is not particularly limited as long as it has a diamond structure similar to silicon.
Examples thereof include Si, SiC, a SiGe film having a Ge concentration lower than that of the first and second SiGe films described later. SiC
The C concentration in is not particularly limited, and may be, for example, about 0.1 to 7 atom%. Also, S
The Ge concentration in iGe is preferably about 10 atom% or less. The first cap semiconductor layer is the first SiG.
It can be formed by the same method as the e film. In this case, the substrate temperature is preferably about 400 to 650 ° C. The first cap semiconductor film is preferably formed to have a film thickness equal to or less than the critical film thickness.
It is preferable that the higher the germanium concentration of the e film is, the thinner the film is. Specifically, 1 to 100 nm
The degree is about 5 to 30 nm.

【0013】工程(c)において、得られたシリコン基
板にイオン注入する。イオン注入は、基板として用いる
シリコンの表面に結晶欠陥を導入し得る元素、イオン注
入後のアニールにおいて、シリコン基板中にマイクロキ
ャビティーを形成し得る元素等を用いて行うことが適当
であり、例えば、水素、不活性ガス及び4族元素からな
る群から選択することができる。具体的には、水素、ヘ
リウム、ネオン、シリコン、炭素、ゲルマニウム等が挙
げられ、なかでも、水素が好ましい。イオン注入の加速
エネルギーは、用いるイオン種、第1のSiGe膜の膜
厚、第1のキャップ半導体層の材料及び膜厚等によって
適宜調整することができる。例えば、第1のSiGe膜
/基板界面のシリコン基板側に注入ピークがくるよう
に、さらに具体的には、界面から、基板側に20nm程
度以上深い位置(好ましくは30〜70nm程度の位
置)にピークがくるように設定することが、SiGe層
中の欠陥抑制及びSiGe層の薄膜化防止のために望ま
しい。例えば、20〜150keV程度の注入エネルギ
ーが挙げられ、より具体的には、SiGe層の膜厚が2
00nm程度の場合で、水素を用いる場合には、18〜
25keV程度が挙げられる。ドーズは、例えば、1×
1015〜1×1017cm-2程度、より好ましくは1×1
16〜1×1017cm-2が挙げられる。
In step (c), ions are implanted into the obtained silicon substrate. Ion implantation is suitably performed using an element capable of introducing a crystal defect into the surface of silicon used as a substrate, an element capable of forming a microcavity in a silicon substrate in annealing after ion implantation, for example, , Hydrogen, an inert gas, and a Group 4 element. Specific examples thereof include hydrogen, helium, neon, silicon, carbon, germanium and the like, and among them, hydrogen is preferable. The acceleration energy of ion implantation can be appropriately adjusted depending on the ion species used, the film thickness of the first SiGe film, the material and film thickness of the first cap semiconductor layer, and the like. For example, so that the implantation peak is on the silicon substrate side of the first SiGe film / substrate interface, and more specifically, at a position deeper than the interface by about 20 nm or more (preferably at a position of about 30 to 70 nm) from the interface. It is desirable to set the peak so as to suppress defects in the SiGe layer and prevent thinning of the SiGe layer. For example, the implantation energy is about 20 to 150 keV, and more specifically, the film thickness of the SiGe layer is 2 or less.
When the hydrogen is used in the case of about 00 nm, 18 to
It may be about 25 keV. The dose is, for example, 1 ×
10 15 to 1 × 10 17 cm -2 , more preferably 1 × 1
0 16 to 1 × 10 17 cm −2 can be mentioned.

【0014】なお、このイオン注入は、必ずしも第1の
キャップ半導体層を形成した後に行う必要はなく、例え
ば、第1のSiGe膜上に保護膜を形成した後に行って
もよい。ここでの保護膜の材料及び膜厚は特に限定され
るものではなく、絶縁膜又は半導体膜等のいずれであっ
てもよい。具体的には、熱酸化膜、低温酸化膜:LTO
膜等、高温酸化膜:HTO膜、P−CVDによるシリコ
ン酸化膜、シリコン窒化膜等のいずれでもよい。また、
例えば、20〜150nm程度の膜厚が挙げられる。
The ion implantation does not necessarily have to be performed after forming the first cap semiconductor layer, and may be performed, for example, after forming a protective film on the first SiGe film. The material and the film thickness of the protective film here are not particularly limited, and may be an insulating film or a semiconductor film. Specifically, thermal oxide film, low temperature oxide film: LTO
The film may be a high temperature oxide film: an HTO film, a silicon oxide film formed by P-CVD, a silicon nitride film, or the like. Also,
For example, a film thickness of about 20 to 150 nm can be mentioned.

【0015】工程(d)において、表面に第1のキャッ
プ半導体膜を有する基板をアニールする。アニールは、
第1のSiGe膜上に第1のキャップ半導体層が形成さ
れた状態で行う以外は、当該分野で公知の方法及び条件
が利用できる。具体的には、炉アニール、ランプアニー
ル、RTA等が挙げられ、不活性ガス雰囲気、大気雰囲
気、窒素ガス雰囲気、酸素ガス雰囲気、水素ガス雰囲気
等下で、600〜900℃の温度範囲で、5〜30分間
程度行うことができる。
In step (d), the substrate having the first cap semiconductor film on the surface is annealed. Annealing
Methods and conditions known in the art can be used, except that the first cap semiconductor layer is formed on the first SiGe film. Specific examples include furnace anneal, lamp anneal, RTA, and the like. In an inert gas atmosphere, an air atmosphere, a nitrogen gas atmosphere, an oxygen gas atmosphere, a hydrogen gas atmosphere, etc., in a temperature range of 600 to 900 ° C., 5 It can be performed for about 30 minutes.

【0016】工程(e)において、第1のキャップ半導
体膜上に第2のSiGe膜を形成する。第2のSiGe
膜は、第1のSiGe膜と同様の方法、同様のGe濃
度、同様の膜厚で形成することができる。ただし、必ず
しも、第1のSiGeと同じGe濃度、膜厚でなくても
よい。
In step (e), a second SiGe film is formed on the first cap semiconductor film. Second SiGe
The film can be formed by the same method, the same Ge concentration, and the same film thickness as those of the first SiGe film. However, the Ge concentration and the film thickness are not necessarily the same as those of the first SiGe.

【0017】工程(f)において、第2のSiGe膜上
に第2のキャップ半導体膜を形成する。第2のキャップ
半導体膜は、第1のキャップ半導体膜と同様の方法、同
様の材料濃度、同様の膜厚で形成することができる。な
かでも、Siを用いることが好ましい。膜厚は、臨界膜
厚以下が好ましく、具体的には、1〜100nm程度、
より好ましくは5〜40nm程度である。なお、本発明
の半導体装置の製造方法においては、上記工程(a)〜
(f)を必ずしもこの順で行う必要はなく、例えば、工
程(b)の後、第1のキャップ半導体膜上に保護膜を形
成し、工程(c)のイオン注入及び工程(d)のアニー
ルを行い、その後保護膜を除去し、工程(e)を行って
もよい。保護膜の種類及び膜厚は上述したとおりであ
り、保護膜の除去は、当該分野で公知の方法、例えば、
酸又はアルカリ溶液を用いたウェットエッチング、ドラ
イエッチング等が挙げられる。
In step (f), a second cap semiconductor film is formed on the second SiGe film. The second cap semiconductor film can be formed by the same method, the same material concentration, and the same film thickness as those of the first cap semiconductor film. Especially, it is preferable to use Si. The film thickness is preferably equal to or less than the critical film thickness, specifically, about 1 to 100 nm,
More preferably, it is about 5 to 40 nm. In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the steps (a) to
It is not always necessary to perform (f) in this order. For example, after the step (b), a protective film is formed on the first cap semiconductor film, the ion implantation in the step (c) and the annealing in the step (d) are performed. May be performed, and then the protective film may be removed, and step (e) may be performed. The type and film thickness of the protective film are as described above, and the protective film can be removed by a method known in the art, for example,
Wet etching using an acid or alkaline solution, dry etching and the like can be mentioned.

【0018】あるいは、工程(a)の後、第1のキャッ
プ半導体膜上に保護膜を形成し、工程(c)のイオン注
入した後、保護膜を除去し、その後、工程(b)の第1
のSiGe膜上に第1のキャップ半導体膜を形成し、工
程(d)のアニールを行ってもよい。上記のようにし
て、基板上に第1のSiGe膜、第1のキャップ半導体
膜、第2のSiGe膜及び第2のキャップ半導体膜を形
成した後、通常の半導体プロセスにしたがって、素子分
離領域の形成、ゲート絶縁膜及びゲート電極の形成、L
DD領域及び/又はソース/ドレイン領域の形成、層間
絶縁膜の形成、配線層の形成等の種々の工程を行って、
半導体装置を完成させることができる。
Alternatively, after the step (a), a protective film is formed on the first cap semiconductor film, the ion implantation of the step (c) is performed, and then the protective film is removed, and then the step of the step (b) is performed. 1
The first cap semiconductor film may be formed on the SiGe film and the annealing in step (d) may be performed. After the first SiGe film, the first cap semiconductor film, the second SiGe film and the second cap semiconductor film are formed on the substrate as described above, the device isolation region is formed according to a normal semiconductor process. Formation, formation of gate insulating film and gate electrode, L
Various processes such as formation of the DD region and / or source / drain region, formation of an interlayer insulating film, formation of a wiring layer, etc. are performed,
A semiconductor device can be completed.

【0019】本発明の半導体装置は、半導体基板上に第
1、第2、第3及び第4の半導体膜が積層されて構成さ
れる半導体装置であって、半導体基板の表面に結晶欠陥
が導入されており、第1の半導体膜が半導体基板と格子
定数が異なり、第2の半導体膜が第1の半導体膜と格子
定数が異なり、第3の半導体膜が第2の半導体膜と格子
定数が異なり、第4の半導体膜が第3の半導体膜と格子
定数がほぼ同じである。これによって、歪が大幅に緩和
された第1の半導体層と低欠陥密度で歪が内在する第4
の半導体層とを有し、表面に達する貫通転位、最表面で
のクロスハッチ等を抑制し、平坦性に優れた半導体基板
を得ることができる。
The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which the first, second, third and fourth semiconductor films are laminated on a semiconductor substrate, and crystal defects are introduced into the surface of the semiconductor substrate. The first semiconductor film has a lattice constant different from that of the semiconductor substrate, the second semiconductor film has a lattice constant different from that of the first semiconductor film, and the third semiconductor film has a lattice constant different from that of the second semiconductor film. Differently, the fourth semiconductor film has substantially the same lattice constant as the third semiconductor film. As a result, the first semiconductor layer in which the strain is relieved significantly and the fourth semiconductor layer in which the strain is intrinsic with a low defect density
It is possible to obtain a semiconductor substrate having excellent flatness by suppressing the threading dislocation reaching the surface, the crosshatch at the outermost surface, and the like.

【0020】半導体基板には、その表面近傍に結晶欠陥
が導入されていることが必要である。結晶欠陥は、上述
したようなイオン注入及び/又はアニールにより導入す
ることができる。この場合の欠陥密度は、特に限定され
るものではなく、上述のイオン注入及び/又はアニール
の条件で導入することができる程度であればよい。結晶
欠陥の位置は、基板表面から20nm程度以上深い位
置、好ましくは30〜70nm程度の位置が挙げられ
る。
It is necessary for the semiconductor substrate to have crystal defects introduced near its surface. Crystal defects can be introduced by ion implantation and / or annealing as described above. The defect density in this case is not particularly limited as long as it can be introduced under the above-mentioned ion implantation and / or annealing conditions. The position of the crystal defect may be a position deeper than the substrate surface by about 20 nm or more, preferably a position of about 30 to 70 nm.

【0021】第1の半導体層は、基板すなわちシリコン
と同様のダイヤモンド構造を有するものであり、その格
子定数は、シリコンと異なることが必要である。例え
ば、大きい場合にはSiGeが挙げられ、小さい場合に
はSiCが挙げられる。第1の半導体層の膜厚は、上述
したように、臨界膜厚以下であることが好ましい。具体
的には、5〜500nm程度が挙げられる。これによっ
て、第1の半導体層は、歪が緩和されているものの、第
1の半導体層の材料本来の格子定数よりも若干大きく又
は小さくなっている。
The first semiconductor layer has a diamond structure similar to that of the substrate, that is, silicon, and its lattice constant needs to be different from that of silicon. For example, when it is large, SiGe is used, and when it is small, SiC is used. As described above, the thickness of the first semiconductor layer is preferably the critical film thickness or less. Specifically, it is about 5 to 500 nm. As a result, the strain of the first semiconductor layer is relaxed, but it is slightly larger or smaller than the original lattice constant of the material of the first semiconductor layer.

【0022】第2の半導体層は、ダイヤモンド構造を有
するものであることが好ましく、第1の半導体層の格子
定数と異なることが必要である。例えば、第1の半導体
層の格子定数がシリコンよりも大きい場合には、第2の
半導体層の格子定数は第1の半導体層よりも小さいこと
が好ましく、第1の半導体層の格子定数がシリコンより
も小さい場合には、第2の半導体層の格子定数は第1の
半導体層よりも大きいことが好ましい。格子定数の差異
の程度は、第2の半導体層の格子定数が第1の半導体層
よりも小さい場合には、シリコンとゲルマニウムとの格
子定数の差異よりも小さいことが好ましく、第2の半導
体層の格子定数が第1の半導体層よりも大きい場合に
は、シリコンと炭素との格子定数の差異よりも小さいこ
とが好ましい。これにより、第2の半導体層は、歪を内
在し、第2の半導体層の材料本来の格子定数よりも小さ
く又は大きくなっている。第2の半導体層の例として
は、Si、SiC、SiGe等が挙げられる。膜厚は、
1〜100nm程度が挙げられる。
The second semiconductor layer preferably has a diamond structure and needs to have a lattice constant different from that of the first semiconductor layer. For example, when the lattice constant of the first semiconductor layer is larger than that of silicon, the lattice constant of the second semiconductor layer is preferably smaller than that of the first semiconductor layer, and the lattice constant of the first semiconductor layer is silicon. When it is smaller than the above, the lattice constant of the second semiconductor layer is preferably larger than that of the first semiconductor layer. The degree of difference in lattice constant is preferably smaller than the difference in lattice constant between silicon and germanium when the lattice constant of the second semiconductor layer is smaller than that of the first semiconductor layer. When the lattice constant is larger than that of the first semiconductor layer, it is preferably smaller than the difference in lattice constant between silicon and carbon. As a result, the second semiconductor layer has a strain therein and is smaller or larger than the original lattice constant of the material of the second semiconductor layer. Examples of the second semiconductor layer include Si, SiC, SiGe and the like. The film thickness is
The thickness is about 1 to 100 nm.

【0023】第3の半導体層は、ダイヤモンド構造を有
するものであることが好ましく、第2の半導体層の格子
定数と異なることが必要である。例えば、第2の半導体
層の格子定数がシリコンよりも大きい場合には、第3の
半導体層の格子定数は第2の半導体層よりも小さいこと
が好ましく、第2の半導体層の格子定数がシリコンより
も小さい場合には、第3の半導体層の格子定数は第2の
半導体層よりも大きいことが好ましい。格子定数の差異
の程度は、上記と同様又は上記に準じて設定することが
できる。これにより、第3の半導体層は、歪が緩和され
ているが、なお歪を有しており、第3の半導体層の材料
本来の格子定数よりも若干大きく又は小さくなってい
る。第3の半導体層の例としては、第1の半導体層と同
じ材料の半導体であることが好ましいが、必ずしも、各
元素の組成(割合)が同じでなくてもよい。膜厚は、5
〜500nm程度が挙げられる。
The third semiconductor layer preferably has a diamond structure and needs to have a lattice constant different from that of the second semiconductor layer. For example, when the lattice constant of the second semiconductor layer is larger than that of silicon, the lattice constant of the third semiconductor layer is preferably smaller than that of the second semiconductor layer, and the lattice constant of the second semiconductor layer is silicon. When it is smaller than the above, the lattice constant of the third semiconductor layer is preferably larger than that of the second semiconductor layer. The degree of difference in lattice constant can be set in the same manner as above or according to the above. As a result, the strain of the third semiconductor layer is relaxed, but the strain is still present, and is slightly larger or smaller than the original lattice constant of the material of the third semiconductor layer. As an example of the third semiconductor layer, a semiconductor made of the same material as the first semiconductor layer is preferable, but the composition (ratio) of each element is not necessarily the same. Film thickness is 5
About 500 nm.

【0024】第4の半導体層は、ダイヤモンド構造を有
し、第3の半導体層の格子定数とほぼ同じであることが
必要である。ここで、ほぼ同じとは、第4の半導体層の
格子が第3の半導体層の格子とほとんど整合しており、
よって、第4の半導体層が、歪を内在し、第4の半導体
層の材料本来の格子定数よりも若干小さく又は大きくな
っている状態であり、下層からの貫通転位をほとんど有
していない。第4半導体層としては、Si単結晶が好ま
しい。膜厚は、1〜100nm程度が挙げられる。以
下、図面を参照して、本発明の半導体装置の製造方法及
び半導体装置の実施の形態について詳細に説明する。
The fourth semiconductor layer needs to have a diamond structure and have a lattice constant substantially equal to that of the third semiconductor layer. Here, substantially the same means that the lattice of the fourth semiconductor layer substantially matches the lattice of the third semiconductor layer,
Therefore, the fourth semiconductor layer is in a state in which strain is inherently present and is slightly smaller or larger than the original lattice constant of the material of the fourth semiconductor layer, and there is almost no threading dislocation from the lower layer. As the fourth semiconductor layer, Si single crystal is preferable. The film thickness is about 1 to 100 nm. Hereinafter, embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0025】実施の形態1 まず、シリコン基板に対して、前処理として硫酸ボイル
とRCA洗浄とを行い、5%希フッ酸にてシリコン基板
表面の自然酸化膜の除去を行った。次に、図1(a)に
示したように、低圧気相成長(LP−CVD)装置を用
いて、ゲルマン(GeH4)とジシラン(Si26)と
を原料として、シリコン基板1上に、Ge濃度20%の
第1のSi0.8Ge0.2膜2を仮想格子状に、膜厚200
nmになるまで500℃にてエピタキシャル成長させ
た。この条件で成膜した第1のSi 0.8Ge0.2膜2は臨
界膜厚以下である。続いて、図1(b)に示したよう
に、第1のSiGe膜2上に、同じく500℃にて、第
1のキャップSi膜3をLP−CVD装置にて、仮想格
子状に膜厚10nmになるまでエピタキシャル成長させ
た。
Embodiment 1 First, on a silicon substrate, boiled sulfuric acid is used as a pretreatment.
And RCA cleaning, and silicon substrate with 5% dilute hydrofluoric acid
The native oxide film on the surface was removed. Next, in FIG.
As shown, use low pressure vapor deposition (LP-CVD) equipment
And German (GeHFour) And disilane (Si2H6)When
With a Ge concentration of 20% on the silicon substrate 1
First Si0.8Ge0.2The film 2 is formed into a virtual lattice with a film thickness of 200
epitaxial growth at 500 ° C until
It was The first Si film formed under these conditions 0.8Ge0.2Membrane 2
It is less than or equal to the boundary film thickness. Then, as shown in FIG.
On the first SiGe film 2 at 500 ° C.
The cap Si film 3 of No. 1 is hypothesized by an LP-CVD device.
Epitaxially grow to a thickness of 10 nm
It was

【0026】図1(c)に示したように、得られたシリ
コン基板1へ、注入エネルギー25keV、ドーズ4×
1016cm-2、チルト角7°の条件で、水素イオン4注
入を行った。その後、RCA洗浄を行い、800℃で1
0分間アニールを行った。これにより、図1(d)に示
したように、シリコン基板1/第1のSiGe膜2界面
から基板側へ約50nm入った位置に楕円状の欠陥5が
形成され、第1のSiGe膜2の格子整合歪をほぼ完全
(90%以上)に緩和することができた。
As shown in FIG. 1C, an implantation energy of 25 keV and a dose of 4 × are applied to the obtained silicon substrate 1.
Four hydrogen ions were implanted under the conditions of 10 16 cm -2 and tilt angle of 7 °. After that, perform RCA cleaning and
Annealing was performed for 0 minutes. As a result, as shown in FIG. 1D, an elliptical defect 5 is formed at a position approximately 50 nm from the interface of the silicon substrate 1 / first SiGe film 2 to the substrate side, and the first SiGe film 2 is formed. The lattice matching strain of was able to be relaxed almost completely (90% or more).

【0027】続いて、図1(e)に示したように、LP
−CVD装置を用いて、ゲルマンとジシランとを原料と
して、Ge濃度20%の第2のSi0.8Ge0.2膜6を第
1のキャップSi膜3上に、仮想格子状に200nm膜
厚になるまで500℃にてエピタキシャル成長させた。
この条件で成膜した第2のSiGe膜6表面のラフネス
を原子間力顕微鏡(AFM)にて観測したところ、その
表面の凹凸の平均値rmsは1nm未満と非常に平滑で
あった。また、この第2のSiGe膜6はほぼ完全に歪
緩和した第1のSiGe膜2とそれに引っ張られた状態
にある第1のキャップSi層3上に仮想格子状に成膜し
たため、非常にリラックスした状態にある(緩和率90
%以上)。最後に、図1(f)に示したように、この平
滑な歪緩和した第2のSiGe膜6上に、第2のキャッ
プSi膜7を、LP−CVD装置を用いて仮想格子状に
膜厚20nmになるまで500℃にてエピタキシャル成
長させた。
Then, as shown in FIG.
Using a CVD apparatus, using germane and disilane as raw materials, a second Si 0.8 Ge 0.2 film 6 having a Ge concentration of 20% is formed on the first cap Si film 3 until a film thickness of 200 nm is formed in a virtual lattice pattern. Epitaxial growth was performed at 500 ° C.
When the roughness of the surface of the second SiGe film 6 formed under these conditions was observed by an atomic force microscope (AFM), the average value rms of irregularities on the surface was very smooth, less than 1 nm. Further, since the second SiGe film 6 is formed on the first SiGe film 2 which is almost completely strain-relieved and the first cap Si layer 3 which is in a state of being stretched by the virtual SiGe film 6, it is very relaxed. In a state of relaxation (relaxation rate 90
%that's all). Finally, as shown in FIG. 1F, a second cap Si film 7 is formed on the smooth strain-relaxed second SiGe film 6 in a virtual lattice shape by using an LP-CVD apparatus. Epitaxial growth was performed at 500 ° C. until the thickness became 20 nm.

【0028】得られたシリコン基板1について、シリコ
ン基板1と第1のSiGe膜2との界面に発生したミス
フィット転位から派生して第2のキャップSi膜7まで
達している貫通転位密度を、フッ酸+クロム酸を用いた
エッチピットにて顕在化し光学顕微鏡で計測した。その
結果、約1×103cm-2と、従来に比べ、大幅に低減
することができた。このように、第1のSiGe膜2と
第1のキャップSi膜3とを形成した後に、水素イオン
注入とアニールとを行うことで、第1のSiGe膜2の
歪をほぼ完全に緩和することができ、第1のキャップS
i膜3の形成と第2のSiGe膜6の低温での成膜によ
り、表面まで達する貫通転位を大幅に低減することが可
能になった。
With respect to the obtained silicon substrate 1, the threading dislocation density reaching the second cap Si film 7 derived from the misfit dislocation generated at the interface between the silicon substrate 1 and the first SiGe film 2, It was revealed in an etch pit using hydrofluoric acid + chromic acid and measured with an optical microscope. As a result, it was about 1 × 10 3 cm -2 , which was a significant reduction compared to the conventional case. In this way, hydrogen ions are implanted and annealed after the first SiGe film 2 and the first cap Si film 3 are formed, so that the strain of the first SiGe film 2 is almost completely relaxed. And the first cap S
By forming the i film 3 and forming the second SiGe film 6 at a low temperature, it becomes possible to significantly reduce the threading dislocation reaching the surface.

【0029】また、第1のSiGe膜2を第2のSiG
e膜6形成前に歪緩和させることで、第2のSiGe膜
6を低温で成膜することが可能になったため、第2のS
iGe膜6表面のうねりを抑え、非常に平滑な表面を得
ることができた。なお、上記と同様にして、第1のSi
Ge膜(膜厚160nm)と第1のキャップSi膜(膜
厚5nm)とを形成した後、水素イオン注入を、注入エ
ネルギー15keV、ドーズ3×1016cm-2の条件で
行い、その後、窒素ガス雰囲気下、800℃にて9分間
アニールを行った基板について、XRD解析を行った。
その結果、第1のSiGe膜のゲルマニウム濃度が2
8.7%で、緩和率79.9%が得られた。
In addition, the first SiGe film 2 is replaced with the second SiG film.
By relaxing the strain before the formation of the e film 6, it becomes possible to form the second SiGe film 6 at a low temperature.
The waviness of the surface of the iGe film 6 was suppressed, and a very smooth surface could be obtained. In addition, in the same manner as above, the first Si
After forming the Ge film (film thickness 160 nm) and the first cap Si film (film thickness 5 nm), hydrogen ion implantation is performed under the conditions of an implantation energy of 15 keV and a dose of 3 × 10 16 cm −2 , and then nitrogen. XRD analysis was performed on the substrate annealed at 800 ° C. for 9 minutes in a gas atmosphere.
As a result, the germanium concentration of the first SiGe film is 2
A relaxation rate of 79.9% was obtained at 8.7%.

【0030】実施の形態2 上記のようにして得られたSiGe層が形成された歪S
i基板と、通常のバルクシリコン基板とを用いて、PM
OSトランジスタを形成した。ゲート長及びゲート幅
は、それぞれ10μmとした。得られたPMOSトラン
ジスタのId−Vd特性と、Vg−Gm特性とを図2及
び図3にぞれそれ示す。図2及び図3から、閾値V
thは、SiGeを用いた歪Si基板上のPMOSトラン
ジスタの方が低いにもかかわらず、正孔の移動度が向上
し、電流値の増加が認められた。
Embodiment 2 The strain S having the SiGe layer formed as described above is formed.
PM using an i substrate and a normal bulk silicon substrate
An OS transistor was formed. The gate length and the gate width were each 10 μm. The Id-Vd characteristics and Vg-Gm characteristics of the obtained PMOS transistor are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. From FIG. 2 and FIG. 3, the threshold value V
Although th was lower in the PMOS transistor on the strained Si substrate using SiGe, the hole mobility was improved and the increase in current value was observed.

【0031】実施の形態3 図4に示すように、イオン注入時の汚染物の混入を防ぐ
ために、第1のキャップSi膜3上にシリコン酸化膜8
を膜厚20nmに成膜した後、同条件で水素イオン4注
入とアニールを行った。その後、シリコン酸化膜8を5
%希フッ酸にてエッチング除去した。
Third Embodiment As shown in FIG. 4, a silicon oxide film 8 is formed on the first cap Si film 3 in order to prevent contamination by contaminants during ion implantation.
Was deposited to a film thickness of 20 nm, and then hydrogen ion 4 implantation and annealing were performed under the same conditions. Then, the silicon oxide film 8 is removed to 5
% Etched off with dilute hydrofluoric acid.

【0032】実施の形態4 図5(a)に示すように、第1のSiGe膜2上にシリ
コン酸化膜8を膜厚20nmに成膜した。その後、図5
(b)に示すように、上記と同条件で水素イオン4注入
を行った。図5(d)に示すように、5%希フッ酸にて
酸化膜をエッチング除去し、500℃にて第1のキャッ
プSi膜3をLP−CVD装置にて仮想格子状に10n
m膜厚になるまでエピタキシャル成長し、800℃で1
0分間アニールを行った。
Fourth Embodiment As shown in FIG. 5A, a silicon oxide film 8 having a film thickness of 20 nm was formed on the first SiGe film 2. After that, FIG.
As shown in (b), hydrogen ion 4 implantation was performed under the same conditions as above. As shown in FIG. 5D, the oxide film was removed by etching with 5% dilute hydrofluoric acid, and the first cap Si film 3 was formed into a virtual lattice of 10 n at 500 ° C. by an LP-CVD apparatus.
Epitaxially grows to a film thickness of m,
Annealing was performed for 0 minutes.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明によれば、基板のシリコン表面に
結晶欠陥を導入することによって、結晶欠陥が基板表面
へ滑りを起こさせ、基板/第1のSiGe膜界面に高密
度のミスフィット転位を発生させることができる。よっ
て、第1のSiGe膜の歪を略完全に緩和させることが
できる。また、第1キャップ半導体膜を形成した後に、
アニールを行うことによって、ミスフィット転位から派
生する貫通転位は、ミスフィット転位密度が高いために
一部は相殺して消滅し、残りの貫通転位の一部も第1の
キャップ半導体膜/第1のSiGe膜界面のミスフィッ
トフィット転位と結びつき、転移ループを形成あるいは
基板端へ到達させて、大幅に低減させることができる。
According to the present invention, by introducing a crystal defect into the silicon surface of the substrate, the crystal defect causes a slip to the surface of the substrate, and a high density misfit dislocation at the substrate / first SiGe film interface. Can be generated. Therefore, the strain of the first SiGe film can be relaxed almost completely. In addition, after forming the first cap semiconductor film,
By performing the annealing, the threading dislocations derived from the misfit dislocations are partly offset and disappear due to the high density of the misfit dislocations, and a part of the remaining threading dislocations is also part of the first cap semiconductor film / first Associated with the misfit-fit dislocations at the SiGe film interface, the transition loops can be formed or reach the substrate edge, and the dislocations can be significantly reduced.

【0034】さらに、この上に、第2のSiGe膜を成
長させることにより、好ましくは500℃以下の低温で
成長させることにより、基板/第1のSiGe膜界面に
高密度で発生したミスフィット転位の歪場の影響に起因
する第2のSiGe膜表面のうねりを抑制することがで
き、しかも、歪緩和した第1のSiGe膜上に第2のS
iGe膜が形成されることとなるため、第2のSiGe
膜の歪エネルギーが非常に小さくなり、小さな振幅のう
ねりと併せて第2のSiGe膜表面は非常に平滑なもの
とすることが可能となる。
Further, by growing a second SiGe film thereon, preferably at a low temperature of 500 ° C. or lower, misfit dislocations generated at a high density at the substrate / first SiGe film interface are formed. Of the surface of the second SiGe film due to the influence of the strain field of the second SiGe film can be suppressed, and the second SGe is formed on the strain-relaxed first SiGe film.
Since the iGe film is to be formed, the second SiGe
The strain energy of the film becomes very small, and it becomes possible to make the surface of the second SiGe film very smooth together with the waviness of a small amplitude.

【0035】特に、第1のキャップ半導体層として、S
iCを用いた場合には、格子定数がシリコンより小さ
く、歪応力が大きくなるため、第1のキャップ半導体膜
で貫通転位を抑制することができ、さらに、表面ラフネ
スも抑制することができる。一方、SiGeを用いた場
合には、Ge濃度が第1及び第2のSiGe膜のGe濃
度より小さいために、格子定数がシリコンよりも大き
く、応力が少なくなるため、貫通転位の抑制効果や表面
ラフネスの抑制効果はやや少ないが、その代わりに臨界
膜厚が大きくなり、膜厚を厚く形成することができるの
で、制御性が容易となり、より簡便に製造することが可
能になる。
In particular, as the first cap semiconductor layer, S
When iC is used, since the lattice constant is smaller than that of silicon and the strain stress is large, threading dislocations can be suppressed in the first cap semiconductor film, and further surface roughness can be suppressed. On the other hand, when SiGe is used, since the Ge concentration is smaller than the Ge concentrations of the first and second SiGe films, the lattice constant is larger than that of silicon and the stress is smaller. Although the effect of suppressing the roughness is slightly small, the critical film thickness is increased instead, and the film thickness can be increased. Therefore, controllability is facilitated and manufacturing can be performed more easily.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の半導体装置の製造方法の一実施例を
説明するための要部の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part for explaining an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図2】 本発明の半導体装置の製造方法によって得ら
れた基板を用いたPMOSのId−Vd特性を示すグラ
フである。
FIG. 2 is a graph showing Id-Vd characteristics of a PMOS using a substrate obtained by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図3】 本発明の半導体装置の製造方法によって得ら
れた基板を用いたPMOSのVg−Gm特性を示すグラ
フである。
FIG. 3 is a graph showing Vg-Gm characteristics of a PMOS using a substrate obtained by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図4】 本発明の半導体装置の製造方法の別の実施例
を説明するための要部の概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a main part for explaining another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図5】 本発明の半導体装置の製造方法のさらに別の
実施例を説明するための要部の概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a main part for explaining yet another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図6】 従来の半導体装置の製造方法を説明するため
の要部の概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a main part for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図7】 従来の他の半導体装置の製造方法を説明する
ための要部の概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a main part for explaining another conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板(基板) 2 第1のSiGe膜(第1の半導体膜) 3 第1のキャップSi膜(第1のキャップ半導体膜、
第2の半導体膜) 4 水素イオン 5 欠陥(欠陥層) 6 第2のSiGe膜(第3の半導体膜) 7 第2のキャップSi膜(第2のキャップ半導体膜、
第4の半導体膜) 8 シリコン酸化膜(保護膜)
1 silicon substrate (substrate) 2 first SiGe film (first semiconductor film) 3 first cap Si film (first cap semiconductor film,
Second semiconductor film) 4 Hydrogen ions 5 Defect (defect layer) 6 Second SiGe film (third semiconductor film) 7 Second cap Si film (second cap semiconductor film,
Fourth semiconductor film) 8 Silicon oxide film (protective film)

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/161 H01L 29/78 301B 29/78 618B 29/786 21/265 Q Fターム(参考) 4G077 AA03 BA04 DB01 ED06 EE06 EF01 TC14 TC16 5F045 AA06 AB01 AC01 AD09 AF03 BB11 DA62 HA15 HA16 5F052 AA17 AA24 DA03 DB02 DB05 DB06 DB07 EA02 GC01 HA01 HA06 5F110 AA07 AA18 BB03 CC02 DD05 DD17 DD24 DD25 GG01 GG02 GG12 GG19 GG24 GG47 5F140 AA05 AA15 AA24 AC28 AC36 BA02 BA05 BA17 BC12 CD01 CD06 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 29/161 H01L 29/78 301B 29/78 618B 29/786 21/265 QF term (reference) 4G077 AA03 BA04 DB01 ED06 EE06 EF01 TC14 TC16 5F045 AA06 AB01 AC01 AD09 AF03 BB11 DA62 HA15 HA16 5F052 AA17 AA24 DA03 DB02 DB05 DB06 DB07 EA02 GC01 HA01 HA06 5F110 AA07 AA18 BB03 CC02 DD05 DD17 DD24 DD25 GG01 GG28A15 A24 A05 A15 ABA A17 BC12 CD01 CD06

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)表面がシリコンからなる基板上に
臨界膜厚以下の膜厚で第1のSiGe膜を形成する工程
と、(b)第1のSiGe膜上に第1のキャップ半導体
膜を形成する工程と、(c)得られた基板にイオン注入
する工程と、(d)表面に第1のキャップ半導体膜を有
する基板をアニールする工程と、(e)第1のキャップ
半導体膜上に第2のSiGe膜を形成する工程と、
(f)第2のSiGe膜上に第2のキャップ半導体膜を
形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
1. A step of: (a) forming a first SiGe film with a film thickness equal to or less than a critical film thickness on a substrate whose surface is made of silicon; and (b) a first cap semiconductor on the first SiGe film. A step of forming a film, (c) a step of implanting ions into the obtained substrate, (d) a step of annealing a substrate having a first cap semiconductor film on the surface, and (e) a first cap semiconductor film Forming a second SiGe film thereon,
(F) forming a second cap semiconductor film on the second SiGe film.
【請求項2】 第1のキャップ半導体膜上に保護膜を形
成した後、イオン注入及びアニールを行い、その後前記
保護膜を除去する請求項1に記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein after forming a protective film on the first cap semiconductor film, ion implantation and annealing are performed, and then the protective film is removed.
【請求項3】 第1のSiGe膜上に保護膜を形成し、
イオン注入した後、該保護膜を除去し、第1のSiGe
膜上に第1のキャップ半導体膜を形成し、アニールする
請求項1に記載の方法。
3. A protective film is formed on the first SiGe film,
After the ion implantation, the protective film is removed, and the first SiGe
The method of claim 1, wherein a first cap semiconductor film is formed on the film and annealed.
【請求項4】 イオン注入を、水素、不活性ガス及び4
族元素からなる群から選択された元素を用いて行う請求
項1〜3のいずれか1つに記載の方法。
4. Ion implantation using hydrogen, an inert gas and 4
The method according to claim 1, wherein the method is performed using an element selected from the group consisting of group elements.
【請求項5】 イオン注入を、第1のSiGe膜/基板
界面の基板側に注入ピークがくるように行う請求項1〜
4のいずれか1つに記載の方法。
5. The ion implantation is performed so that the implantation peak is on the substrate side of the first SiGe film / substrate interface.
4. The method according to any one of 4.
【請求項6】 第1のキャップ半導体膜を、Si、Si
C又は第1及び第2のSiGe膜よりもGe濃度が低い
SiGe膜により形成する請求項1〜5のいずれか1つ
に記載の方法。
6. The first cap semiconductor film is formed of Si, Si
The method according to any one of claims 1 to 5, which is formed of C or a SiGe film having a Ge concentration lower than that of the first and second SiGe films.
【請求項7】 基板がSOI基板である請求項1〜6の
いずれか1つに記載の方法。
7. The method according to claim 1, wherein the substrate is an SOI substrate.
【請求項8】 半導体基板上に第1、第2、第3及び第
4の半導体膜が積層されて構成される半導体装置であっ
て、半導体基板の表面に結晶欠陥が導入されており、第
1の半導体膜が半導体基板と格子定数が異なり、第2の
半導体膜が第1の半導体膜と格子定数が異なり、第3の
半導体膜が第2の半導体膜と格子定数が異なり、第4の
半導体膜が第3の半導体膜と格子定数がほぼ同じである
ことを特徴とする半導体装置。
8. A semiconductor device comprising first, second, third and fourth semiconductor films stacked on a semiconductor substrate, wherein crystal defects are introduced into the surface of the semiconductor substrate. The first semiconductor film has a lattice constant different from that of the semiconductor substrate, the second semiconductor film has a lattice constant different from that of the first semiconductor film, the third semiconductor film has a lattice constant different from that of the second semiconductor film, and the fourth semiconductor film has A semiconductor device, wherein the semiconductor film has substantially the same lattice constant as the third semiconductor film.
【請求項9】 第1及び第3の半導体膜がSiGeから
なり、第2及び第4の半導体膜がSiからなる請求項8
に記載の半導体装置。
9. The first and third semiconductor films are made of SiGe, and the second and fourth semiconductor films are made of Si.
The semiconductor device according to.
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