DE112005001822T5 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats und Halbleitersubstrat - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats und Halbleitersubstrat Download PDF

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Masato Hiratsuka Imai
Yoshiji Hiratsuka Miyamura
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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats durch Bilden einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex ((x) ist ein Zusammensetzungsverhältnis des Germaniums Ge) auf einem Siliciumsubstrat und dann, durch eine SIMOX-Verfahrensbearbeitung, Bilden einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey ((y) ist ein Zusammensetzungsverhältnis des Germaniums Ge) auf einem eingebetteten Oxidfilm, dadurch gekennzeichnet, daß ein SGOI-Substrat hergestellt wird durch Einstellen des Zusammensetzungsverhältnisses (x) des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung auf ein Zusammensetzungsverhältnis eines vorgegebenen Verhältnisses oder weniger, bei dem eine Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung ein vorgegebenes Niveau oder kleiner wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat für einen stark beanspruchten (strained) SOI-Wafer und ein gemäß diesem Herstellungsverfahren hergestelltes Halbleitersubstrat.
  • STAND DER TECHNIK
  • In den letzten Jahren haben stark beanspruchte SOI-Wafer (Silicium auf Isolator) Aufmerksamkeit als Halbleiterwafer erzielt, die Geschwindigkeitsverbesserungen und geringeren Elektrizitätsverbrauch in ULSI-Vorrichtungen kombinieren. Stark beanspruchte SOI-Wafer werden hergestellt durch Verursachen eines epitaktischen Wachstums einer Siliciumschicht Si auf einem SGOI-Substrat (Silicium-Germanium auf Isolator). SGOI-Substrate werden hergestellt durch Bilden einer Silicium-Germanium-Schicht SiGe auf einem eingebetteten Oxidfilm.
  • Somit ist die Herstellung eines SGOI-Substrats hoher Qualität mit einer geringen Versetzungsdichte verknüpft mit der Verbesserung der Qualität von stark beanspruchten SOI-Wafern.
  • Die herkömmlichen Herstellungsverfahren von SGOI sind:
    • 1) ein Bindungsverfahren, und
    • 2) das SIMOX-Verfahren.
  • Das oben zuerst erwähnte Bindungsverfahren ist eines, bei dem stark beanspruchte Massen Si(-Schichten) (bulk strained Si layer), die gemäß dem Gradientenverfahren hergestellt werden, zusammengebunden werden, um als ein Wafer verwendet zu werden, und es weist die Probleme auf, daß es ein komplexes Herstellungsverfahren mit hohen Kosten ist, und daß die SiGe-Schicht eine hohe Versetzungsdichte aufweist.
  • Im Gegensatz dazu weist das oben als zweites erwähnte SIMOX-Verfahren ein verhältnismäßig einfaches Herstellungsverfahren auf, was reduzierte Kosten verwirklicht.
  • Das SIMOX-Verfahren wird unter Verwendung von 1A bis 1D erklärt.
  • Zunächst wird ein Siliciumsubstrat 11 hergestellt (1A), und eine Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 mit einem Zusammensetzungsverhältnis (x) von Germanium Ge wird durch epitaktisches Wachstum auf diesem Siliciumsubstrat 11 gebildet (1B).
  • Als nächstes wird diese Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex gemäß dem in 1C und D gezeigten SIMOX-Verfahren bearbeitet, und ein resultierendes SGOI-Substrat 10 wird mit einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey 15, gebildet auf einem eingebetteten Oxidfilm 14, hergestellt.
  • Insbesondere wird eine vorgegebene Dosismenge (eine Anzahl von Ionen pro Flächeneinheit) an Sauerstoffionen O+ durch eine Injektionsvorrichtung in das Siliciumsubstrat 11 injiziert, auf dem die Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 gezüchtet worden ist. Durch dieses Verfahren wird eine Ioneninjektionsschicht 13, mit der vorgegebenen Dosismenge an Sauerstoffionen O+, zwischen dem Siliciumsubstrat 11 und einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12' gebildet (1C).
  • Als nächstes wird ein Tempern bei hoher Temperatur an dem Substrat durchgeführt. Durch dieses Verfahren reagieren die injizierten Sauerstoffionen O+ mit dem Silicium Si unter Ausbildung von SiO2, und dann wechselt die Ioneninjektionsschicht 13 zu einem eingebetteten Oxidfilm 14, welcher unterhalb der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12' liegt. Durch das Tempern bei hoher Temperatur wird die Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12' vor dem Temperverfahren bei hoher Temperatur bezüglich ihrer Schichtdicke verdünnt, während ihr Zusammensetzungsverhältnis geändert wird, als daß das Germaniumzusammensetzungsverhältnis (x) vor der Injektion von Sauerstoffionen sich so ändert, daß eine unterschiedliche Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey 15 mit einem Germaniumzusammensetzungsverhältnis (y) gebildet wird. Dies passiert aufgrund der Diffusion des Germaniums Ge, welches in der Schicht 12' umfaßt ist, in der Masse; und aufgrund der Bildung des Oxidfilms auf der Oberfläche aufgrund einer Reaktion des Siliciums Si, welches in der Schicht 12' umfaßt ist, und Sauerstoff in der Umgebungsluft. Diese Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey 15 wird eine SGOI-Schicht (Silicium-Germanium auf Isolator) genannt (1D).
  • Das SGOI-Substrat 10 wird dann gemäß dem oben beschriebenen Verfahren vervollständigt.
  • Die Konzentration an Germanium Ge der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht) 15 auf dem auf diese Art und Weise hergestellten SGOI-Substrat 10 muß eine hohe Konzentration sein, die größer ist oder gleich ist als ein fixierter Gehalt, um die Leistungserfordernisse (Hochgeschwindigkeitsleistung) der Halbleitervorrichtung zu erfüllen. Ferner diffundiert das Germanium Ge in die Masse zum Zeitpunkt des Temperns bei hoher Temperatur, welches nach der Injektion der Sauerstoffionen ist (1D). Daher ist es eine grundlegende technische Annahme gewesen, daß die Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 im voraus durch epitaktisches Wachstum mit einer hohen Konzentration an abgeschiedenem Ge vor der Injektion der Sauerstoffionen gebildet wird. Die grundlegende technische Annahme war, daß das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 eine hohe Konzentrationsmenge sein sollte, wie 0,1 (10%) oder 0,2 (20%).
  • In Patentdokument 1 (japanische, nicht-geprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung mit der Nummer 2001-148473) wird eine Technologie offenbart, bei der eine Silicium-Germanium-Schicht auf einem eingebetteten Oxidfilm gebildet wird. Technologie wird ebenfalls in Patentdokument 1 offenbart, bei der eine schützende Schicht gebildet wird durch Wasserstoffterminierungsbearbeitung auf der Oberfläche der Silicium-Germanium-Schicht, um eine Oxidation und Kontamination der Oberfläche der Silicium-Germanium-Schicht zu vermeiden. Eine Beschreibung wird gegeben bezüglich einer Einstellung des Zusammensetzungsverhältnisses des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht auf 0, 10, 20 und 30% gemäß der Beziehung des Zusammensetzungsverhältnisses zu einer Minimalkonzentration an Fluorwasserstoffsäurelösung, die für das Wasserstoffterminierungsbearbeiten erforderlich ist. Ebenfalls wird eine Beschreibung gegeben in diesem Patentdokument 1 bezüglich der Einstellung des Zusammensetzungsverhältnisses des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht auf 20% vor dem Bilden des eingebetteten Oxidfilms. Patentdokument 1: japanische Patentoffenlegungsschrift mit der Nummer 2001-148473.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der Erfindung
  • Eine Versetzung kann in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht) 15 liegend auf dem eingebetteten Oxidfilm 14 nicht vermieden werden, wenn das SGOI-Substrat 10 gemäß dem SIMOX-Verfahren unter Verwendung bereits existierender Herstellungsverfahren hergestellt wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist eine, die das Problem durch Verwendung des SIMOX-Verfahrens löst, um ein Halbleitersubstrat hoher Qualität (SGOI-Substrat 10) herzustellen, das die Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht) 15 liegend auf dem eingebetteten Oxidfilm 14 absenkt.
  • Mittel zum Lösen der Aufgabe
  • Die erste Erfindung ist [ein Verfahren] zum Herstellen eines Halbleitersubstrats durch Bilden einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex ((x) ist ein Zusammensetzungsverhältnis des Germaniums Ge) auf einem Siliciumsubstrat, und dann, durch eine SIMOX-Verfahrensbearbeitung, Bilden einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey ((y) ist ein Zusammensetzungsverhältnis des Germaniums Ge) auf einem eingebetteten Oxidfilm, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat hergestellt wird durch Einstellen des Zusammensetzungsverhältnisses (x) des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung auf ein Zusammensetzungsverhältnis eines vorgegebenen Verhältnisses oder weniger, bei dem eine Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung ein vorgegebenes Niveau oder kleiner wird.
  • Die zweite Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß, in der ersten Erfindung, das Zusammensetzungsverhältnis (x) so eingestellt wird, daß die Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung 106 cm-2 oder kleiner wird.
  • Die dritte Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß, in der ersten Erfindung oder in der zweiten Erfindung, das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung 0,05 (5%) oder kleiner ist.
  • Die vierte Erfindung ist ein Halbleitersubstrat, hergestellt durch Bilden einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex ((x) ist ein Zusammensetzungsverhältnis des Germaniums Ge) auf einem Siliciumsubstrat, und dann, durch eine SIMOX-Verfahrensbearbeitung, Bilden einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey ((y) ist ein Zusammensetzungsverhältnis des Germaniums Ge) auf einem eingebetteten Oxidfilm,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat hergestellt ist durch Einstellen des Zusammensetzungsverhältnisses (x) des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung auf ein Zusammensetzungsverhältnis (x), bei dem eine Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung 106 cm-2 oder kleiner ist, wodurch die Versetzungsdichte in der Silici um Germanium-Schicht Si1-yGey des hergestellten Halbleitersubstrats 106 cm-2 oder kleiner ist.
  • In der vorliegenden Erfindung wird die Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey 15 nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung beeinflußt durch das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung (unter Bezugnahme auf 2). Die vorliegende Erfindung wurde erhalten aus der Beobachtung, daß, wenn das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge abgesenkt wird, die Versetzungsdichte reduziert wird (unter Bezugnahme auf 3). Wenn hier der in Patentdokument 1 beschriebene Stand der Technik mit der vorliegenden Erfindung verglichen wird, wird das Zusammensetzungsverhältnis des Germaniums Ge relativ zu der Minimalkonzentration der Fluorwasserstoffsäurelösung eingestellt, die für das Wasserstoffterminieren erforderlich ist, um eine Oxidation und Kontamination der Oberfläche der Silicium-Germanium-Schicht zu vermeiden. Patentdokument 1 schlägt in keiner Weise die Beobachtung der vorliegenden Erfindung der Einstellung des Zusammensetzungsverhältnisses des Germaniums Ge relativ zu der Größe der Verschiebungsdichte vor, um die Verschiebungsdichte abzusenken. Ebenfalls wird die herkömmliche technologische Annahme des Einstellens des Zusammensetzungsverhältnisses des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht auf 20% vor der Bildung des eingebetteten Oxidfilms in Patentdokument 1 beschrieben, jedoch schlägt diese Beschreibung in keiner Weise die Beobachtung der vorliegenden Erfindung vor, welche im Gegensatz steht zu den herkömmlichen technologischen Annahmen, als daß, das Zusammensetzungsverhältnis des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht vor der Bildung des eingebetteten Oxidfilms abgesenkt wird, um die Versetzungsdichte zu reduzieren.
  • Gemäß der ersten Erfindung wird das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung auf ein Zusammensetzungsverhältnis eines vorgegebenen Werts oder kleiner eingestellt, bei dem die Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey 15 nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung ein vorgegebenes Niveau oder kleiner wird, erzeugend ein SGOI-Substrat. Daher wird die Versetzungsdichte in der Silicium-Germaniun-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht) 15 ausreichend abgesenkt, und ein SGOI-Substrat 10 hoher Qualität wird erhalten.
  • Bevorzugt wird das Zusammensetzungsverhältnis (x) auf ein Zusammensetzungsverhältnis eingestellt, bei dem die Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht) 15 nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung 106 cm-2 oder weniger wird (unter Bezugnahme auf 3; zweite Erfindung).
  • Ebenfalls ist es bevorzugt, daß das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung auf 0,05 (5%) oder weniger eingestellt wird, somit wird es möglich für die Versetzungsdichte, ausreichend abgesenkt zu werden (auf eine Grenze für einen gemessenen Wert oder weniger) in dem Bereich des Dosierungsfensters, berücksichtigt als der Bereich, in dem die Versetzungsdichte in dem SOI-Substrat abgesenkt wird (unter Bezugnahme auf 2). Die Versetzung kann ausreichend zumindest im Dosisfensterbereich (dritte Erfindung) unterdrückt werden.
  • Die vierte Erfindung ist das gemäß dem Herstellungsverfahren in der ersten Erfindung hergestellte SGOI-Substrat. Die Eigenschaft dieses Substrats ist, daß die Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht) 15 106 cm-2 oder kleiner ist aufgrund dessen, daß es gemäß dem Herstellungsverfahren der ersten Erfindung hergestellt wird.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform eines SGOI-Substratherstellungsverfahrens in bezug auf die vorliegende Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Zunächst wird das Herstellungsverfahren der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt.
  • 1A, B, C und D zeigen das Herstellungsverfahren der Ausführungsform und sind konzeptuelle Querschnittszeichnungen eines Substrats.
  • Wie in 1A, B, C und D gezeigt, wird ein Siliciumsubstrat 11 hergestellt (1A), und eine Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 mit einem Zusammensetzungsverhältnis (x) von Germanium Ge wird auf dem Siliciumsubstrat 11 durch epitaktisches Wachstum gebildet (1B).
  • Nachdem die Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 gemäß dem SIMOX-Verfahren, das in 1C und D gezeigt ist, bearbeitet worden ist, wird als nächstes ein SGOI-Substrat 10 durch Bilden einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey 15 auf einem eingebetteten Oxidfilm 14 hergestellt.
  • Insbesondere wird eine vorgegebene Dosismenge (eine Anzahl an Ionen pro Flächeneinheit) an Sauerstoffionen O+ durch eine Injektionsvorrichtung in das Siliciumsubstrat 11 injiziert, auf dem die Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 gezüchtet worden ist. Durch dieses Verfahren wird eine Ioneninjektionsschicht 13, mit der vorgegebenen Dosismenge an Sauerstoffionen O+, zwischen dem Siliciumsubstrat 11 und einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12' gebildet. Ebenfalls in Verbindung mit der Bildung der Ioneninjektions-schicht 13 ändert die Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 sich in die Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12' (1C).
  • Als nächstes wird ein Tempern bei hoher Temperatur auf dem Substrat durchgeführt. Durch dieses Verfahren reagieren die injizierten Sauerstoffionen O+ mit dem Silizium Si unter Bildung von SiO2, und die Ioneninjektionsschicht 13 ändert sich zum eingebetteten Oxidfilm 14 unterhalb der Silizium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12'. Durch das Tempern bei hoher Temperatur wird die Silizium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12' vor dem Temperverfahren bei hoher Temperatur bezüglich ihrer Schichtdicke verdünnt, während ihr Zusammensetzungsverhältnis sich ändert, als daß das Germaniumzusammensetzungsverhältnis (x) vor der Injektion von Sauerstoffionen sich so ändert, daß eine unterschiedliche Silizium-Germanium-Schicht Si1-yGey 15 mit einem Germaniumzusammensetzungsverhältnis (y) gebildet wird. Dies geschieht aufgrund der Diffusion des Germaniums Ge, welches in der Schicht 12' umfaßt ist, in der Masse, und aufgrund der Bildung des Oxidfilms auf der Oberfläche aufgrund einer Reaktion des Siliziums Si, welches in der Schicht 12' umfaßt ist, und Sauerstoff in der Umgebungsluft. Diese Silizium-Germanium-Schicht Si1-yGey 15 wird eine SGOI-Schicht (Silizium-Germanium auf Isolator) genannt (1D).
  • Das SGOI-Substrat 10 wird daher gemäß dem oben beschriebenen Verfahren vervollständigt.
  • Als nächstes wird ein Graph erklärt, der eine Beobachtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist Graph, der den Einfluß des Zusammensetzungsverhältnisses (x) des Germaniums Ge in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung bezüglich der Versetzungsdichte in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-yGey 15 nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung zeigt.
  • Die horizontale Achse von 2 ist die Dosismenge (1017/cm2) der Sauerstoffionen O+, die beim Sauerstoffioneninjektionsverfahren nach 1C Ionen injiziert werden, und die vertikale Achse ist die Versetzungsdichte (cm-2) in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht) 15 nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung.
  • Charakteristische Linien 20 und 21, die als durchgehende Linien in 2 gezeigt sind, zeigen die Beziehung zwischen der Dosismenge der Sauerstoffionen O+ und der Versetzungsdichte in der Silicium-Schicht Si auf dem eingebetteten Oxidfilm zum Zeitpunkt der Herstellung des SOI-Substrats.
  • Die charakteristische Linie 20 zeigt, daß zum Zeitpunkt, an dem die Siliziumschicht Si auf dem eingebetteten Oxidfilm gebildet wird (die Zeit, bei der das SOI-Substrat hergestellt wird), der Peakwert der Versetzungsdichte in einem Bereich existiert, in welchem die Dosismenge der Sauerstoffionen O+ klein ist. Wenn die Dosismenge der Sauerstoffionen O+ zunimmt, wird die Versetzungsdichte 102 (cm-2) oder weniger bei einem Wert 20a oder mehr der Dosismenge der Sauerstoffionen O+. Wenn die Dosismenge der Sauerstoffionen O+ weiter erhöht wird, wie es durch die charakteristische Linie 21 gezeigt wird, erklimmt die Versetzungsdichte 102 (cm-2) oder mehr bei einem Wert 21a der Dosismenge der Sauerstoffionen O+, und die Versetzungsdichte fährt fort, in Verbindung mit einer Zunahme der Dosismenge der Sauerstoffionen O+ zu steigen.
  • Auf diese Weise ist bekannt geworden, daß in Fällen eines SOI-Substrats ein Bereich (102 (cm-2) oder weniger), in welchem die Versetzungsdichte auf einem ausreichend geringen Niveau ist, insbesondere ein Bereich, der „Dosisfenster" genannt wird, in einem spezifischen Bereich der Dosismenge der Sauerstoffionen O+ (von 20a bis 21a) vorliegt.
  • An dieser Stelle wurde ein Experiment durchgeführt, um zu bestimmen, ob ein ähnlicher Dosisfensterbereich ebenfalls in einem SGOI-Substrat existiert. Das Ergebnis war, daß eine Ent deckung gemacht wurde, bei der ein Dosisfenster gebildet wurde, wenn das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung abgesenkt wurde.
  • Eine charakteristische Linie 22, die durch eine gestrichelte Linie in 2 gezeigt ist, und eine charakteristische Linie 23, die durch eine Punkt-Strich-Linie in 2 gezeigt ist, zeigen die Beziehung zwischen der Dosismenge der Sauerstoffionen O+ und der Versetzungsdichte in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGIO-Schicht) 15 liegend auf dem eingebetteten Oxidfilm 14 zum Zeitpunkt der Herstellung des SGOI-Substrats. Die charakteristische Linie 22 zeigt einen Fall, bei dem das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge auf 10% eingestellt ist, und die charakteristische Line 23 zeigt einen Fall, bei dem das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge auf 5% eingestellt ist.
  • Zum Zeitpunkt, an dem die Silizium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGIO-Schicht) 15 auf dem eingebetteten Oxidfilm 14 (zum Zeitpunkt, wo das SGOI-Substrat 10 hergestellt wird) gebildet wird, wie es durch die charakteristische Linie 22 gezeigt wird, wird die Versetzungsdichte ein hohes Niveau von 108 (cm-2) in dem spezifizierten Bereich der Dosismenge der Sauerstoffionen O+ (von 20a bis 21a), wenn das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge auf 10% eingestellt wird. Wie es durch die charakteristische Linie 23 gezeigt wird, fällt jedoch die Versetzungsdichte auf ein geringes Niveau von 106 (cm-2) in dem spezifizierten Bereich der Dosismenge der Sauerstoffionen O+ (von 20a bis 21a), wenn das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge auf 5% eingestellt wird.
  • Auf diese Art und Weise ist es möglich, die Versetzungsdichte in dem Bereich des Dosisfenster (von 20a bis 21a) ausreichend abzusenken, berücksichtigt als der Bereich, bei dem die Versetzungsdichte in dem SOI-Substrat abgesenkt wird, durch Einstellen des Zusammensetzungsverhältnisses (x) des Germaniums Ge in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 auf 0,05 (5%) oder weniger vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung, und die Versetzung kann ausreichend auf wenigstens diesen Dosisfensterbereich (von 20a bis 21a) gedrückt werden.
  • 3 zeigt ebenfalls, daß die Versetzungsdichte reduziert wird, wenn das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge abgesenkt wird.
  • Die horizontale Achse von 3 ist die Konzentration (Zusammensetzungsverhältnis) (x) (%) des Germaniums Ge in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung, und die vertikale Achse ist die Versetzungsdichte (cm-2) in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGIO-Schicht) 15 nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung. Eine charakteristische Linie 30, die durch die gestrichelte Linie gezeigt wird, zeigt die Korrelation zwischen der Germaniumkonzentration (Zusammensetzungsverhältnis) (x), wenn die Dosismenge der Sauerstoffionen O+ 4 × 1017 cm2 ist, und der Versetzungsdichte. Es ist wünschenswert, die Versetzungsdichte in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht) 15 auf 106 cm-2 oder weniger einzustellen, um zu gewährleisten, daß das fertige Produkt keine Qualitätsdefekte aufweist. Daher ist es bevorzugt, das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 gemäß der in 3 gezeigten charakteristischen Linie 30 vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung einzustellen, so daß die Versetzungsdichte 106 cm-2 oder weniger wird.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf der Basis der oben beschriebenen Beobachtungen wird das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge der Silizium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung auf ein Zusammensetzungsverhältnis eines vorgegebenen Wertes oder weniger eingestellt, bei dem die Versetzungsdichte in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-yGey 15 nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung ein vorgegebenes Niveau oder weniger wird, erzeugend ein SGOI-Substrat 10. Daher wird die Versetzungsdichte in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht) 15 ausreichend abgesenkt, und ein SGOI-Substrat 10 hoher Qualität wird erhalten.
  • Bevorzugt wird das Zusammensetzungsverhältnis (x) auf ein Zusammensetzungsverhältnis eingestellt, bei dem die Versetzungsdichte in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht) 15 nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung 106 cm-2 oder weniger wird.
  • Es ist ebenfalls bevorzugt, daß das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge in der Silizium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12 vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung auf 0,05 (5%) oder weniger eingestellt wird. Daher wird es für die Versetzungsdichte in dem SOI-Substrat möglich, ausreichend abgesenkt zu sein (auf eine Grenze für einen gemessenen Wert oder weniger) im Bereich des Dosisfenster, betrachtet als der Bereich, in welchem die Versetzungsdichte in dem SOI-Substrat abgesenkt ist.
  • (Ausführungsform)
  • Als nächstes wird ein Beispiel der Verfahrensbedingungen gegeben.
  • In einem Experiment wurde die Konzentration (Zusammensetzungsverhältnis) (x) (%) des Germaniums Ge der Silizium-Germanium-Schicht Si1-xGex 12, die in 1B gezeigt ist, auf 0, 5 und 10% eingestellt. Das SGOI-Substrat 10 wurde unter Verwendung jedes Prozentanteils mit unten beschriebenen Verfahrensbedingungen hergestellt. Die Filmdicke der Epitaxialwachstumsschicht 12 wurde auf 400 nm eingestellt.
  • Die Beschleunigungsspannung wurde auf 180 keV eingestellt, und die Substrattemperatur wurde auf 550°C eingestellt, in dem Sauerstoffioneninjektionsverfahren, das in 1D gezeigt ist. Die Dosismenge der injizierten Sauerstoffionen O+ war 4 × 1017/cm2.
  • Das Temperaturtempern, das in 1D gezeigt ist, wurde bei 1350°C für 4 Stunden durchgeführt.
  • Als ein Ergebnis wurde ein SGOI-Substrat 10 erhalten, das aus einer Silizium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht) 15 mit einer Dicke von 320 nm gebildet ist, liegend auf einem eingebetteten Oxidfilm 14 mit einer Dicke von 85 nm.
  • Die Konzentrationen an Germanium Ge (Zusammensetzungsverhältnisse) (y) (%) nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung waren 0, 2,7 bzw. 5,4%, entsprechend den Konzentrationen an Germanium Ge (Zusammensetzungsverhältnisse) (x) (%) vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung von 0, 5 und 10%. Die Defektdichten waren entsprechend 103 cm-2 oder weniger, 106 cm-2 oder weniger und 108 cm-2 oder weniger.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A, B, C und D sind Zeichnungen, die das Herstellungsverfahren des SGOI-Substrats gemäß dem SIMOX-Verfahren zeigen.
  • 2 ist ein Graph, der die Beziehung der Versetzungsdichte zur Sauerstoffionendosis und der Germaniumkonzentration Ge (Zusammensetzungsverhältnis) zeigt.
  • 3 ist ein Graph, der die Beziehung der Versetzungsdichte zur Germaniumkonzentration Ge (Zusammensetzungsverhältnis) zeigt.
  • Zusammenfassung
  • Ein Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat zum Erzeugen eines SGOI-Substrats 10 mit hoher Qualität, bei dem die Versetzungsdichte in einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht), gebildet auf einem eingebetteten Oxidfilm, reduziert wird und das Auftreten von Defekten unterdrückt wird, durch Einsetzen des SIMOX-Verfahrens, oder ein Halbleitersubstrat. Das SGOI-Substrat wird hergestellt durch Einstellen des Zusammensetzungsverhältnisses (x) des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung auf ein Zusammensetzungsverhältnis eines vorgegebenen Verhältnisses oder weniger, bei dem die Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung ein vorgegebenes Niveau oder kleiner wird. Bevorzugt wird das Zusammensetzungsverhältnis (x) auf ein Zusammensetzungsverhältnis eingestellt, bei dem die Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey (SGOI-Schicht) nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung 106 cm-2 oder kleiner wird. Ebenfalls bevorzugt wird das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung auf 0,05 (5%) oder weniger eingestellt.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats durch Bilden einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex ((x) ist ein Zusammensetzungsverhältnis des Germaniums Ge) auf einem Siliciumsubstrat und dann, durch eine SIMOX-Verfahrensbearbeitung, Bilden einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey ((y) ist ein Zusammensetzungsverhältnis des Germaniums Ge) auf einem eingebetteten Oxidfilm, dadurch gekennzeichnet, daß ein SGOI-Substrat hergestellt wird durch Einstellen des Zusammensetzungsverhältnisses (x) des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung auf ein Zusammensetzungsverhältnis eines vorgegebenen Verhältnisses oder weniger, bei dem eine Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung ein vorgegebenes Niveau oder kleiner wird.
  2. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammensetzungsverhältnis (x) so eingestellt wird, daß die Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung 106 cm-2 oder kleiner wird.
  3. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammensetzungsverhältnis (x) des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung 0,05 (5%) oder kleiner ist.
  4. Halbleitersubstrat, hergestellt durch Bilden einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex ((x) ist ein Zusammensetzungsverhältnis des Germaniums Ge) auf einem Siliciumsubstrat, und dann, durch eine SIMOX-Verfahrensbearbeitung, Bilden einer Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey ((y) ist ein Zusammensetzungsverhältnis des Germaniums Ge) auf einem eingebetteten Oxidfilm, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat hergestellt ist durch Einstellen des Zusammensetzungsverhältnisses (x) des Germaniums Ge in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-xGex vor der SIMOX-Verfahrensbearbeitung auf ein Zusammensetzungsverhältnis (x), bei dem eine Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey nach der SIMOX-Verfahrensbearbeitung 106 cm-2 oder kleiner ist, wodurch die Versetzungsdichte in der Silicium-Germanium-Schicht Si1-yGey des hergestellten Halbleitersubstrats 106 cm-2 oder kleiner ist.
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