JP2001217430A - Method of manufacturing semiconductor substrate and semiconductor substrate manufactured thereby - Google Patents
Method of manufacturing semiconductor substrate and semiconductor substrate manufactured therebyInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、半導
体装置の製造方法、半導体基板、とりわけ歪みSi層を
活性領域とする半導体装置、半導体装置の製造方法、半
導体基板に関する。The present invention relates to a semiconductor device, a method of manufacturing a semiconductor device, a semiconductor substrate, and more particularly to a semiconductor device having a strained Si layer as an active region, a method of manufacturing a semiconductor device, and a semiconductor substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】Si半導体素子、とりわけMOSFET
トランジスタの性能は、大規模集積回路(LSI)の進
歩と共に年々向上している。しかしながら、近年リソグ
ラフィ技術の微細化への限界、Siの理論的移動度への
キャリア移動度への接近などが指摘され、MOSFET
のさらなる高性能化への困難さが増している。2. Description of the Related Art Si semiconductor devices, especially MOSFETs
The performance of transistors is improving year by year with the progress of large-scale integrated circuits (LSIs). However, in recent years, limitations on miniaturization of lithography technology, approach of carrier mobility to theoretical mobility of Si, etc. have been pointed out, and MOSFETs have been pointed out.
The difficulty of further improving the performance of the system is increasing.
【0003】また、一般に半導体素子の高性能化への施
策として、例えばSiよりも理論的移動度の速いGaA
s半導体結晶やSiC半導体結晶などのSiとは異なる
結晶を用いてより高性能化を実現する方法が検討されて
いる。In general, as a measure for improving the performance of a semiconductor device, for example, GaAs having a theoretical mobility higher than that of Si is used.
A method of achieving higher performance by using a crystal different from Si, such as an s semiconductor crystal or a SiC semiconductor crystal, is being studied.
【0004】しかしながらGaAs半導体結晶やSiC
結晶では、現在多く用いられているSiデバイスの製造
プロセスとの混在が困難であるため、素子開発に多大な
時間と労力が必要であり、実際に大量生産を行う場合に
は製造ラインの完全な見直しや置き換えが要求される。However, GaAs semiconductor crystals and SiC
Since it is difficult to mix a crystal with a Si device manufacturing process that is currently widely used in crystal, a great deal of time and effort is required for element development. Review and replacement are required.
【0005】そこで、現在多く用いられているSiデバ
イス製造プロセス技術や製造装置のノウハウを生かしつ
つ、より短い開発期間、より低い投資効率で実現可能な
高性能Si系半導体素子の開発が切望されている。Therefore, there is a keen need for the development of a high-performance Si-based semiconductor device that can be realized with a shorter development period and lower investment efficiency while utilizing the know-how of the Si device manufacturing process technology and the manufacturing apparatus that are widely used at present. I have.
【0006】このために、Siの電子移動度を向上させ
Si−MOSFETを高性能化する研究が行われてい
る。Siの移動度を向上させる方法のひとつとしてSi
層に歪みを印加する技術が注目されている。一般に半導
体層に歪みを印加すると、そのバンド構造が変化し、チ
ャネル中のキャリアの散乱が抑制されるため電子移動度
の向上が期待できる。[0006] For this purpose, research has been conducted to improve the electron mobility of Si and to improve the performance of Si-MOSFET. One of the methods for improving the mobility of Si is Si
A technique for applying a strain to a layer has attracted attention. In general, when strain is applied to a semiconductor layer, its band structure changes, and scattering of carriers in a channel is suppressed, so that an improvement in electron mobility can be expected.
【0007】具体的には、Si基板上にSiよりも格子
定数の大きな材料からなる混晶層、例えばGeを20%
含むSiGe混晶層(以下、単にSiGe層という)を
格子緩和するように厚く(数μm)形成し、この格子緩
和SiGe層上に薄いSi層(数nm)を形成すると、
SiGeとSiの格子定数の差によって歪みのかかった
歪Si層が形成される。Specifically, a mixed crystal layer made of a material having a larger lattice constant than Si, for example, Ge
When a SiGe mixed crystal layer (hereinafter simply referred to as a SiGe layer) is formed thick (several μm) so as to relax the lattice, and a thin Si layer (several nm) is formed on the relaxed SiGe layer,
A strained strained Si layer is formed due to the difference in lattice constant between SiGe and Si.
【0008】このような歪Si層をMOSFETのチャ
ネルに用いると、歪みのないSi層をチャネルに用いた
場合の約1.76倍と大幅な電子移動度の向上を達成で
きることが報告されている(J.Welser, J.
L.Hoyl,S.Tagkagi, and J.
F.Gibbons,IEDM 94−373)。It has been reported that when such a strained Si layer is used for a channel of a MOSFET, a significant improvement in electron mobility can be achieved, which is about 1.76 times that when a strainless Si layer is used for a channel. (J. Welser, J. et al.
L. Hoyl, S .; Tagkagi, and J.M.
F. Gibbons, IEDM 94-373).
【0009】また、Siの電子移動度を向上させる別の
方法として、MOSFETのチャネル長をより短くする
短チャネル化の方法がある。しかしながら短チャネル化
をすすめると浮遊容量の影響が大きくなるため、期待通
りに電子移動度を向上することが困難になる。As another method for improving the electron mobility of Si, there is a method of shortening the channel length of the MOSFET by shortening the channel length. However, if the channel length is reduced, the effect of the stray capacitance increases, and it becomes difficult to improve the electron mobility as expected.
【0010】これを解決するため、Si基板上に絶縁膜
を介してSi層を形成したSOI(silicon o
n insulator)層中にチャネル層を設ける構
造が注目されている。この構造では絶縁膜により完全に
アイソレーションされるので、浮遊容量の低減や素子分
離が容易となり、さらなる低消費電力化、高集積化が実
現すると期待されている。In order to solve this problem, an SOI (silicon oxide) in which a Si layer is formed on a Si substrate via an insulating film.
Attention has been paid to a structure in which a channel layer is provided in a (n insulator) layer. In this structure, since the isolation is completely achieved by the insulating film, it is expected that the stray capacitance can be reduced and the element can be easily separated, and further lower power consumption and higher integration can be realized.
【0011】そこで電子移動度の向上を期待できる歪S
i層を、浮遊容量の低減や素子分離が容易となるSOI
構造に適用した半導体素子構造に適用する試みがされて
きた。図1を参照しこの構造について説明する。Therefore, the strain S, which can be expected to improve the electron mobility,
SOI that reduces the stray capacitance and facilitates element isolation
Attempts have been made to apply the structure to a semiconductor device structure. This structure will be described with reference to FIG.
【0012】先ず、図1Aに示すように、予めSi基板
1上にSiO2絶縁膜2と10nm〜30nmのSOI
層3が形成されたSOI基板を準備し、このSOI基板
上にSiより格子定数の大きいGe濃度20%のSiG
e層4をSOI層3よりも十分厚く形成する。First, as shown in FIG. 1A, an SiO 2 insulating film 2 and a 10 nm to 30 nm SOI
An SOI substrate on which the layer 3 is formed is prepared, and on this SOI substrate, SiG having a lattice constant larger than that of Si and having a Ge concentration of 20% is provided.
The e layer 4 is formed sufficiently thicker than the SOI layer 3.
【0013】次に、図1Bに示すように、窒素雰囲気中
で1100℃のアニールを1時間施すことによってSi
Ge層4からSOI層3に印加された引っ張り歪み(S
TRAIN)によって、SOI層3が塑性変形し格子緩
和する。同時にSiGe層4も格子緩和する。この塑性
変形によってSOI層3中には貫通転位やミスフィット
転位などの転位33が発生する。Next, as shown in FIG. 1B, annealing at 1100 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere
The tensile strain (S) applied from the Ge layer 4 to the SOI layer 3
TRAIN), the SOI layer 3 is plastically deformed and lattice-relaxed. At the same time, the lattice relaxation of the SiGe layer 4 also occurs. Due to this plastic deformation, dislocations 33 such as threading dislocations and misfit dislocations are generated in the SOI layer 3.
【0014】次に、格子緩和SiGe層4上に薄膜のS
iを形成することによって、引っ張り歪みを有する歪S
i層5を形成できる。Next, on the lattice-relaxed SiGe layer 4, a thin S
By forming i, the strain S having tensile strain
An i layer 5 can be formed.
【0015】従来SOI層3中に発生する転位33の大
部分は、格子緩和したSOI層3中に生じ、かつこの層
中に閉じこめられるため、格子緩和SiGe層4中には
伝搬しないと考えられてきた。Most of the dislocations 33 generated in the conventional SOI layer 3 are considered to be generated in the lattice-relaxed SOI layer 3 and confined in this layer, so that they do not propagate into the lattice-relaxed SiGe layer 4. Have been.
【0016】しかしながら、格子緩和のために窒素雰囲
気中で1時間1100℃の条件でアニールを施すと1個
/10μm2程度の密度で、SiGe層4の表面にも伝
播し、この欠陥が歪Si層5の結晶性を劣化させること
が分かった。この後の歪Si層5にMOSFET等の半
導体素子を形成するのであるが、歪Si層5の結晶性の
劣化は半導体素子の特性を大きく劣化させる可能性があ
る。このことは半導体素子が微細化されるほど顕著にな
ると予想される。However, when annealing is performed at 1100 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to relax the lattice, the lattice is propagated to the surface of the SiGe layer 4 at a density of about 1/10 μm 2 , and this defect is distorted in the strained Si. It was found that the crystallinity of the layer 5 was deteriorated. After that, a semiconductor element such as a MOSFET is formed on the strained Si layer 5. However, deterioration of the crystallinity of the strained Si layer 5 may greatly deteriorate the characteristics of the semiconductor element. This is expected to become more remarkable as the size of the semiconductor element is reduced.
【0017】また、SiGe層4を格子緩和させるとき
に生じた欠陥は、この後のゲート、電極などの形成プロ
セスやイオンドーピング後の結晶性回復アニールなどの
高温処理過程でも増幅する場合があり、さらに歪Si層
5の結晶性を劣化させる可能性がある。Defects generated when the SiGe layer 4 is lattice-relaxed may be amplified even in a subsequent process of forming gates and electrodes, and in a high-temperature treatment process such as crystallinity recovery annealing after ion doping. Further, the crystallinity of the strained Si layer 5 may be degraded.
【0018】SOI層3に発生し格子緩和させるための
転位33をSiGe表面に伝播させないためにはSiG
e層4を数μm以上形成しなければならない。In order to prevent the dislocations 33 generated in the SOI layer 3 for lattice relaxation from propagating to the SiGe surface, the SiG
The e-layer 4 has to be formed several micrometers or more.
【0019】しかしながら浮遊容量の影響を抑えるとい
ったSOI基板構造の効果を十分に発揮するためにはS
iO2絶縁層2からチャネル層である歪Si層5までの
厚みを極力抑えることが必要である。したがって数μm
のSiGe層4を形成しなければならないこの方法では
SOI基板構造の効果を十分発揮できない。However, in order to sufficiently exert the effect of the SOI substrate structure such as suppressing the influence of the stray capacitance, S
It is necessary to minimize the thickness from the iO 2 insulating layer 2 to the strained Si layer 5 as the channel layer. Therefore several μm
In this method, in which the SiGe layer 4 must be formed, the effect of the SOI substrate structure cannot be sufficiently exhibited.
【0020】[0020]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の方法では、SOI基板上に形成されるチャネル層とな
る歪Si層を備えた半導体デバイスは、欠陥を抑えるた
めにはSOI基板絶縁膜上の膜厚が厚くなり、SOI基
板絶縁膜上の膜厚を薄く形成すれば欠陥が増幅するとい
う問題を有している。As described above, according to the conventional method, a semiconductor device having a strained Si layer serving as a channel layer formed on an SOI substrate requires an SOI substrate insulating film to suppress defects. There is a problem in that if the film thickness on the SOI substrate insulating film becomes thinner if the film thickness on the SOI substrate insulating film becomes thinner, the defects are amplified.
【0021】そこで本発明は、SOI基板絶縁層上の膜
厚の薄膜化およびチャネル層となる歪層の欠陥の低減を
両立でき、十分な歪みをチャネル層に印加し、より高性
能な半導体素子を低コストに形成できる半導体装置、半
導体基板の製造方法、半導体基板を提供することを目的
とする。Accordingly, the present invention provides both a thinner film on the insulating layer of the SOI substrate and a reduction in the defects of the strained layer serving as the channel layer, and by applying a sufficient strain to the channel layer to obtain a higher performance semiconductor device. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device, a method of manufacturing a semiconductor substrate, and a semiconductor substrate which can be formed at low cost.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基板と、前記基板上に形成された絶縁膜
と、前記絶縁膜上に実質的に接して形成され格子緩和し
たアンドープの第1の半導体層と、前記第1の半導体層
上に形成されその格子定数が前記第1の半導体層の格子
定数よりも小さくかつ引っ張り格子歪みを有する第2の
半導体層と、前記第2の半導体層上に選択的に形成され
たゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲ
ート電極と、前記ゲート絶縁膜直下の前記第2の半導体
層の表面に形成されたチャネル領域と、少なくとも前記
第2の半導体領域に、前記チャネル領域を介して互いに
離れて設けられたソース・ドレイン領域とを具備するこ
とを特徴とする半導体装置である。SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above object, the present invention provides a substrate, an insulating film formed on the substrate, and a lattice relaxation formed substantially in contact with the insulating film. An undoped first semiconductor layer, a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and having a lattice constant smaller than that of the first semiconductor layer and having a tensile lattice strain, A gate insulating film selectively formed on the second semiconductor layer; a gate electrode formed on the gate insulating film; and a channel region formed on the surface of the second semiconductor layer immediately below the gate insulating film. And a source / drain region provided at least in the second semiconductor region and separated from each other via the channel region.
【0023】また、本発明は、基板表面に絶縁膜を形成
する工程と、第1の半導体層が第2の半導体層上に形成
された積層層を有する積層基板を形成する工程と、前記
基板と前記積層基板とを前記絶縁膜及び前記第1の半導
体層を合わせるように張り合わせる工程と、前記第1の
半導体層と前記第2の半導体層の少なくとも一部とが残
るように前記積層基板を除去し、格子緩和された前記第
1の半導体層と、引っ張り格子歪みを印加させた前記第
2の半導体層との積層構造を形成する工程と、前記積層
構造にトランジスタを形成することを特徴とする半導体
装置の製造方法である。Further, the present invention provides a process for forming an insulating film on a substrate surface, a process for forming a laminated substrate having a laminated layer in which a first semiconductor layer is formed on a second semiconductor layer, And bonding the laminated substrate to the insulating film and the first semiconductor layer, and the laminated substrate so that at least a part of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer remain. Forming a stacked structure of the lattice-relaxed first semiconductor layer and the second semiconductor layer to which a tensile lattice strain has been applied, and forming a transistor in the stacked structure. Of the semiconductor device.
【0024】また、本発明は、基板の表面に絶縁膜を形
成する工程と、半導体基板の表面に第1の半導体層を形
成する工程と、前記絶縁膜及び前記第1の半導体層を合
わせるように前記基板と前記半導体基板を張り合わせる
工程と、前記第1の半導体層が少なくとも残るように前
記半導体基板を除去し前記第1の半導体層を格子緩和さ
せる工程と、前記第1の半導体層上に第2の半導体層を
積層し前記第2の半導体層に引っ張り格子歪みを印加さ
せた積層構造を形成する工程と、前記積層構造にトラン
ジスタを形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法である。The present invention also relates to a method for forming an insulating film on a surface of a substrate, forming a first semiconductor layer on a surface of a semiconductor substrate, and combining the insulating film and the first semiconductor layer. Laminating the substrate and the semiconductor substrate, removing the semiconductor substrate so that at least the first semiconductor layer remains, and relaxing the lattice of the first semiconductor layer; Forming a stacked structure by laminating a second semiconductor layer on the second semiconductor layer and applying a tensile lattice strain to the second semiconductor layer; and forming a transistor in the stacked structure. is there.
【0025】また、本発明は、基板と、前記基板上に形
成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された格子緩和
したアンドープの第1の半導体層と、前記第1の半導体
層上に形成された引っ張り格子歪みを有する第2の半導
体層とを具備する半導体基板である。The present invention also provides a substrate, an insulating film formed on the substrate, an undoped first semiconductor layer with a lattice relaxed formed on the insulating film, and an insulating film on the first semiconductor layer. And a second semiconductor layer having tensile lattice distortion formed on the substrate.
【0026】本発明において前記第2の半導体層の格子
定数は第1の半導体層の格子定数よりも小さいものを使
用する。第1の半導体層として代表的な材料は、SiG
eであり、第2の半導体層として代表的な材料はSiで
ある。In the present invention, the lattice constant of the second semiconductor layer is smaller than that of the first semiconductor layer. A typical material for the first semiconductor layer is SiG
e, and a typical material for the second semiconductor layer is Si.
【0027】ところで、SiとGeの共有結合半径は、
それぞれ1.17および1.22である。By the way, the radius of the covalent bond between Si and Ge is:
1.17 and 1.22, respectively.
【0028】通常のエピタキシャル成長技術でSi基板
上でSiGe層とSi層をこの順で積層すると、図2A
に示すようにSiGe層4′の格子は下のSi層3の格
子に整合して縦長に変形し、SiGe層4′に図の縦方
向の引っ張り歪が生じる。このようなSiGe層4′上
に形成されたSi層5′は十分な引っ張り歪が加わらな
い。By stacking a SiGe layer and a Si layer in this order on a Si substrate by a normal epitaxial growth technique, FIG.
As shown in the figure, the lattice of the SiGe layer 4 'is deformed vertically in conformity with the lattice of the underlying Si layer 3, and a tensile strain in the vertical direction is generated in the SiGe layer 4'. The Si layer 5 'formed on the SiGe layer 4' does not receive sufficient tensile strain.
【0029】また例えば特開平11−121377号公
報にはB(ホウ素)の共有結合半径が0.88であるこ
とを利用してSiGe層にドーパント濃度の1020〜1
021原子/cm3のBを添加させたものである。この技
術はSOI基板作成時の水素剥離法においてカット後の
CMPを不要にするものである。図2Bはこの技術にお
ける格子整合を模式的に示したものであり、Si層にB
添加SiGe層4´´が積層されており、さらにSi層
5´を積層する。B添加SiGe層4´´はエッチング
ストッパとして使用されるもので後で除去される。上記
の文献ではSi層5´をデバイス層とすることができる
としているがこのSi層は工程中においてSiGe
(B)層4´´から熱拡散されるBを含有し残留圧縮歪
を有することになる。このデバイス層としてのSi層5
´には歪は加わらない。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-121377 discloses that the covalent radius of B (boron) is 0.88, and that the dopant concentration in the SiGe layer is 10 20 -1.
This is the result of adding B at 0 21 atoms / cm 3 . This technique eliminates the need for CMP after cutting in the hydrogen stripping method when producing an SOI substrate. FIG. 2B schematically shows the lattice matching in this technique, in which B
An additional SiGe layer 4 ″ is laminated, and a Si layer 5 ′ is further laminated. The B-doped SiGe layer 4 ″ is used as an etching stopper and will be removed later. The above-mentioned document states that the Si layer 5 'can be used as a device layer, but this Si layer is
(B) It contains B thermally diffused from the layer 4 ″ and has residual compressive strain. Si layer 5 as this device layer
No distortion is applied to '.
【0030】また、デバイス層として歪Si層を形成す
るためには前述の図1A及び図1BのようにしてSi/
SiGe/Siの3層構造を形成する方法によっても達
成できるが、Si層5に転位33が伝播するという問題
があった。本発明の半導体装置及び半導体基板では図2
Cに示すように格子緩和されたSiGe層4をシリコン
酸化膜上2上に実質的に接して形成し、その上にSi層
5を張り合わせ法などにより形成する。このときSi層
5には格子緩和SiGe層4により、図の横方向に十分
な引っ張り歪が生じる。また、図2Aに示すような転位
33が生じたSOI層3も持たないため、歪Si層5の
結晶性を劣化させるという問題点も生じない。Further, in order to form a strained Si layer as a device layer, as shown in FIGS.
Although it can be achieved by a method of forming a three-layer structure of SiGe / Si, there is a problem that dislocations 33 propagate to the Si layer 5. FIG. 2 shows the semiconductor device and the semiconductor substrate of the present invention.
C, a lattice-relaxed SiGe layer 4 is formed substantially in contact with the silicon oxide film 2 and a Si layer 5 is formed thereon by a bonding method or the like. At this time, a sufficient tensile strain is generated in the Si layer 5 in the lateral direction of the figure by the lattice-relaxed SiGe layer 4. Further, since the SOI layer 3 having the dislocations 33 as shown in FIG. 2A is not provided, the problem of deteriorating the crystallinity of the strained Si layer 5 does not occur.
【0031】また、本発明の製造方法は、SiGe層を
格子緩和させるために従来技術のような高温アニール工
程を用いる必要がない。このため高温アニールより貫通
転位などがSOI層に導入されこれらがチャネルを形成
する歪Siデバイス層に到達して阻止特性を劣化させる
ことがない。したがって本発明ではSiGe層の厚さを
従来技術より薄くすることができ、絶縁層上のSiGe
層、Si層の合計厚さを従来の約2/3程度にまで薄膜
化することが可能になる。従ってSOI構造の効果を失
わずに、欠陥のない高品質で十分な歪みを半導体デバイ
ス層に印加できる。Further, in the manufacturing method of the present invention, it is not necessary to use a high-temperature annealing step as in the prior art to relax the lattice of the SiGe layer. For this reason, threading dislocations and the like are not introduced into the SOI layer by high-temperature annealing, and do not reach the strained Si device layer forming the channel, thereby deteriorating the blocking characteristics. Therefore, in the present invention, the thickness of the SiGe layer can be made smaller than that of the prior art, and the SiGe layer on the insulating layer can be made thinner.
Layer and the total thickness of the Si layer can be reduced to about 2/3 of the conventional thickness. Therefore, high quality and sufficient strain without defects can be applied to the semiconductor device layer without losing the effect of the SOI structure.
【0032】本発明において、第1の半導体層の厚さは
80nm以下、第2の半導体層の膜厚は10nm以上5
0nm以下、第1の半導体層及び第2の半導体層の合計
の総厚さが100nm以下であることが望ましい。それ
により欠陥のない良好な歪半導体膜を形成できる。In the present invention, the thickness of the first semiconductor layer is 80 nm or less, and the thickness of the second semiconductor layer is 10 nm or more and 5 nm or less.
It is preferable that the total thickness of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer be 0 nm or less and 100 nm or less. Thereby, a good strained semiconductor film without defects can be formed.
【0033】本発明の半導体装置及び半導体基板におい
て、第2の半導体層はSi、第1の半導体層は、第2の
半導体層側のGe組成が100%未満、第2の半導体層
と反対側が0%より大であるSiGe層であるが望まし
い。さらに望ましくは第2の半導体層がSiであり、第1
の半導体層は少なくとも第2の半導体層側のGe組成が
30atm%より大きいSiGe層であることが望ましい。In the semiconductor device and the semiconductor substrate of the present invention, the second semiconductor layer has a Si composition, the first semiconductor layer has a Ge composition of less than 100% on the second semiconductor layer side, and has a Ge composition on the side opposite to the second semiconductor layer. A SiGe layer greater than 0% is desirable. More preferably, the second semiconductor layer is Si,
Is preferably a SiGe layer having a Ge composition of at least 30 atm% on the second semiconductor layer side.
【0034】また、本発明において、第1の半導体層を
傾斜組成として第1の半導体層の格子間距離を厚さ方向
に不均一としてもよい。例えば第1の半導体層の、第2
の半導体層側のGe組成が30atm%より大であるS
iGe層であり、第2の半導体層と反対側のGe組成が
30atm%未満であることが望ましい。In the present invention, the interstitial distance of the first semiconductor layer may be non-uniform in the thickness direction by using the first semiconductor layer as a graded composition. For example, the second of the first semiconductor layer
Of which the Ge composition on the semiconductor layer side is greater than 30 atm%
It is desirable that the Ge composition of the iGe layer, opposite to the second semiconductor layer, is less than 30 atm%.
【0035】[0035]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態(以下、実施形態という)を説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0036】(第1の実施形態)図3は本発明の第1の
実施例に係る半導体基板の製造方法を説明するための半
導体基板の断面図である。(First Embodiment) FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor substrate for explaining a method of manufacturing a semiconductor substrate according to a first embodiment of the present invention.
【0037】先ず、図3Aに示すように、Si基板1上
に予めSi酸化膜2を形成する。Si酸化膜2は、dr
y酸化膜、wet酸化膜等の熱酸化膜やCVD(Che
mical Vapor Deposition)膜、
溶液処理によるwet酸化膜など広く用いられる方法で
形成できる。First, as shown in FIG. 3A, a Si oxide film 2 is formed on a Si substrate 1 in advance. The Si oxide film 2 is formed by dr
Thermal oxide films such as y-oxide film and wet oxide film, and CVD (Che
medical Vapor Deposition) membrane,
It can be formed by a widely used method such as a wet oxide film by solution processing.
【0038】次に、図3Bに示すように、別のSi基板
21上に予めSiGe層4を形成する。SiGe層4は
基本的にはアンドープとされる。またSiGe層4は少
なくともSi基板21側のGe組成が100%未満、表
面側のGe組成が0%より大きいことが必要である。さ
らにSiGe層4は高性能化のために30atm%より
大、少なくともSi基板21側のGe組成を30atm
%より大とすることが望ましい。Ge組成を30atm
%より大きくすると、歪Si層における電子移動度を高
くすることができるからである。一方、SiGe層4の
Ge組成は80atm%以下であることが望ましい。Next, as shown in FIG. 3B, a SiGe layer 4 is formed on another Si substrate 21 in advance. The SiGe layer 4 is basically undoped. In addition, the SiGe layer 4 needs to have at least a Ge composition on the Si substrate 21 side of less than 100% and a Ge composition on the surface side of more than 0%. Further, the SiGe layer 4 has a Ge composition of more than 30 atm% for higher performance, and at least a Ge composition on the Si substrate 21 side of 30 atm%.
% Is desirable. Ge composition of 30 atm
This is because if it is larger than%, the electron mobility in the strained Si layer can be increased. On the other hand, the Ge composition of the SiGe layer 4 is desirably 80 atm% or less.
【0039】SiGe層4は、CVD(Chemica
l Vapor Deposition)、MBE(M
olecular Beam Epitaxy)、スパ
ッタープロセスなどにより形成することができる。Si
Ge層4をCVDで形成する場合は、Siの原材料ガス
とGeの原材料ガスを、例えば550℃に加熱したSi
基板21上に導入して積層する。The SiGe layer 4 is formed by CVD (Chemica).
l Vapor Deposition), MBE (M
Molecular beam epitaxy), a sputtering process, or the like. Si
When the Ge layer 4 is formed by CVD, a Si raw material gas and a Ge raw material gas are heated to, for example, 550 ° C.
It is introduced on the substrate 21 and laminated.
【0040】次に、Si酸化膜2の上面2sとSiGe
層4の上面4sを合わせて、基板1と21を張り合わせ
る。張り合わせ方法の一例としては、数百度(例えば4
00〜700℃)程度の事前アニールと、張り合わせ面
を強固にするための高温アニール(例えば、窒素中、1
100℃、1時間)が施される。この工程ではSiGe
層4を格子緩和させていないので転位の発生はない。Next, the upper surface 2s of the Si oxide film 2 is
The substrates 1 and 21 are bonded together with the upper surface 4s of the layer 4 aligned. As an example of the bonding method, several hundred degrees (for example, 4
Pre-annealing of about 100 to 700 ° C. and high-temperature annealing (for example,
(100 ° C., 1 hour). In this step, SiGe
Since the layer 4 is not lattice-relaxed, no dislocation occurs.
【0041】次に、図3Cに示すようにSi基板21を
剥離する。このときSi基板21から受けていた圧縮歪
が開放されSiGe層4が格子緩和される。Next, as shown in FIG. 3C, the Si substrate 21 is peeled off. At this time, the compressive strain received from the Si substrate 21 is released, and the lattice of the SiGe layer 4 is relaxed.
【0042】このときSi基板21の表面のSi層5を
ごく薄く残すようにするとSiGe層4が格子緩和され
ると同時に、Si層5に引っ張り歪が導入される。こう
することで転位やピットや突起のない良好な歪Si層5
を形成できる。At this time, if the Si layer 5 on the surface of the Si substrate 21 is left very thin, the SiGe layer 4 is lattice-relaxed and, at the same time, tensile strain is introduced into the Si layer 5. By doing so, a good strained Si layer 5 without dislocations, pits or protrusions
Can be formed.
【0043】このようにしてSi基板1と、このSi基
板1上に形成されたSi酸化膜2と、このSi酸化膜2
上に張り合わせにより形成された格子緩和SiGe層4
と、この格子緩和SiGe層4上に形成された歪Si層
5からなる半導体基板が形成される。The Si substrate 1, the Si oxide film 2 formed on the Si substrate 1 and the Si oxide film 2
Lattice-relaxed SiGe layer 4 formed by lamination on top
Then, a semiconductor substrate including the strained Si layer 5 formed on the lattice-relaxed SiGe layer 4 is formed.
【0044】Si酸化膜2と格子緩和SiGe層4とは
実質的には直接接しているがその界面に0〜5nmより
好ましくは0〜2nmの界面バッファ層を有していても
よい。この界面バッファ層は例えばSiからなるものが
挙げられる。The Si oxide film 2 and the lattice-relaxed SiGe layer 4 are substantially in direct contact with each other, but may have an interface buffer layer of 0 to 5 nm, preferably 0 to 2 nm at the interface. The interface buffer layer is made of, for example, Si.
【0045】研磨或いは剥離工程をSiGe層4までお
よぼして、先ずSiGe層4を格子緩和させ、次にMB
EやCVD法によってシリコン層をごく薄く再成長させ
ることによって歪Si層5を形成することも可能であ
る。A polishing or peeling step is performed on the SiGe layer 4 to first relax the lattice of the SiGe layer 4,
It is also possible to form the strained Si layer 5 by regrowing the silicon layer very thinly by E or CVD.
【0046】このように予めSiGe層4が形成されて
いたSi基板21を除去することによってSiGe層4
を格子緩和させるには10nm以上80nm以下、この
SiGe層4に形成される歪Si層5の膜厚は10以上
50nm以下、SiGe層4と歪Si層5の総厚さが3
0以上100nm以下であることが望ましい。それによ
り欠陥のない良好な歪半導体膜を形成できる。By removing the Si substrate 21 on which the SiGe layer 4 has been formed in advance, the SiGe layer 4 is removed.
To relax the lattice, the thickness of the strained Si layer 5 formed on the SiGe layer 4 is 10 nm to 50 nm, and the total thickness of the SiGe layer 4 and the strained Si layer 5 is 3 nm.
It is desirable that the thickness be 0 to 100 nm. Thereby, a good strained semiconductor film without defects can be formed.
【0047】また、Si基板21の除去あるいは薄膜化
は、研磨、例えば薬液や研磨剤を用いて厚みを薄くする
化学研磨や化学機械研磨、また薄膜化後の厚みの均一性
を改善できるPACE(plasma assiste
d chemical dry etching)法な
どを用いればよい。また事前にSiGe層4またはSi
基板21に水素を注入し、その後水素を注入した面から
剥離する水素剥離法やSi基板21を酸化後HF溶液な
どで剥離する薄膜化法などを用いてもよい。The removal or thinning of the Si substrate 21 can be performed by polishing, for example, chemical polishing or chemical mechanical polishing for reducing the thickness using a chemical solution or an abrasive, or PACE (PACE) for improving the uniformity of the thickness after thinning. plasma assiste
A d chemical dry etching method or the like may be used. In addition, the SiGe layer 4 or Si
A hydrogen stripping method in which hydrogen is injected into the substrate 21 and then stripped from the surface into which hydrogen has been injected, or a thinning method in which the Si substrate 21 is stripped with an HF solution after oxidization may be used.
【0048】本発明では、張り合わせ工程前のSi基板
21上に、例えば50nmと十分に薄いSiGe薄膜4
を形成した場合は、SiGe層4が圧縮歪みを印加され
た層として存在する。しかしながらこの圧縮されたSi
Ge層4は、張り合わせ後、Si基板21を薄膜化ある
いは剥離することによってSi基板21からSiGe層
4への歪み印加効果が薄れる。こうしてSiGe層4は
歪みを開放することができる。その結果、本発明の目的
であるSiデバイス層へ歪みを印加するストレッサーと
しての機能を発揮する。In the present invention, the SiGe thin film 4 having a sufficiently small thickness of, for example, 50 nm is formed on the Si substrate 21 before the bonding step.
Is formed, the SiGe layer 4 exists as a layer to which a compressive strain is applied. However, this compressed Si
After the lamination, the effect of applying a strain from the Si substrate 21 to the SiGe layer 4 is reduced by thinning or peeling off the Si substrate 21 after the lamination. Thus, the strain of the SiGe layer 4 can be released. As a result, a function as a stressor for applying a strain to the Si device layer, which is an object of the present invention, is exhibited.
【0049】Si基板21を除去する際の位置は、Si
基板21の厚み、結晶性などのプロセスの仕様によって
異なる。この時、例えば溶液エッチング、あるいは水素
注入後の剥離工程を用いた場合は、剥離後の表面に荒れ
が生じることがある。特にPACE法ではプロセスに起
因の欠陥が表面から導入されることもある。The position for removing the Si substrate 21 is
It depends on the specifications of the process such as the thickness of the substrate 21 and the crystallinity. At this time, for example, when a solution etching or a stripping step after hydrogen implantation is used, the surface after stripping may be roughened. In particular, in the PACE method, defects due to the process may be introduced from the surface.
【0050】これらの場合は、薄膜化後に例えば水素、
アルゴン、窒素、酸素などの雰囲気中にてアニールを施
して、Si基板21の結晶表面あるいは結晶内部の回復
を行う工程を付加すると、より均一で高品質な薄膜プロ
セスが実現する。In these cases, for example, hydrogen,
When a step of performing annealing in an atmosphere of argon, nitrogen, oxygen, or the like to recover the crystal surface or the inside of the crystal of the Si substrate 21 is added, a more uniform and high-quality thin film process is realized.
【0051】Si基板1やSi基板21は、CZ、F
Z、MCZ基板などが用いられる。特に、Si基板21
を薄膜化あるいは剥離後にその表面をそのままSiデバ
イス層として利用する場合は、結晶性向上のために酸素
析出の少ないFZ基板の適用が効果的である。The Si substrate 1 and the Si substrate 21 are made of CZ, F
A Z, MCZ substrate or the like is used. In particular, the Si substrate 21
When the surface is used as it is as a Si device layer after thinning or stripping, it is effective to use an FZ substrate with less oxygen precipitation for improving the crystallinity.
【0052】また、Si基板21中の不純物の密度や種
類を選択することによって、所望の抵抗値をSi基板2
1の表面に事前に作り込むことも可能である。By selecting the density and type of impurities in the Si substrate 21, a desired resistance value can be set to the Si substrate 2.
It is also possible to make them in advance on the surface of one.
【0053】以上のようにして形成された所望の厚みの
歪Siデバイス層5を有するSOI構造は、図1に示す
半導体基板と比べて、Si酸化膜絶縁層2上の合計厚み
を2/3程度にまで薄くすることが可能である。また、
SiGe層4表面に現れる転位密度は、10%以上低減
し、より高品質な歪Siデバイス層5を形成できる。The SOI structure having the strained Si device layer 5 having a desired thickness formed as described above has a total thickness on the Si oxide film insulating layer 2 which is 2/3 that of the semiconductor substrate shown in FIG. It can be made as thin as possible. Also,
The dislocation density appearing on the surface of the SiGe layer 4 is reduced by 10% or more, and a higher quality strained Si device layer 5 can be formed.
【0054】図12は上述の歪シリコン層5に形成され
たMISFET(MOSFET)の断面図である。この
MISFETは以下のようにして形成される。まず歪S
i層5の表面を熱酸化して10nm程度の薄いゲート酸
化膜101が形成される。次に閾値電圧調整用のたとえ
ばn型不純物イオンがゲート酸化膜101を介してチャ
ネル領域に注入され、n型チャネル領域が形成される。FIG. 12 is a cross-sectional view of a MISFET (MOSFET) formed on the strained silicon layer 5 described above. This MISFET is formed as follows. First, strain S
The surface of the i-layer 5 is thermally oxidized to form a thin gate oxide film 101 of about 10 nm. Next, for example, an n-type impurity ion for adjusting a threshold voltage is implanted into the channel region via gate oxide film 101 to form an n-type channel region.
【0055】次にゲート酸化膜101上にゲート電極1
02となるポリシリコン膜2を減圧CVD法により形成
した後、このポリシリコン膜をRIE(Reactiv
eIon Etching)によりパターンニングし
て、ゲート電極102が形成される。Next, the gate electrode 1 is formed on the gate oxide film 101.
After forming a polysilicon film 2 to be 02 by a low pressure CVD method, this polysilicon film is formed by RIE (Reactive).
The gate electrode 102 is formed by patterning using (eIon Etching).
【0056】次にゲート電極102をマスクにして、リ
ンイオンなどのn型不純物イオンを選択的に注入した
後、例えば800℃程度のアニール処理を施すことによ
り、n型ソース領域103、n型ドレイン領域104が
ゲート電極102に自己整合的に形成される。このよう
にしてnチャネル型MISFETが形成されるが、不純
物をp型に変更することによりpチャネル型MISFE
Tも同様にして形成できる。Next, after selectively implanting n-type impurity ions such as phosphorus ions using the gate electrode 102 as a mask, annealing is performed at, for example, about 800 ° C. to thereby form the n-type source region 103 and the n-type drain region. 104 is formed on the gate electrode 102 in a self-aligned manner. An n-channel MISFET is formed in this manner, but the p-channel MISFE is formed by changing impurities to p-type.
T can be formed similarly.
【0057】上記のように形成されたMISFETは、
歪Si層中に形成されているので、チャネル領域におけ
る電子散乱が抑制され電子移動度が向上する。またMI
SFETは厚さ100nm以下の薄いSOI層に形成さ
れているので、電子移動度の向上に加えて寄生容量も低
減される。この結果駆動力に優れたMISFETを得る
ことができる。The MISFET formed as described above is
Since it is formed in the strained Si layer, electron scattering in the channel region is suppressed and electron mobility is improved. Also MI
Since the SFET is formed in a thin SOI layer having a thickness of 100 nm or less, the parasitic capacitance is reduced in addition to the improvement of the electron mobility. As a result, a MISFET excellent in driving force can be obtained.
【0058】(第2の実施形態)図4は本発明の第2の
実施例に係る半導体基板の製造方法を示す断面図であ
る。(Second Embodiment) FIG. 4 is a sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor substrate according to a second embodiment of the present invention.
【0059】本実施例においては、Si基板21上にエ
ピタキシャルSi層6を形成後、SiGe層4を積層
し、このSiGe層4上にSi酸化膜9を形成したもの
が張り合わせ基板の一方として使用される。In this embodiment, after forming an epitaxial Si layer 6 on a Si substrate 21, a SiGe layer 4 is laminated, and a Si oxide film 9 formed on the SiGe layer 4 is used as one of the bonded substrates. Is done.
【0060】先ず、図4Aに示すように、Si基板1上
に予め第1の実施例と同様にSi酸化膜2を形成する。First, as shown in FIG. 4A, a Si oxide film 2 is previously formed on a Si substrate 1 in the same manner as in the first embodiment.
【0061】次に図4Bに示すようにあらかじめ別のS
i基板21上に素子形成層となるSi層6がエピタキシ
ャル法により形成され、このSi層6上に第1の実施例
と同様にSiGe層4が形成される。SiGe層4は基
本的にはアンドープとされる。またSiGe層4は少な
くともSi層6側のGe組成が100%未満、Si層6
とは反対側のGe組成が0%より大であることが必要で
ある。さらにSiGe層4は、高性能化のために少なく
ともSi層6側、より望ましくは全体のGe組成を30
atm%より大とすることが望ましい。Ge組成を30
atm%より大きくすると、歪Si層における電子移動
度を高くすることができるからである。一方、SiGe
層4のGe組成は80atm%以下であることが望まし
い。Next, as shown in FIG.
An Si layer 6 serving as an element formation layer is formed on an i-substrate 21 by an epitaxial method, and a SiGe layer 4 is formed on the Si layer 6 in the same manner as in the first embodiment. The SiGe layer 4 is basically undoped. The SiGe layer 4 has a Ge composition of at least less than 100% on the Si layer 6 side.
Is required to be greater than 0%. Further, the SiGe layer 4 has a Ge composition of at least 30 at the side of the Si layer 6, more desirably, 30% for higher performance.
It is desirable to make it larger than atm%. Ge composition of 30
This is because if it is larger than atm%, the electron mobility in the strained Si layer can be increased. On the other hand, SiGe
The Ge composition of the layer 4 is desirably 80 atm% or less.
【0062】さらにこの後SiGe層4上にSi酸化膜
9を形成する。After that, a Si oxide film 9 is formed on the SiGe layer 4.
【0063】次に、図4Cに示すように、Si酸化膜2
の上面2sとSi酸化膜9の上面9sと合わせて、2つ
のSi基板1及び21を実施例1と同様に張り合わせ
る。この結果図4Cに示すように、Si酸化膜2とSi
酸化膜9が一体化してSi酸化膜12となる。張り合わ
せ後はSi基板12の剥離が行われる。Next, as shown in FIG. 4C, the Si oxide film 2
The two Si substrates 1 and 21 are bonded together in the same manner as in the first embodiment, together with the upper surface 2s of the silicon oxide film 9 and the upper surface 9s of the Si oxide film 9. As a result, as shown in FIG.
Oxide film 9 is integrated to form Si oxide film 12. After bonding, the Si substrate 12 is peeled off.
【0064】張り合わせ後に、水素注入によって剥離を
行う場合はSi層6とSi基板21の界面もしくは、S
i層6側に水素を注入後、Si基板21が剥離される。
このようにすることでSi基板21から受けていた圧縮
歪が開放されSiGe層4が格子緩和されると同時に素
子形成層となるSi層6に歪が導入される。When peeling is performed by hydrogen implantation after bonding, the interface between Si layer 6 and Si substrate 21 or S
After injecting hydrogen into the i layer 6, the Si substrate 21 is peeled off.
By doing so, the compressive strain received from the Si substrate 21 is released, and the lattice relaxation of the SiGe layer 4 is performed, and at the same time, the strain is introduced into the Si layer 6 serving as the element forming layer.
【0065】このようにして、Si基板1と、このSi
基板1上に形成されたSi酸化膜12と、このSi酸化
膜12上に張り合わせにより形成された格子緩和SiG
e層4と、この格子緩和SiGe層4上に形成された歪
Si層6からなる半導体基板が形成される。Thus, the Si substrate 1 and the Si substrate
An Si oxide film 12 formed on a substrate 1 and a lattice-relaxed SiG film formed on the Si oxide film 12 by lamination.
A semiconductor substrate including the e-layer 4 and the strained Si layer 6 formed on the lattice-relaxed SiGe layer 4 is formed.
【0066】このようにして形成された歪Si層6は、
CZ基板中に含まれる酸素析出や不純物が少なく、所望
の抵抗値を有する理想的な薄膜層が実現する。The strained Si layer 6 thus formed is
An ideal thin film layer having a desired resistance value with less oxygen precipitation and impurities contained in the CZ substrate is realized.
【0067】Si酸化膜2と格子緩和SiGe層4とは
実質的には直接接しているがその界面に0〜5nmより
好ましくは0〜2nmの界面バッファ層を有していても
よい。この界面バッファ層は例えばSiからなるものが
挙げられる。Although the Si oxide film 2 and the lattice-relaxed SiGe layer 4 are substantially in direct contact with each other, an interface buffer layer of 0 to 5 nm, preferably 0 to 2 nm may be provided at the interface. The interface buffer layer is made of, for example, Si.
【0068】第2の実施例では、予め素子形成層となる
Si層6を所望の電気特性を示すように形成できるので
再成長過程を必要としない。また、SiGe層4を形成
した後に、さらにシリコン酸化膜9を形成し、酸化膜2
と9同士を張り合わせすることによって、よりSiGe
層4に与える影響を低減できる。In the second embodiment, since the Si layer 6 serving as an element formation layer can be formed in advance so as to exhibit desired electric characteristics, a regrowth process is not required. After the SiGe layer 4 is formed, a silicon oxide film 9 is further formed, and the oxide film 2 is formed.
And 9 are bonded together to increase the SiGe
The effect on the layer 4 can be reduced.
【0069】また、清浄雰囲気中にてプロセスが連続に
進行する場合以外で、例えば大気中を介してプロセスを
行う場合は、SiGe層4の上に酸化膜が形成されてい
る場合が想定され、意図せずに図4B中のシリコン酸化
膜9の形成されることもある。In addition to the case where the process proceeds continuously in a clean atmosphere, for example, when the process is performed in the atmosphere, it is assumed that an oxide film is formed on the SiGe layer 4. The silicon oxide film 9 in FIG. 4B may be formed unintentionally.
【0070】以後、第1の実施例と同様に図12に示す
MISFETが歪Si層に形成される。第2の実施例に
おいても駆動力に優れたMISFETを得ることができ
る。Thereafter, as in the first embodiment, the MISFET shown in FIG. 12 is formed on the strained Si layer. Also in the second embodiment, a MISFET excellent in driving force can be obtained.
【0071】(第3の実施形態)図5は本発明の第3の
実施例に係る半導体基板の製造方法を段階的に示す半導
体基板の断面図である。(Third Embodiment) FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor substrate showing step by step a method of manufacturing a semiconductor substrate according to a third embodiment of the present invention.
【0072】第3の実施例は、図5Cに示すSiGe層
7が膜厚方向に組成の分布を有することである。即ち図
6に示すようにSiGe層7中のGe濃度がSi基板1
側にて低濃度、歪Si層8側にて高濃度になるように結
晶成長が行われる。これによりSiGe層7の格子間距
離を厚さ方向に不均一となる。The third embodiment is that the SiGe layer 7 shown in FIG. 5C has a composition distribution in the thickness direction. That is, as shown in FIG. 6, the Ge concentration in the SiGe layer 7 is
The crystal is grown so that the concentration is low on the side and high on the strained Si layer 8 side. This makes the interstitial distance of the SiGe layer 7 non-uniform in the thickness direction.
【0073】このときSi基板1側のGe組成が0%よ
り高く、Si層8側のGe組成が100%未満であるこ
とが必要である。具体的にはSi基板1側のGe濃度が
0atm%より高く30atm%以下で、歪Si層8側
のGe濃度が30atm%より大きく100atm%未
満、より好ましくは80atm%以下であるようにSi
Ge層7中のGe組成を制御することが望ましい。At this time, it is necessary that the Ge composition on the Si substrate 1 side is higher than 0% and the Ge composition on the Si layer 8 side is less than 100%. Specifically, the Si concentration is set so that the Ge concentration on the Si substrate 1 side is higher than 0 atm% and 30 atm% or lower, and the Ge concentration on the strained Si layer 8 side is higher than 30 atm% and lower than 100 atm%, more preferably 80 atm% or lower.
It is desirable to control the Ge composition in the Ge layer 7.
【0074】このようにSiGe層7の組成を制御する
ことによって、Si酸化膜2とSiGe層7の界面から
発生した転位はSiGe層7中をループが形成するよう
に進行し、SiGe層7と歪Si層8の界面には届かな
い。よってより良好な歪Si層8を提供できる。By controlling the composition of the SiGe layer 7 as described above, the dislocation generated from the interface between the Si oxide film 2 and the SiGe layer 7 proceeds so as to form a loop in the SiGe layer 7 and It does not reach the interface of the strained Si layer 8. Therefore, a better strained Si layer 8 can be provided.
【0075】以下半導体基板の製造方法を説明する。Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor substrate will be described.
【0076】先ず、図5Aに示すように、Si基板1上
に第1の実施形態と同様に予めSi酸化膜2を形成す
る。First, as shown in FIG. 5A, an Si oxide film 2 is formed on a Si substrate 1 in advance in the same manner as in the first embodiment.
【0077】次に、図5B及び図6に示すように、Si
基板21上にSiGe層7を形成する。このときのGe
組成は、上記したようSi基板21からGe組成が徐々
に少なくなるように制御した。Next, as shown in FIG. 5B and FIG.
The SiGe layer 7 is formed on the substrate 21. Ge at this time
The composition was controlled such that the Ge composition from the Si substrate 21 gradually decreased as described above.
【0078】次に、Si酸化膜2の上面2sとSiGe
層7の上面7sを合わせるように、2つのSi基板と2
1を第1の実施例と同様に張り合わせる。Next, the upper surface 2s of the Si oxide film 2 is
Two Si substrates and 2
1 is bonded in the same manner as in the first embodiment.
【0079】次に、第1の実施例と同様にSi基板21
を剥離し、SiGe層7を格子緩和させる。Next, as in the first embodiment, the Si substrate 21
Is removed, and the SiGe layer 7 is lattice-relaxed.
【0080】このときSi基板21の表面のSi層をご
く薄く残すようにするとSiGe層4が格子緩和される
と同時に、Si層8に引っ張り歪が導入される。こうす
ることで転位やピットや突起のない良好な歪Si層8を
形成できる。At this time, if the Si layer on the surface of the Si substrate 21 is left very thin, the SiGe layer 4 is lattice-relaxed and, at the same time, tensile strain is introduced into the Si layer 8. By doing so, a good strained Si layer 8 without dislocations, pits or protrusions can be formed.
【0081】このようにして、Si基板1と、このSi
基板1上に形成されたSi酸化膜2と、このSi酸化膜
2上に張り合わせにより形成されGeの組成が徐々に変
化した格子緩和SiGe層7と、この格子緩和SiGe
層7上に形成された歪Si層8からなる半導体基板が形
成される。Thus, the Si substrate 1 and the Si substrate
A Si oxide film 2 formed on a substrate 1, a lattice-relaxed SiGe layer 7 formed by laminating on the Si oxide film 2 and having a Ge composition gradually changed;
A semiconductor substrate including the strained Si layer 8 formed on the layer 7 is formed.
【0082】Si酸化膜2と格子緩和SiGe層7とは
実質的には直接接しているがその界面に0〜5nmより
好ましくは0〜2nmの界面バッファ層を有していても
よい。この界面バッファ層は例えばSiからなるものが
挙げられる。Although the Si oxide film 2 and the lattice-relaxed SiGe layer 7 are substantially in direct contact with each other, an interface buffer layer of 0 to 5 nm, preferably 0 to 2 nm may be provided at the interface. The interface buffer layer is made of, for example, Si.
【0083】研磨或いは剥離工程をSiGe層7までお
よぼして、先ずSiGe層7を格子緩和させ、次にMB
EやCVD法によってシリコン層をごく薄く再成長させ
ることによって歪Si層8を形成することも可能であ
る。A polishing or peeling step is performed to the SiGe layer 7 to first relax the lattice of the SiGe layer 7,
It is also possible to form the strained Si layer 8 by regrowing the silicon layer very thinly by E or CVD.
【0084】また、本実施例では、SiGe層7中のG
e濃度は、Si酸化膜2に近いほど低いため、Si酸化
膜2とSiGe層7の界面で発生した欠陥はSi酸化膜
2側に閉じこめられて、張り合わせ後のSiGe層7の
歪Si層8との界面は格子緩和したSiGe層が得られ
る。それにより良好に緩和したSiGe層7の上に、引
っ張り歪みを有する歪Si層8が形成される。In this embodiment, the G in the SiGe layer 7 is
Since the e concentration is lower as it is closer to the Si oxide film 2, defects generated at the interface between the Si oxide film 2 and the SiGe layer 7 are confined to the Si oxide film 2 side, and the strained Si layer 8 of the bonded SiGe layer 7 is bonded. At the interface with, a lattice-relaxed SiGe layer is obtained. Thereby, a strained Si layer 8 having a tensile strain is formed on the SiGe layer 7 which has been sufficiently relaxed.
【0085】また、図中の各層の厚み、アニール温度、
アニール時間、張り合わせ後に剥離あるいは研磨で残す
Si基板層21の厚みなどの差異によって、緩和の程度
が異なり、プロセス条件によっては、圧縮比歪みを有す
るあるいは歪みの無いSiデバイス層を形成することも
可能である。The thickness of each layer, the annealing temperature,
The degree of relaxation varies depending on the annealing time, the thickness of the Si substrate layer 21 that is left after peeling or polishing after bonding, and depending on the process conditions, it is possible to form a Si device layer with or without compression ratio distortion. It is.
【0086】以後、第1の実施例と同様に図12に示す
MISFETが歪Si層に形成される。第3の実施例に
おいても駆動力に優れたMISFETを得ることができ
る。Thereafter, similarly to the first embodiment, the MISFET shown in FIG. 12 is formed on the strained Si layer. Also in the third embodiment, a MISFET excellent in driving force can be obtained.
【0087】(第4の実施形態)図7は本発明の第4の
実施例に係る半導体基板の製造方法を示す断面図であ
る。(Fourth Embodiment) FIG. 7 is a sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor substrate according to a fourth embodiment of the present invention.
【0088】第4の実施例では、図7Bに示すSi基板
21上のSiGe層7中のGe濃度が図8に示すように
膜厚方向に濃度勾配を有し、Ge濃度の最も高い部分が
界面ではなくSiGe層7の膜中に位置する。その後、
Ge濃度勾配の高い部分が表面となるように剥離あるい
は薄膜化工程が施され、図7B及び図8に点線で示され
る面が薄膜化されたSiGe層7の上面7sとなる。こ
のようにSiGe層7の組成を制御した基板を用いるこ
とによって得られた図7Cに示される半導体基板はSi
酸化膜2とSiGe層7´の界面から発生した転位はS
iGe層7中をループが形成するように進行し、SiG
e層7´と歪Si層8の界面には届かない。よってより
良好な歪Si層を提供できる。In the fourth embodiment, the Ge concentration in the SiGe layer 7 on the Si substrate 21 shown in FIG. 7B has a concentration gradient in the film thickness direction as shown in FIG. It is located not in the interface but in the SiGe layer 7. afterwards,
A peeling or thinning process is performed so that a portion having a high Ge concentration gradient becomes a surface, and the surface indicated by a dotted line in FIGS. 7B and 8 becomes the upper surface 7s of the thinned SiGe layer 7. The semiconductor substrate shown in FIG. 7C obtained by using the substrate in which the composition of the SiGe layer 7 is controlled is Si
The dislocation generated from the interface between the oxide film 2 and the SiGe layer 7 'is S
Proceeding to form a loop in the iGe layer 7
It does not reach the interface between the e layer 7 'and the strained Si layer 8. Therefore, a better strained Si layer can be provided.
【0089】さらに、張り合わせ前のSiGe層7の結
晶成長が、Si基板21上に低Ge濃度から開始するの
で、ミスマッチによる欠陥が導入され難く、良質な結晶
性を有するSiGe層7´が得られる。Further, since the crystal growth of the SiGe layer 7 before bonding starts from a low Ge concentration on the Si substrate 21, defects due to mismatch are less likely to be introduced, and a SiGe layer 7 'having good crystallinity is obtained. .
【0090】以下、半導体基板の製造方法を説明する。Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor substrate will be described.
【0091】先ず、図7Aに示すように、Si基板1上
に予め第1の実施形態と同様にSi酸化膜2を形成す
る。First, as shown in FIG. 7A, a Si oxide film 2 is previously formed on a Si substrate 1 in the same manner as in the first embodiment.
【0092】次に、図7B及び図8に示すように、Si
基板21上に予めSiGe層7をGe組成比が膜方向に
0atm%→35atm%→0atm%となるように形
成する。続いてSiGe7のGe組成比が最も高い中央
部まで薄膜化し、SiGe層7´とする。この結果Si
Ge層7´の上面7sにはGe組成比35atm%の面
が露出される。Next, as shown in FIG. 7B and FIG.
The SiGe layer 7 is previously formed on the substrate 21 so that the Ge composition ratio becomes 0 atm% → 35 atm% → 0 atm% in the film direction. Subsequently, the film is thinned to the central portion where the Ge composition ratio of SiGe 7 is the highest, thereby forming a SiGe layer 7 ′. As a result, Si
A surface having a Ge composition ratio of 35 atm% is exposed on the upper surface 7s of the Ge layer 7 '.
【0093】次に、Si酸化膜2の上面2sとSiGe
7´の上面7とを合わせるように2つのSi基板1と2
1を第1の実施例と同様に張り合わせる。続いて、第1
の実施例と同様にSi基板21を除去し、SiGe層7
´を格子緩和させる。このときSi基板21の表面のS
i層をごく薄く残すようにするとSiGe層4が格子緩
和されると同時に、Si層8に引っ張り歪が導入され
る。こうすることで転位やピットや突起のない良好な歪
Si層8を形成できる。Next, the upper surface 2s of the Si oxide film 2 is
The two Si substrates 1 and 2 are aligned with the upper surface 7 of 7 ′.
1 is bonded in the same manner as in the first embodiment. Then, the first
The Si substrate 21 is removed in the same manner as in the embodiment of FIG.
'Is lattice relaxed. At this time, S on the surface of the Si substrate 21
If the i-layer is left very thin, the SiGe layer 4 is lattice-relaxed and, at the same time, tensile strain is introduced into the Si layer 8. By doing so, a good strained Si layer 8 without dislocations, pits or protrusions can be formed.
【0094】このようにして、Si基板1と、このSi
基板1上に形成されたSi酸化膜2と、このSi酸化膜
2上に張り合わせにより形成されGeの組成が徐々に変
化した格子緩和SiGe層7と、この格子緩和SiGe
層7´上に形成された歪Si層8からなる半導体基板が
形成される。これにより第3の実施例と同様な効果を得
ることができる。Thus, the Si substrate 1 and the Si substrate
A Si oxide film 2 formed on a substrate 1, a lattice-relaxed SiGe layer 7 formed by laminating on the Si oxide film 2 and having a Ge composition gradually changed;
A semiconductor substrate including the strained Si layer 8 formed on the layer 7 'is formed. Thereby, an effect similar to that of the third embodiment can be obtained.
【0095】Si酸化膜2と格子緩和SiGe層7´と
は実質的には直接接しているがその界面に0〜5nmよ
り好ましくは0〜2nmの界面バッファ層を有していて
もよい。この界面バッファ層は例えばSiからなるもの
が挙げられる。The Si oxide film 2 and the lattice-relaxed SiGe layer 7 'are substantially in direct contact with each other, but may have an interface buffer layer of 0 to 5 nm, preferably 0 to 2 nm at the interface. The interface buffer layer is made of, for example, Si.
【0096】研磨或いは剥離工程をSiGe層7までお
よぼして、先ずSiGe層7を格子緩和させ、次にMB
EやCVD法によってシリコン層をごく薄く再成長させ
ることによって歪Si層8を形成することも可能であ
る。A polishing or peeling step is performed to the SiGe layer 7 to first relax the lattice of the SiGe layer 7,
It is also possible to form the strained Si layer 8 by regrowing the silicon layer very thinly by E or CVD.
【0097】以後第1の実施例と同様に図12に示すM
ISFETが歪Si層8に形成される。第4の実施例に
おいても駆動力に優れたMISFETを得ることができ
る。Thereafter, as in the first embodiment, M shown in FIG.
An ISFET is formed on the strained Si layer 8. Also in the fourth embodiment, a MISFET excellent in driving force can be obtained.
【0098】(第5の実施形態)図9は本発明の第5の
実施例に係る半導体基板の製造方法を示す半導体基板の
断面図である。(Fifth Embodiment) FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor substrate according to a fifth embodiment of the present invention.
【0099】第5の実施例では、Si基板21上に、転
位が導入される格子緩和SiGe層40と格子緩和した
SiGe層11からなるSiGe層を形成する。SiG
e層40は、充分に厚く、かつGe濃度が結晶成長と共
に変化する層であって、いわゆるバッファ層としての役
割を果たす。例えば、SiGeバッファ層40はSi基
板21上でのGe濃度が0atm%であり、結晶成長と
共にGe濃度が増加し、2μmの厚みにてGe濃度が3
0atm%となる傾斜組成を有する構造とする。In the fifth embodiment, a SiGe layer composed of a lattice-relaxed SiGe layer 40 into which dislocations are introduced and a lattice-relaxed SiGe layer 11 is formed on a Si substrate 21. SiG
The e-layer 40 is sufficiently thick and has a Ge concentration that changes with crystal growth, and serves as a so-called buffer layer. For example, in the SiGe buffer layer 40, the Ge concentration on the Si substrate 21 is 0 atm%, the Ge concentration increases with the crystal growth, and the Ge concentration becomes 3 at a thickness of 2 μm.
The structure has a gradient composition of 0 atm%.
【0100】以下半導体基板の製造方法を説明する。Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor substrate will be described.
【0101】先ず、図9Aに示すように、Si基板1上
に第1の実施例と同様に予めSi酸化膜2を形成する。First, as shown in FIG. 9A, a Si oxide film 2 is formed on a Si substrate 1 in advance in the same manner as in the first embodiment.
【0102】次に、図9Bに示すように、別のSi基板
21上に上記したようなGe組成のSiGeバッファ層
40を十分に厚く形成し格子緩和させる。このときSi
Geバッファ層4中には転位33が発生するが十分に厚
いのでその上に形成される半導体層に対し影響を与えな
い。次に、この格子緩和したSiGeバッファ層4上に
格子緩和した結晶状態の良好なSiGe層11を形成す
る。SiGeの各層の成長方法は第1の実施例に順ず
る。Next, as shown in FIG. 9B, a SiGe buffer layer 40 having a Ge composition as described above is formed on another Si substrate 21 to be sufficiently thick to relax the lattice. At this time, Si
Dislocations 33 occur in the Ge buffer layer 4 but are sufficiently thick that they do not affect the semiconductor layer formed thereon. Next, a SiGe layer 11 having a lattice-relaxed good crystal state is formed on the lattice-relaxed SiGe buffer layer 4. The method of growing each layer of SiGe is in accordance with the first embodiment.
【0103】次に、Si酸化膜2の上面2sと格子緩和
したSiGe層11の上面11sを合わせるように第1
の実施例と同様に2つのSi基板1と21を張り合わせ
る。Next, the first surface 2s of the Si oxide film 2 and the first surface 11s of the lattice relaxed SiGe layer 11
The two Si substrates 1 and 21 are bonded together in the same manner as in the embodiment.
【0104】次に、Si基板21とSiGeバッファ層
4を研磨あるいは水素注入法になどにより除去する。次
に、格子緩和したSiGe層11上に歪Si層8を形成
する。(図9C)このようにして、Si基板1と、この
Si基板1上に形成されたSi酸化膜2と、このSi酸
化膜2上に張り合わせにより形成された格子緩和SiG
e層11と、この格子緩和SiGe層11上に形成され
た歪Si層8からなる半導体基板が形成される。Next, the Si substrate 21 and the SiGe buffer layer 4 are removed by polishing or hydrogen implantation. Next, the strained Si layer 8 is formed on the lattice-relaxed SiGe layer 11. (FIG. 9C) Thus, the Si substrate 1, the Si oxide film 2 formed on the Si substrate 1, and the lattice-relaxed SiG formed on the Si oxide film 2 by lamination.
A semiconductor substrate including the e-layer 11 and the strained Si layer 8 formed on the lattice-relaxed SiGe layer 11 is formed.
【0105】SiGeバッファ層40は、SiGeバッ
ファ層40中のSi基板21側に格子ミスマッチで生じ
る貫通転位、ミスフィット転位などの欠陥が閉じこめら
れる。その結果SiGeバッファ層40の表面側では、
転位が無く格子緩和したSiGe層が実現される。In the SiGe buffer layer 40, defects such as threading dislocations and misfit dislocations caused by lattice mismatch on the Si substrate 21 side in the SiGe buffer layer 40 are confined. As a result, on the surface side of the SiGe buffer layer 40,
A lattice-relaxed SiGe layer without dislocations is realized.
【0106】このSiGeバッファ層40の表面側Ge
濃度は、Siデバイス層に所望の歪みが印加されるよう
な濃度であって、典型的には30atm%より大きく8
0atm%以下であり、膜厚方向のGe濃度分布が均一
である必要はない。このSiGe層40の形成に引き続
いて、SiGeバッファ層4の表面側組成と同等の組成
を有するSiGe層11を成長させることで、転位など
の欠陥密度を低減した高品質緩和SiGe層11が形成
される。The surface side Ge of the SiGe buffer layer 40
The concentration is such that a desired strain is applied to the Si device layer, and is typically greater than 30 atm% and 8%.
0 atm% or less, and the Ge concentration distribution in the film thickness direction does not need to be uniform. Subsequent to the formation of the SiGe layer 40, by growing the SiGe layer 11 having the same composition as the surface side composition of the SiGe buffer layer 4, the high-quality relaxed SiGe layer 11 with reduced defect density such as dislocation is formed. You.
【0107】ここで課題となるのはバッファ層として数
μmのSiGe層40の結晶成長には原材料と成長時間
がかかりプロセスコストが要求されることにある。前述
のように張り合わせ後の薄膜化プロセスによって歪チャ
ネル層と緩和SiGe層の積層構造が実現できる。しか
しながら張り合わせ前に所望の厚さのSiGe層が得ら
れるように例えば0.3μm程度の深さカット面で40
c(図9B)に水素注入を行い、貼りあわせ後剥離を行
うようにしてもよい。このようにすれば剥離後に残る格
子緩和SiGeバッファ層を再利用できるためプロセス
の簡略化、半導体資源の節約が可能で、ひいては基板製
造コストの低減が実現できる。The problem here is that the crystal growth of the SiGe layer 40 having a thickness of several μm as a buffer layer requires a raw material and a growth time, and requires a process cost. As described above, a laminated structure of the strain channel layer and the relaxed SiGe layer can be realized by the thinning process after the lamination. However, in order to obtain a SiGe layer of a desired thickness before bonding, for example, a depth cut surface of about 0.3 μm
Hydrogen may be implanted into c (FIG. 9B), and peeling may be performed after bonding. This makes it possible to reuse the lattice-relaxed SiGe buffer layer remaining after peeling, thereby simplifying the process and saving semiconductor resources, and thus reducing the substrate manufacturing cost.
【0108】以後第1の実施例と同様に図12に示すM
ISFETが歪Si層8に形成される。第5の実施例に
おいても駆動力に優れたMISFETを得ることができ
る。Thereafter, similarly to the first embodiment, M shown in FIG.
An ISFET is formed on the strained Si layer 8. Also in the fifth embodiment, a MISFET excellent in driving force can be obtained.
【0109】(第6の実施形態)図10は本発明の第6
の実施例に係る半導体基板の製造方法を示す半導体基板
の断面図である。(Sixth Embodiment) FIG. 10 shows a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate, illustrating a method for manufacturing a semiconductor substrate according to an example.
【0110】第6の実施例では時10Bで示すSi基板
21上に、転位を導入される格子緩和SiGeバッファ
層40、格子緩和SiGeバッファ層40上に格子緩和
SiGe層11、歪Si層10、別の格子緩和SiGe
層13を連続して形成後に、張り合わせプロセスを行
う。In the sixth embodiment, the lattice-relaxed SiGe buffer layer 40 into which dislocations are introduced, the lattice-relaxed SiGe layer 11, the strained Si layer 10, Another lattice relaxed SiGe
After the continuous formation of the layer 13, a laminating process is performed.
【0111】先ず、図10Aに示すように、Si基板1
上に第1の実施例と同様に予めSi酸化膜2を形成す
る。First, as shown in FIG.
An Si oxide film 2 is formed on the upper surface in the same manner as in the first embodiment.
【0112】次に、図10Bに示すように、別のSi基
板21上に第5の実施例と同様に予めSiGeバッファ
層40を厚く形成し格子緩和させる。この格子緩和した
SiGeバッファ層40上に、格子緩和SiGe層1
1、歪Si層10、格子緩和SiGe層13を続けて成
長する。Next, as shown in FIG. 10B, a thick SiGe buffer layer 40 is formed on another Si substrate 21 in advance, as in the fifth embodiment, to relax the lattice. On the lattice-relaxed SiGe buffer layer 40, a lattice-relaxed SiGe layer 1
1. A strained Si layer 10 and a lattice-relaxed SiGe layer 13 are successively grown.
【0113】次に、図6(c)に示すように、Si酸化
膜2の上面2sと格子緩和SiGe膜13の上面13s
をあわせるようにSi基板1と21を第1の実施例と同
様に張り合わせる。Next, as shown in FIG. 6C, the upper surface 2s of the Si oxide film 2 and the upper surface 13s of the lattice-relaxed SiGe film 13
The Si substrates 1 and 21 are bonded in the same manner as in the first embodiment.
【0114】次に、歪Si層10が表面に出るように研
磨あるいは水素注入法によりSi基板21、格子緩和S
iGeバッファ層40、格子緩和SiGe層11を除去
する。(図10C)このようにして、Si基板1と、こ
のSi基板1上に形成されたSi酸化膜2と、このSi
酸化膜2上に張り合わせにより形成され格子緩和SiG
e層13と、この格子緩和SiGe層13上に形成され
た歪Si層10からなる半導体基板が形成される。Next, the Si substrate 21 and the lattice-relaxed S are formed by polishing or hydrogen implantation so that the strained Si layer 10 is exposed on the surface.
The iGe buffer layer 40 and the lattice-relaxed SiGe layer 11 are removed. (FIG. 10C) Thus, the Si substrate 1, the Si oxide film 2 formed on the Si substrate 1, and the Si substrate
Lattice-relaxed SiG formed by bonding on oxide film 2
A semiconductor substrate including the e layer 13 and the strained Si layer 10 formed on the lattice-relaxed SiGe layer 13 is formed.
【0115】本実施例ではSi基板21上に形成された
格子緩和SiGe層11上のSi層10は自ずと引っ張
り歪みを受けており、さらにその上のSiGe層13は
緩和した層となる。In this embodiment, the Si layer 10 on the lattice-relaxed SiGe layer 11 formed on the Si substrate 21 is naturally subjected to tensile strain, and the SiGe layer 13 thereon is a relaxed layer.
【0116】格子緩和SiGe層13は貼り合わせ後の
絶縁層2とSiGe層13からの界面から発生する欠陥
を低減するために、第3あるいは第4の実施例のよう
に、Ge組成に勾配をつけてもよい。The lattice-relaxed SiGe layer 13 has a gradient in Ge composition as in the third or fourth embodiment in order to reduce defects generated from the interface between the insulating layer 2 and the SiGe layer 13 after bonding. May be attached.
【0117】また、格子緩和SiGe層13の上には、
第2の実施例のように、予め絶縁層9を形成してから張
り合わせを行っても良い。On the lattice-relaxed SiGe layer 13,
As in the second embodiment, the bonding may be performed after the insulating layer 9 is formed in advance.
【0118】第6の実施例では、緩和率の高いSiGe
層13の上に歪みの印加されたSi層10を直接形成す
ることが出来る上、格子緩和SiGe層13中のGe濃
度を30atm%より大きく100atm%未満の間で
任意に選ぶことが可能であり、更には、絶縁層2上のS
iGe層13と歪Siデバイス層10の厚みをそれぞれ
10nm以下にすることも可能である。In the sixth embodiment, SiGe having a high relaxation rate is used.
The strained Si layer 10 can be directly formed on the layer 13 and the Ge concentration in the lattice-relaxed SiGe layer 13 can be arbitrarily selected between 30 atm% and less than 100 atm%. And S on the insulating layer 2
The thickness of each of the iGe layer 13 and the strained Si device layer 10 can be set to 10 nm or less.
【0119】その結果、絶縁膜2上の合計厚みを40n
m以下に抑えることが容易でありSOI効果を十分に達
成し、かつ十分な歪みをSiデバイス層10に印加でき
る。As a result, the total thickness on the insulating film 2 is reduced to 40 n
m, the SOI effect can be sufficiently achieved, and sufficient strain can be applied to the Si device layer 10.
【0120】以後第1の実施例と同様に第6の実施例に
おいても駆動力に優れたMISFETを得ることができ
る。Thereafter, similarly to the first embodiment, also in the sixth embodiment, a MISFET excellent in driving force can be obtained.
【0121】(第7の実施形態)図11は本発明の第7
の実施例に係る半導体基板の製造方法を示す半導体基板
の断面図である。(Seventh Embodiment) FIG. 11 shows a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate, illustrating a method for manufacturing a semiconductor substrate according to an example.
【0122】本実施例は、貼り合わせ基板の一方として
Si基板21の替わりにSiGe基板31を用い、Si
Ge基板31上に再成長した格子緩和SiGe層11と
歪Si層10と格子緩和SiGe層13とSi酸化膜9
を形成した構造で説明する。In this embodiment, a SiGe substrate 31 is used instead of the Si substrate 21 as one of the bonded substrates.
Lattice-relaxed SiGe layer 11, strained Si layer 10, lattice-relaxed SiGe layer 13, and Si oxide film 9 regrown on Ge substrate 31
The structure will be described.
【0123】先ず、図11Aに示すように、Si基板1
上に第1の実施例と同様に予めSi酸化膜2を形成す
る。First, as shown in FIG.
An Si oxide film 2 is formed on the upper surface in the same manner as in the first embodiment.
【0124】次に、図11Bに示すように、SiGe基
板31上に第1の実施例と同様に予めSiGe層11を
形成し、このSiGe層11上に、Si層10、SiG
e層13(Si層10側のGe組成が30atm%より
大)、Si酸化膜9を続けて成長する。Next, as shown in FIG. 11B, a SiGe layer 11 is previously formed on the SiGe substrate 31 in the same manner as in the first embodiment, and the Si layer 10 and the SiG layer are formed on the SiGe layer 11.
An e-layer 13 (Ge composition on the Si layer 10 side is larger than 30 atm%) and a Si oxide film 9 are continuously grown.
【0125】次に、Si酸化膜2の上面2sとSi酸化
膜9の上面9sを合わせるようにSi基板1とSiGe
基板31を第1の実施例と同様に張り合わせる。次に、
Si層10が表面に出るように研磨あるいは水素注入法
などによりSiGe基板31、SiGe層11を除去す
る。Next, the Si substrate 1 and the SiGe film are aligned so that the upper surface 2s of the Si oxide film 2 and the upper surface 9s of the Si oxide film 9 are aligned.
The substrate 31 is bonded in the same manner as in the first embodiment. next,
The SiGe substrate 31 and the SiGe layer 11 are removed by polishing or hydrogen implantation so that the Si layer 10 is exposed on the surface.
【0126】このようにして、図11Cに示すようにS
i基板1と、このSi基板1上に形成されたSi酸化膜
12と、このSi酸化膜12上に張り合わせにより形成
され格子緩和SiGe層13と、この格子緩和SiGe
層13上に形成された歪Si層10からなる半導体基板
が形成される。In this way, as shown in FIG.
i-substrate 1, Si oxide film 12 formed on Si substrate 1, lattice-relaxed SiGe layer 13 formed by bonding on Si oxide film 12, and lattice-relaxed SiGe
A semiconductor substrate composed of the strained Si layer formed on the layer is formed.
【0127】この場合貼りあわせのためにはSi酸化膜
2あるいはSi酸化膜9の少なくとも一方があればよ
い。また、張り合わせ工程や薄膜化工程あるいは剥離工
程中にSiGe層13と絶縁層9の接合面から発生する
恐れのある欠陥を閉じこめる効果を得るには、絶縁層に
接するSiGe層13中のGe濃度を不均一にするとよ
い。In this case, at least one of the Si oxide film 2 and the Si oxide film 9 may be used for bonding. Further, in order to obtain an effect of closing a defect that may occur from a bonding surface between the SiGe layer 13 and the insulating layer 9 during the bonding step, the thinning step, or the peeling step, the Ge concentration in the SiGe layer 13 in contact with the insulating layer must be reduced. It is good to make it uneven.
【0128】本実施例では、基板31がストレッサーと
なる層11と同じSiGe組成を持つ場合を示したが、
基板上に形成する層中で組成制御を行って、所望の濃度
に設定することも可能である。In this embodiment, the case where the substrate 31 has the same SiGe composition as the layer 11 to be the stressor has been described.
It is also possible to control the composition in a layer formed on the substrate to set a desired concentration.
【0129】以後第1の実施例と同様に図12に示すM
ISFETが歪Si層10に形成される。第6の実施例
においても、駆動力に優れたMISFETを得ることが
できる。Thereafter, similarly to the first embodiment, M shown in FIG.
An ISFET is formed in the strained Si layer 10. Also in the sixth embodiment, a MISFET excellent in driving force can be obtained.
【0130】また、上記第1乃至第7の実施例では、歪
みを印加する層(第1の半導体層)がSiGe層、デバ
イス層(第2の半導体層)がSi層の場合について説明
したが、第2の半導体層に引っ張り歪が生じるよう、第
2の半導体層の格子定数が第1の半導体層の格子定数よ
りも小さくなるよう格子定数の異なる2層の組み合わせ
で有れば、どの様な結晶を選んでも良く、具体的には、
Si、GaAs、SiC、GaN、GaAlAs、In
GaP、InGaPAs、Al2O3、BN、BNC、
C、高濃度に不純物添加されたSi(不純物B)、Si
(不純物P)、Si(不純物As)、SiNx、ZnS
eなどの物質の内、2種類の物質の組み合わせにて、本
発明の効果が得られる。但し第1の半導体層中に含有さ
れるBの濃度は1×1020atm%未満であることが望
ましい。Further, in the first to seventh embodiments, the case where the layer (first semiconductor layer) to which strain is applied is a SiGe layer and the device layer (second semiconductor layer) is a Si layer has been described. What is the combination of two layers having different lattice constants such that the second semiconductor layer has a lattice constant smaller than the lattice constant of the first semiconductor layer so that tensile strain is generated in the second semiconductor layer? May be selected. Specifically,
Si, GaAs, SiC, GaN, GaAlAs, In
GaP, InGaPAs, Al 2 O 3 , BN, BNC,
C, highly doped Si (impurity B), Si
(Impurity P), Si (impurity As), SiNx, ZnS
The effects of the present invention can be obtained by combining two kinds of substances such as e. However, the concentration of B contained in the first semiconductor layer is desirably less than 1 × 10 20 atm%.
【0131】上記第1乃至第7の実施例では、基板1,
21、31としては、Si基板、SiGe基板を用いた
が、GaAs、ZnSe、SiC、Ge、サファイア、
有機ガラス、無機ガラス、プラスティックのいずれかで
あっても良い。In the first to seventh embodiments, the substrates 1 and
As the substrates 21 and 31, Si substrates and SiGe substrates were used, but GaAs, ZnSe, SiC, Ge, sapphire,
Any of organic glass, inorganic glass, and plastic may be used.
【0132】上記第1乃至第7の実施例では絶縁膜2、
9としてSi酸化膜を使用したが、シリコン酸窒化膜、
シリコン窒化膜、などの他の絶縁膜であっても良い。In the first to seventh embodiments, the insulating film 2,
Although a silicon oxide film was used as 9, a silicon oxynitride film,
Another insulating film such as a silicon nitride film may be used.
【0133】[0133]
【発明の効果】以上、本発明によれば、従来困難であっ
た、ストレッサとしての歪み層から伝搬する欠陥による
デバイス層の結晶性劣化が低減されると共に、SOI構
造上の絶縁層上の合計厚みをより薄くすることが可能で
ある。従って、素子特性の劣化を抑え、低消費電力化、
高集積化が可能となり、半導体素子の高性能化が実現で
きる。As described above, according to the present invention, crystallinity degradation of a device layer due to a defect propagated from a strained layer as a stressor, which has been difficult in the past, can be reduced, and the total amount of the insulating layer on the SOI structure can be reduced. It is possible to reduce the thickness. Therefore, deterioration of device characteristics is suppressed, power consumption is reduced,
High integration is possible, and high performance of the semiconductor element can be realized.
【図1】 従来の半導体基板の製造方法を説明するため
の基板断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a substrate for describing a conventional method of manufacturing a semiconductor substrate.
【図2】 本発明及び従来の半導体基板の製造方法を説
明するための基板断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a substrate for describing the present invention and a conventional method for manufacturing a semiconductor substrate.
【図3】 本発明の半導体基板の製造方法を説明するた
めの基板断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a substrate for describing a method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention.
【図4】 本発明の半導体基板の製造方法を説明するた
めの基板断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a substrate for describing a method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention.
【図5】 本発明の半導体基板の製造方法を説明するた
めの基板断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a substrate for describing a method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention.
【図6】 本発明の半導体基板におけるSiGe層のG
e組成を示す図。FIG. 6 shows G of the SiGe layer in the semiconductor substrate of the present invention.
The figure which shows e composition.
【図7】 本発明の半導体基板の製造方法を説明するた
めの基板断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of a substrate for describing a method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention.
【図8】 本発明の半導体基板におけるSiGe層のG
e組成を示す図。FIG. 8 shows G of the SiGe layer in the semiconductor substrate of the present invention.
The figure which shows e composition.
【図9】 本発明の半導体基板の製造方法を説明するた
めの基板断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view of a substrate for describing a method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention.
【図10】 本発明の半導体基板の製造方法を説明する
ための基板断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view of a substrate for describing a method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention.
【図11】 本発明の半導体基板の製造方法を説明する
ための基板断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view of a substrate for describing the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention.
【図12】 本発明の半導体装置を説明するための素子
断面図。FIG. 12 is an element cross-sectional view illustrating a semiconductor device of the present invention.
1・・・・Si基板 2・・・・絶縁層(Si酸化膜層) 3・・・・SOI層 4・・・・SiGe層 5・・・・歪Si層 6・・・・歪エピタキシャルSi層 7・・・・傾斜組成SiGe層 8・・・・再成長で形成する歪Si層 9・・・・絶縁層 10・・・・歪Si層 11・・・・SiGe層 12・・・・絶縁層 13・・・・SiGe層 21・・・・Si基板 31・・・・SiGe基板 33・・・・転位 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Si substrate 2 ... Insulating layer (Si oxide film layer) 3 ... SOI layer 4 ... SiGe layer 5 ... Strained Si layer 6 ... Strained epitaxial Si Layer 7 ... Gradient composition SiGe layer 8 ... Strained Si layer formed by regrowth 9 ... Insulating layer 10 ... Strained Si layer 11 ... SiGe layer 12 ... Insulating layer 13 ... SiGe layer 21 ... Si substrate 31 ... SiGe substrate 33 ... Dislocation
Claims (9)
と、前記絶縁膜上に実質的に接して形成され格子緩和し
たアンドープの第1の半導体層と、前記第1の半導体層
上に形成されその格子定数が前記第1の半導体層の格子
定数よりも小さくかつ引っ張り格子歪みを有する第2の
半導体層と、前記第2の半導体層上に選択的に形成され
たゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲ
ート電極と、前記ゲート絶縁膜直下の前記第2の半導体
層の表面に形成されたチャネル領域と、少なくとも前記
第2の半導体領域に、前記チャネル領域を介して互いに
離れて設けられたソース・ドレイン領域とを具備するこ
とを特徴とする半導体装置。A substrate; an insulating film formed on the substrate; an undoped first semiconductor layer formed substantially in contact with the insulating film and lattice-relaxed; A second semiconductor layer having a lattice constant smaller than that of the first semiconductor layer and having a tensile lattice strain, and a gate insulating film selectively formed on the second semiconductor layer. A gate electrode formed on the gate insulating film, a channel region formed on the surface of the second semiconductor layer immediately below the gate insulating film, and at least the second semiconductor region via the channel region. And a source / drain region provided apart from each other.
2の半導体層側のGe組成が30atm%より大である
SiGe層であり、前記第2の半導体層がSiである請
求項1記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is a SiGe layer having a Ge composition of at least 30 atm% on the side of the second semiconductor layer, and the second semiconductor layer is Si. Semiconductor device.
かつ前記基板側のGe組成が30atm%以下で、前記
第2の半導体層側のGe組成が30atm%より大であ
る傾斜組成を有し、前記第2の半導体層がSiである請
求項1記載の半導体装置。3. The method according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is a SiGe layer,
The Ge composition on the substrate side is 30 atm% or less, the Ge composition on the second semiconductor layer side is larger than 30 atm%, and the second semiconductor layer is Si. Semiconductor device.
の半導体層が第2の半導体層上に形成された積層層を有
する積層基板を形成する工程と、前記基板と前記積層基
板とを前記絶縁膜及び前記第1の半導体層を合わせるよ
うに張り合わせる工程と、前記第1の半導体層と前記第
2の半導体層の少なくとも一部とが残るように前記積層
基板を除去し、格子緩和された前記第1の半導体層と、
引っ張り格子歪みを印加させた前記第2の半導体層との
積層構造を形成する工程と、前記積層構造にトランジス
タを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。4. A step of forming an insulating film on a surface of a substrate;
Forming a laminated substrate having a laminated layer in which the semiconductor layer is formed on a second semiconductor layer, and laminating the substrate and the laminated substrate so that the insulating film and the first semiconductor layer are aligned with each other. Removing the laminated substrate so that at least a part of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer remains, and the first semiconductor layer lattice-relaxed;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a stacked structure with the second semiconductor layer to which a tensile lattice strain has been applied; and forming a transistor in the stacked structure.
された積層層を有する積層基板を形成する前記工程は、
さらに前記第1の半導体層上に絶縁層を積層する工程を
備え、前記基板と前記積層基板とを前記絶縁膜及び前記
第2の半導体層を合わせるように張り合わせる前記工程
は、前記基板上に形成された絶縁膜と前記第1の半導体
層上に形成された絶縁膜とを合わせるように張り合わせ
る工程であることを特徴とする請求項4記載の半導体装
置の製造方法。5. The step of forming a laminated substrate having a laminated layer in which a first semiconductor layer is formed on a second semiconductor layer,
The method further includes the step of laminating an insulating layer on the first semiconductor layer, and the step of laminating the substrate and the laminated substrate such that the insulating film and the second semiconductor layer are laminated on the substrate, 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising a step of bonding the formed insulating film and the insulating film formed on the first semiconductor layer so as to match each other.
導体基板の表面に第1の半導体層を形成する工程と、前
記絶縁膜及び前記第1の半導体層を合わせるように前記
基板と前記半導体基板を張り合わせる工程と、前記第1
の半導体層が少なくとも残るように前記半導体基板を除
去し前記第1の半導体層を格子緩和させる工程と、前記
第1の半導体層上に第2の半導体層を積層し前記第2の
半導体層に引っ張り格子歪みを印加させた積層構造を形
成する工程と、前記積層構造にトランジスタを形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。6. A step of forming an insulating film on a surface of a substrate, a step of forming a first semiconductor layer on a surface of a semiconductor substrate, and forming the first semiconductor layer on the surface of the semiconductor substrate so that the insulating film and the first semiconductor layer are aligned. Bonding the semiconductor substrate;
Removing the semiconductor substrate so that at least the semiconductor layer remains, and lattice-relaxing the first semiconductor layer; and laminating a second semiconductor layer on the first semiconductor layer and forming a second semiconductor layer on the second semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a stacked structure to which a tensile lattice strain is applied; and forming a transistor in the stacked structure.
された積層層を有する積層基板を形成する前記工程は、
さらに前記第1の半導体層上に絶縁層を積層する工程を
備え、前記基板と前記積層基板とを前記絶縁膜及び前記
第1の半導体層を合わせるように張り合わせる前記工程
は、前記基板上に形成された絶縁膜と前記第1の半導体
層上に形成された絶縁膜とを合わせるように張り合わせ
る工程であることを特徴とする請求項7記載の半導体装
置の製造方法。7. The step of forming a laminated substrate having a laminated layer in which a first semiconductor layer is formed on a second semiconductor layer,
The method further includes the step of laminating an insulating layer on the first semiconductor layer, and the step of laminating the substrate and the laminated substrate such that the insulating film and the first semiconductor layer are laminated on the substrate. 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising a step of bonding the formed insulating film and the insulating film formed on the first semiconductor layer so as to match each other.
前記第2の半導体層はSi層であり、前記第1の半導体
層を形成する工程は、前記第1の半導体層の、前記絶縁
層と合わせられる側のGe組成が30%以下で、前記第
1の半導体層の、前記第2の半導体層が接する面側のG
e組成が30%より大である傾斜組成を有するように第
1の半導体層の組成を制御する工程を含む請求項7の半
導体装置の製造方法。8. The first semiconductor layer is a SiGe layer,
The second semiconductor layer is a Si layer, and the step of forming the first semiconductor layer includes the step of forming the first semiconductor layer such that the Ge composition of the first semiconductor layer on the side to be combined with the insulating layer is 30% or less, G on the surface side of the first semiconductor layer in contact with the second semiconductor layer
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising the step of controlling the composition of the first semiconductor layer so that the e composition has a gradient composition of greater than 30%.
と、前記絶縁膜上に形成された格子緩和したアンドープ
の第1の半導体層と、前記第1の半導体層上に形成され
た引っ張り格子歪みを有する第2の半導体層とを具備す
る半導体基板。9. A substrate, an insulating film formed on the substrate, an undoped first semiconductor layer with a lattice relaxed formed on the insulating film, and formed on the first semiconductor layer. A second semiconductor layer having tensile lattice strain.
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