JP2002359189A - SEMICONDUCTOR SUBSTRATE AND FIELD EFFECT TRANSISTOR, METHOD FOR FORMING SiGe LAYER, METHOD FOR FORMING STRAINED Si LAYER USING IT AND METHOD FOR MANUFACTURING FIELD EFFECT TRANSISTOR - Google Patents

SEMICONDUCTOR SUBSTRATE AND FIELD EFFECT TRANSISTOR, METHOD FOR FORMING SiGe LAYER, METHOD FOR FORMING STRAINED Si LAYER USING IT AND METHOD FOR MANUFACTURING FIELD EFFECT TRANSISTOR

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JP2002359189A
JP2002359189A JP2001165691A JP2001165691A JP2002359189A JP 2002359189 A JP2002359189 A JP 2002359189A JP 2001165691 A JP2001165691 A JP 2001165691A JP 2001165691 A JP2001165691 A JP 2001165691A JP 2002359189 A JP2002359189 A JP 2002359189A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor substrate and a field effect transistor, a method for forming an SiGe layer, a method for forming a strained Si layer and a method for manufacturing a field effect transistor in which dislocation density of the SiGe layer is reduced by a method by which restriction on the process and on the degree of freedom in the placement of device design is suppressed. SOLUTION: The semiconductor substrate comprises an SiGe layer SG formed on an Si substrate 1 where grooves 1a are made on the surface of the Si substrate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高速MOSFET
等に用いられる半導体基板と電界効果型トランジスタ並
びに歪みSi層等を形成するために好適なSiGe層の
形成方法及びこれを用いた歪みSi層の形成方法と電界
効果型トランジスタの製造方法に関する。
The present invention relates to a high-speed MOSFET
The present invention relates to a method for forming a SiGe layer suitable for forming a semiconductor substrate, a field effect transistor, a strained Si layer, and the like used for the like, a method for forming a strained Si layer using the same, and a method for manufacturing a field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、Si(シリコン)基板上にSiG
e(シリコン・ゲルマニウム)層を介してエピタキシャ
ル成長した歪みSi層をチャネル領域に用いた高速のM
OSFET、MODFET、HEMTが提案されてい
る。この歪みSi−FETでは、Siに比べて格子定数
の大きいSiGeによりSi層に引っ張り歪みが生じ、
そのためSiのバンド構造が変化して縮退が解けてキャ
リア移動度が高まる。したがって、この歪みSi層をチ
ャネル領域として用いることにより通常の1.5〜8倍
程度の高速化が可能になるものである。また、プロセス
としてCZ法による通常のSi基板を基板として使用で
き、従来のCMOS工程で高速CMOSを実現可能にす
るものである。
2. Description of the Related Art In recent years, SiG (SiG)
High-speed M using a strained Si layer epitaxially grown through an e (silicon-germanium) layer for the channel region
OSFET, MODFET and HEMT have been proposed. In this strained Si-FET, tensile strain occurs in the Si layer due to SiGe having a larger lattice constant than Si,
For this reason, the band structure of Si is changed, the degeneracy is released, and the carrier mobility is increased. Therefore, by using this strained Si layer as a channel region, it is possible to increase the speed by about 1.5 to 8 times the normal speed. Further, a normal Si substrate by the CZ method can be used as a substrate as a process, and a high-speed CMOS can be realized by a conventional CMOS process.

【0003】しかしながら、FETのチャネル領域とし
て要望される上記歪みSi層をエピタキシャル成長する
には、Si基板上に良質なSiGe層をエピタキシャル
成長する必要があるが、SiとSiGeとの格子定数の
違いから、転位等により結晶性に問題があった。このた
めに、従来、以下のような種々の提案が行われていた。
However, in order to epitaxially grow the strained Si layer required as a channel region of the FET, it is necessary to epitaxially grow a high-quality SiGe layer on a Si substrate. However, due to the difference in lattice constant between Si and SiGe, There was a problem in crystallinity due to dislocations and the like. For this purpose, the following various proposals have conventionally been made.

【0004】例えば、SiGeのGe組成比を一定の緩
い傾斜で変化させたバッファ層を用いる方法、Ge(ゲ
ルマニウム)組成比をステップ状(階段状)に変化させ
たバッファ層を用いる方法、Ge組成比を超格子状に変
化させたバッファ層を用いる方法及びSiのオフカット
ウェーハを用いてGe組成比を一定の傾斜で変化させた
バッファ層を用いる方法等が提案されている(U.S.Pate
nt 5,442,205、U.S.Patent 5,221,413、PCT WO98/0085
7、特開平6-252046号公報等)。
For example, a method using a buffer layer in which the Ge composition ratio of SiGe is changed at a constant gentle slope, a method using a buffer layer in which the Ge (germanium) composition ratio is changed stepwise (stepwise), a Ge composition A method using a buffer layer whose ratio is changed in a superlattice shape, a method using a buffer layer whose Ge composition ratio is changed at a constant gradient using an off-cut wafer of Si, and the like have been proposed (USPate).
nt 5,442,205, USPatent 5,221,413, PCT WO98 / 0085
7, JP-A-6-252046).

【0005】また、U.S.Patent 5,285,086、U.S.Patent
5,158,907には、Si基板上のSiO2膜などをパター
ニングして選択的に除去した制限領域を形成し、この制
限領域にのみSiGe層を選択的に成膜する技術が提案
されている。この技術は、制限領域のSiGe層を一定
関係の膜厚及び面積とすることにより、SiGe層中を
運動する転位を制限領域側部で消滅させることで、転位
密度を低減するものである。
[0005] US Patent 5,285,086, US Patent
No. 5,158,907 proposes a technique in which an SiO 2 film or the like on a Si substrate is patterned to form a restricted region which is selectively removed, and a SiGe layer is selectively formed only in the restricted region. This technique reduces the dislocation density by making the SiGe layer in the restricted region have a certain relationship in thickness and area, thereby eliminating dislocations moving in the SiGe layer at the side of the restricted region.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では、以下のような課題が残されている。すな
わち、上記従来の技術では、ウェーハ表面の貫通転位密
度がまだ高く、トランジスタの動作不良を防ぐために貫
通転位の低減がさらに要望されている。特に上記の制限
領域にのみSiGe層を成膜する技術では、SiGe膜
厚程度の制限領域にのみSiGe層を成膜するため、ト
ランジスタや集積回路の回路配置の自由度を大きく損な
うと共に、成膜技術として高度でしかも成膜速度の遅い
選択成長を必要とするためにプロセス上の制約が大きい
という不都合がある。
However, the above-mentioned conventional technique has the following problems. That is, in the above-described conventional technique, the threading dislocation density on the wafer surface is still high, and there is a further demand for a reduction in threading dislocation in order to prevent a malfunction of the transistor. In particular, in the technique of forming a SiGe layer only in the above-described restricted region, the SiGe layer is formed only in the restricted region having a thickness of about the SiGe film. As a technology, selective growth with a high film formation rate and a low film formation rate is required, so that there is an inconvenience that restrictions on processes are large.

【0007】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、SiGe層の貫通転位密度を低減すると共に、プ
ロセスの制約が少なく、またデバイス設計の配置自由度
における制限が少ない半導体基板と電界効果型トランジ
スタ並びにSiGe層の形成方法及びこれを用いた歪み
Si層の形成方法と電界効果型トランジスタの製造方法
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has been made to reduce the threading dislocation density of a SiGe layer, reduce process restrictions, and limit the degree of freedom in device design layout. It is an object of the present invention to provide an effect transistor, a method for forming a SiGe layer, a method for forming a strained Si layer using the same, and a method for manufacturing a field effect transistor.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明
の半導体基板は、Si基板と、該Si基板上のSiGe
層とを備え、前記Si基板は、表面に溝を有しているこ
とを特徴とする。また、本発明のSiGe層の形成方法
は、Si基板上にSiGe層を形成する方法であって、
前記Si基板表面に溝を形成する工程と、前記Si基板
上に前記SiGe層をエピタキシャル成長する工程とを
備えていることを特徴とする。また、本発明の半導体基
板は、Si基板上にSiGe層が形成された半導体基板
であって、上記本発明のSiGe層の形成方法により前
記SiGe層が形成されていることを特徴とする。
The present invention has the following features to attain the object mentioned above. That is, the semiconductor substrate of the present invention comprises a Si substrate and SiGe on the Si substrate.
Wherein the Si substrate has a groove on the surface. The method of forming a SiGe layer according to the present invention is a method of forming a SiGe layer on a Si substrate,
Forming a groove on the surface of the Si substrate; and epitaxially growing the SiGe layer on the Si substrate. Further, a semiconductor substrate of the present invention is a semiconductor substrate in which a SiGe layer is formed on a Si substrate, wherein the SiGe layer is formed by the above-described method of forming a SiGe layer of the present invention.

【0009】これらの半導体基板及びSiGe層の形成
方法では、溝が形成されたSi基板表面にSiGe層が
成膜されるので、SiGe層成膜中に発生した転位が運
動して溝に到達すると、溝側面で抜けて消滅するため、
SiGe層中の転位密度を低減することができる。ま
た、予めSi基板表面に溝を形成し、この表面に一様に
SiGe層を成膜すればよいため、従来技術のように選
択成長のような高度で低速な成膜技術が不要となる。
In the method of forming the semiconductor substrate and the SiGe layer, the SiGe layer is formed on the surface of the Si substrate on which the groove is formed, so that the dislocation generated during the formation of the SiGe layer moves and reaches the groove. , To escape on the groove side and disappear,
The dislocation density in the SiGe layer can be reduced. Further, since a groove may be formed in advance on the surface of the Si substrate and the SiGe layer may be uniformly formed on the surface, an advanced and low-speed film forming technique such as selective growth as in the related art is not required.

【0010】本発明の半導体基板及びSiGe層の形成
方法は、前記エピタキシャル成長する工程中又は後に熱
処理を施すことが好ましい。すなわち、これらの半導体
基板及びSiGe層の形成方法では、エピタキシャル成
長する工程中又は後に熱処理を施すので、熱処理により
積極的に転位を熱運動させて、溝に到達させることがで
き、より貫通転位を低減することができると共に、溝と
溝との間隔が広い場合(すなわち、SiGe層の平坦領
域の面積が大きい場合)でも、転位を溝にまで到達させ
ることができる。
In the method of forming a semiconductor substrate and a SiGe layer according to the present invention, it is preferable to perform a heat treatment during or after the step of epitaxially growing. That is, in the method of forming the semiconductor substrate and the SiGe layer, heat treatment is performed during or after the step of epitaxial growth, so that the heat treatment can positively cause the dislocations to thermally move and reach the grooves, thereby further reducing threading dislocations. In addition, even when the distance between the grooves is large (that is, when the area of the flat region of the SiGe layer is large), the dislocation can reach the grooves.

【0011】本発明の半導体基板は、前記Si基板が、
結晶表面の{001}面であり、前記溝が、その側面が
{111}面となる断面V字状であることが好ましい。
また、本発明のSiGe層の形成方法は、前記Si基板
が、結晶表面の{001}面であり、前記溝を、その側
面が{111}面となる断面V字状に形成することが好
ましい。
[0011] In the semiconductor substrate of the present invention, the Si substrate may be:
It is preferable that the crystal surface is a {001} plane, and the groove has a V-shaped cross section in which the side surface is a {111} plane.
In the method of forming a SiGe layer according to the present invention, it is preferable that the Si substrate is a {001} plane of a crystal surface, and the groove is formed in a V-shaped cross section in which a side surface is a {111} plane. .

【0012】これらの半導体基板及びSiGe層の形成
方法では、Si基板が、結晶表面の{001}面であ
り、溝が、その側面が{111}面となる断面V字状と
すれば、{001}面に対し、{111}面は成膜速度
が遅いため、SiGe層成膜後に溝がSiGe層で埋ま
ることを抑制することができる。また、SiGe層は、
{111}面上でスムーズなエピタキシャル成長をする
ため、突起等の異常成長が生じない。さらに、V字状の
溝は、その幅等の形状を比較的容易かつ高精度に制御し
て形成することができる。
In the method of forming the semiconductor substrate and the SiGe layer, if the Si substrate has a {001} plane of the crystal surface and the groove has a V-shaped cross section having a {111} side surface, Since the {111} plane has a lower deposition rate than the {001} plane, it is possible to prevent the grooves from being filled with the SiGe layer after the SiGe layer is formed. Also, the SiGe layer is
Since smooth epitaxial growth is performed on the {111} plane, abnormal growth such as projections does not occur. Further, the V-shaped groove can be formed by controlling the shape such as the width thereof relatively easily and with high precision.

【0013】本発明のSiGe層の形成方法は、Si基
板上にSiGe層を形成する方法であって、前記Si基
板上に前記SiGe層をエピタキシャル成長する工程
と、該エピタキシャル成長する工程後に前記SiGe層
に溝を形成する工程と、前記溝を形成する工程後に熱処
理を施す工程とを備えていることを特徴とする。また、
本発明の半導体基板は、Si基板上にSiGe層が形成
された半導体基板であって、上記本発明のSiGe層の
形成方法により前記SiGe層が形成されていることを
特徴とする。
The method for forming a SiGe layer according to the present invention is a method for forming a SiGe layer on a Si substrate, comprising the steps of epitaxially growing the SiGe layer on the Si substrate, and forming the SiGe layer after the epitaxial growth step. The method includes a step of forming a groove and a step of performing a heat treatment after the step of forming the groove. Also,
The semiconductor substrate of the present invention is a semiconductor substrate in which a SiGe layer is formed on a Si substrate, wherein the SiGe layer is formed by the above-described method of forming a SiGe layer of the present invention.

【0014】これらの半導体基板及びSiGe層の形成
方法では、Si基板上にSiGe層をエピタキシャル成
長した後にSiGe層に溝を形成し、その後に熱処理が
施されるので、熱処理により積極的に転位を熱運動させ
て溝に到達させ、転位を溝側面で消滅させることがで
き、SiGe層中の転位密度を低減することができる。
In these methods of forming a semiconductor substrate and a SiGe layer, since a SiGe layer is epitaxially grown on a Si substrate, a groove is formed in the SiGe layer, and then a heat treatment is performed. The dislocations can be moved to reach the grooves, dislocations can be eliminated on the side surfaces of the grooves, and the dislocation density in the SiGe layer can be reduced.

【0015】本発明の半導体基板は、前記SiGe層が
少なくとも一部にGe組成比を表面に向けて漸次増加す
る傾斜組成領域を有することが好ましい。また、本発明
のSiGe層の形成方法は、前記SiGe層のうち少な
くとも一部にGe組成比を表面に向けて漸次増加させた
傾斜組成領域を形成することが好ましい。
In the semiconductor substrate according to the present invention, it is preferable that the SiGe layer has a gradient composition region in which the Ge composition ratio gradually increases toward the surface at least in part. In the method of forming a SiGe layer according to the present invention, it is preferable that a gradient composition region in which a Ge composition ratio is gradually increased toward a surface is formed in at least a part of the SiGe layer.

【0016】これらの半導体基板及びSiGe層の形成
方法では、SiGe層のうち少なくとも一部がGe組成
比を表面に向けて漸次増加させた傾斜組成領域とされる
ので、傾斜組成領域においてGe組成比が漸次増えるた
めに、SiGe層中の特に表面側で転位の密度を抑制す
ることができると共に、転位がSiGe層に沿った方向
にのび易くなり、より溝側面で転位を消滅させることが
できる。
In the method of forming the semiconductor substrate and the SiGe layer, at least a part of the SiGe layer is formed as a gradient composition region in which the Ge composition ratio is gradually increased toward the surface. , The dislocation density can be suppressed particularly on the surface side in the SiGe layer, and the dislocations can easily extend in the direction along the SiGe layer, so that the dislocations can be eliminated more on the groove side surfaces.

【0017】本発明の半導体基板は、前記溝が、半導体
素子が形成されるデバイス領域に隣接していることが好
ましい。また、本発明のSiGe層の形成方法は、前記
溝を、半導体素子が形成されるデバイス領域に隣接させ
て形成することが好ましい。
In the semiconductor substrate of the present invention, it is preferable that the groove is adjacent to a device region where a semiconductor element is formed. In the method of forming a SiGe layer according to the present invention, it is preferable that the groove is formed adjacent to a device region where a semiconductor element is formed.

【0018】これらの半導体基板及びSiGe層の形成
方法では、半導体素子が形成されるデバイス領域に隣接
した位置に溝が配されるので、デバイス領域のSiGe
層内で発生した転位を効率的に溝側面で消滅させること
ができる。
In the method of forming the semiconductor substrate and the SiGe layer, since the groove is provided at a position adjacent to the device region where the semiconductor element is formed, the SiGe in the device region is formed.
Dislocations generated in the layer can be efficiently eliminated on the groove side surfaces.

【0019】本発明の半導体基板は、前記溝が、前記デ
バイス領域を有する半導体チップをチップサイズに切断
分離するための切り代部分に配されていることが好まし
い。また、本発明のSiGe層の形成方法は、前記溝
を、前記デバイス領域を有する半導体チップをチップサ
イズに切断分離するための切り代部分に形成することが
好ましい。
In the semiconductor substrate according to the present invention, it is preferable that the groove is provided at a cut-off portion for cutting and separating a semiconductor chip having the device region into a chip size. In the method of forming a SiGe layer according to the present invention, it is preferable that the groove is formed in a cut-off portion for cutting and separating a semiconductor chip having the device region into a chip size.

【0020】これらの半導体基板及びSiGe層の形成
方法では、溝が、前記デバイス領域を有する半導体チッ
プをチップサイズに切断分離するための切り代部分に配
されるので、デバイス領域に支障無く溝を形成すること
ができ、デバイス作製上、無駄が生じることがなく、ま
た回路設計に制約を課すこともない。
In the method of forming the semiconductor substrate and the SiGe layer, since the groove is arranged at a cut-off portion for cutting and separating the semiconductor chip having the device region into a chip size, the groove can be formed without any trouble in the device region. It can be formed, so that there is no waste in device fabrication and no restrictions are imposed on circuit design.

【0021】本発明の半導体基板は、前記溝が格子状に
形成されていることが好ましい。また、本発明のSiG
e層の形成方法は、前記溝が格子状に形成されているこ
とが好ましい。
In the semiconductor substrate of the present invention, it is preferable that the grooves are formed in a lattice shape. In addition, the SiG of the present invention
In the method for forming the e-layer, the grooves are preferably formed in a lattice shape.

【0022】これらの半導体基板及びSiGe層の形成
方法では、前記溝が格子状に形成されるので、四角形の
デバイス領域が得られ、デバイス作製上、無駄が生じる
ことがない。
In the method of forming the semiconductor substrate and the SiGe layer, since the grooves are formed in a lattice, a square device region can be obtained, and no waste occurs in device fabrication.

【0023】本発明の半導体基板は、上記本発明の半導
体基板の前記SiGe層上に直接又は他のSiGe層を
介して配された歪みSi層を備えていることを特徴とす
る。または、本発明の歪みSi層の形成方法は、Si基
板上にSiGe層を介して歪みSi層を形成する方法で
あって、前記Si基板上のSiGe層を、上記本発明の
SiGe層の形成方法により成膜することを特徴とす
る。
The semiconductor substrate according to the present invention is characterized in that the semiconductor substrate according to the present invention has a strained Si layer disposed directly or via another SiGe layer on the SiGe layer. Alternatively, the method of forming a strained Si layer of the present invention is a method of forming a strained Si layer on a Si substrate via a SiGe layer, wherein the SiGe layer on the Si substrate is formed by forming the SiGe layer of the present invention. The film is formed by a method.

【0024】上記半導体基板では、上記本発明の半導体
基板の前記SiGe層上に直接又は他のSiGe層を介
して配された歪みSi層を備え、また上記歪みSi層の
形成方法では、Si基板上のSiGe層を、上記本発明
のSiGe層の形成方法により成膜しているので、例え
ば歪みSi層をチャネル領域とするMOSFET等を用
いた集積回路用の歪みSi層又は半導体基板として好適
である。
In the above-mentioned semiconductor substrate, the semiconductor substrate of the present invention comprises a strained Si layer disposed directly or via another SiGe layer on the SiGe layer. Since the upper SiGe layer is formed by the above-described method for forming a SiGe layer of the present invention, it is suitable as a strained Si layer or a semiconductor substrate for an integrated circuit using, for example, a MOSFET having a strained Si layer as a channel region. is there.

【0025】本発明の電界効果型トランジスタは、Si
Ge層上の歪みSi層にチャネル領域を有する電界効果
型トランジスタであって、上記本発明の半導体基板の前
記歪みSi層に前記チャネル領域を有することを特徴と
する。また、本発明の電界効果型トランジスタの製造方
法は、SiGe層上にエピタキシャル成長された歪みS
i層にチャネル領域が形成される電界効果型トランジス
タの製造方法であって、上記本発明の歪みSi層の形成
方法により前記歪みSi層を形成することを特徴とす
る。また、本発明の電界効果型トランジスタは、SiG
e層上にエピタキシャル成長された歪みSi層にチャネ
ル領域が形成される電界効果型トランジスタであって、
上記本発明の歪みSi層の形成方法により前記歪みSi
層が形成されていることを特徴とする。
The field-effect transistor of the present invention has a
A field effect transistor having a channel region in a strained Si layer on a Ge layer, wherein the strained Si layer of the semiconductor substrate according to the present invention has the channel region. Further, the method of manufacturing a field effect transistor according to the present invention provides a method for manufacturing a strained S epitaxially grown on a SiGe layer.
A method for manufacturing a field-effect transistor in which a channel region is formed in an i-layer, wherein the strained Si layer is formed by the method for forming a strained Si layer according to the present invention. Further, the field-effect transistor of the present invention is formed of SiG
a field effect transistor in which a channel region is formed in a strained Si layer epitaxially grown on the e layer,
According to the method for forming a strained Si layer of the present invention, the strained Si
It is characterized in that a layer is formed.

【0026】上記本発明の半導体基板の前記歪みSi層
に前記チャネル領域を有し、また上記電界効果型トラン
ジスタの製造方法では、上記本発明の歪みSi層の形成
方法により前記歪みSi層を形成し、また上記電界効果
型トランジスタでは、上記本発明の歪みSi層の形成方
法により前記歪みSi層が形成されるので、良質な歪み
Si層により高特性な電界効果型トランジスタを高歩留
まりで得ることができる。
The strained Si layer of the semiconductor substrate of the present invention has the channel region in the strained Si layer. In the method of manufacturing a field effect transistor, the strained Si layer is formed by the method of forming a strained Si layer of the present invention. Further, in the field effect transistor, since the strained Si layer is formed by the method for forming a strained Si layer of the present invention, a high quality field effect transistor can be obtained with a high yield by a high quality strained Si layer. Can be.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る第1実施形態
を、図1から図6を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.

【0028】図1及び図2は、本発明の半導体ウェーハ
(半導体基板)W0及び歪みSi層を備えた半導体ウェ
ーハ(半導体基板)Wの断面構造を示すものであり、こ
の半導体ウェーハW0及び歪みSi層を備えた半導体ウ
ェーハの構造をその製造プロセスと合わせて説明する
と、まず、図1の(a)に示すように、Si基板1の表
面にマスク等でパターニングしてエッチングすることで
格子状に溝1aを形成する。
FIGS. 1 and 2 show the cross-sectional structures of a semiconductor wafer (semiconductor substrate) W0 and a semiconductor wafer (semiconductor substrate) W provided with a strained Si layer according to the present invention. The structure of a semiconductor wafer having a layer will be described together with its manufacturing process. First, as shown in FIG. 1A, the surface of the Si substrate 1 is patterned and etched with a mask or the like to form a lattice. A groove 1a is formed.

【0029】該溝1aは、図3に示すように、半導体素
子が形成されるデバイス領域1bに隣接し、デバイス領
域1bを有する半導体チップをチップサイズに切断分離
するための切り代部分(いわゆるスクライブラインであ
って、図3中の斜線領域)に形成する。すなわち、溝1
aは、その幅が例えばダイシングソーの刃幅等により決
定される。デバイス領域1bの幅については、チップサ
イズと本発明の効果が得られる適切な幅を考慮して決定
される。熱処理を施す場合はその効果も考慮して決定さ
れる。
As shown in FIG. 3, the groove 1a is adjacent to a device region 1b in which a semiconductor element is formed, and is provided with a cut-off portion (so-called scribe) for cutting and separating a semiconductor chip having the device region 1b into a chip size. It is a line and is formed in a hatched area in FIG. That is, groove 1
The width of a is determined by, for example, the blade width of the dicing saw. The width of the device region 1b is determined in consideration of the chip size and an appropriate width at which the effects of the present invention can be obtained. When performing heat treatment, it is determined in consideration of the effect.

【0030】また、上記Si基板1は、その表面が結晶
表面の{001}面であり、上記溝1aを、その側面が
{111}面となる断面V字状に形成する。なお、この
際のエッチングは、例えばKOH/IPA/H2O系の
エッチング液を使用した液温80℃75分間の異方性エ
ッチングである。
The surface of the Si substrate 1 is a {001} plane of the crystal surface, and the groove 1a is formed in a V-shaped cross section in which the side surface is a {111} plane. The etching at this time is anisotropic etching using a KOH / IPA / H 2 O-based etchant at a liquid temperature of 80 ° C. for 75 minutes, for example.

【0031】なお、溝1aは、幅が0.3μm以上2m
m以下とされることが望ましい。この理由は、歪みSi
層を形成するためのSiGe層の厚さが0.3〜3μm
程度であるため、幅0.3μm以上の溝が好ましく、ま
たデバイス切断時の切り代として無駄があってはならな
いので、2mm以下が好ましいためである。また、溝1
aの深さは、0.3μm以上200μm以下が望まし
い。この理由は、歪みSi層を形成するためのSiGe
層の厚さが上記の範囲程度であるため、深さ0.3μm
以上の溝が好ましく、また溝深さが深すぎると、デバイ
ス製造工程中に溝に沿って割れを生じやすくなるため、
深さ200μm以下が好ましいためである。
The width of the groove 1a is 0.3 μm or more and 2 m or more.
m or less. The reason for this is that the strain Si
The thickness of the SiGe layer for forming the layer is 0.3 to 3 μm
This is because a groove having a width of 0.3 μm or more is preferable, and a width of 2 mm or less is preferable because a cutting margin at the time of device cutting should not be wasted. Groove 1
The depth a is preferably 0.3 μm or more and 200 μm or less. The reason is that SiGe for forming the strained Si layer is used.
Since the thickness of the layer is in the above range, the depth is 0.3 μm.
The above grooves are preferable, and if the groove depth is too deep, cracks tend to occur along the grooves during the device manufacturing process,
This is because the depth is preferably 200 μm or less.

【0032】次に、溝1aが形成されたSi基板1上
に、図1の(b)、図2及び図4に示すように、Si基
板1上に、Ge組成比xが0から0.3まで成膜方向に
(表面に向けて)傾斜をもって漸次増加する傾斜組成層
である第1のSiGe層2を減圧CVD法によりエピタ
キシャル成長する。なお、上記減圧CVD法による成膜
は、キャリアガスとしてH2を用い、ソースガスとして
SiH4及びGeH4を用いている。
Next, as shown in FIG. 1 (b), FIG. 2 and FIG. 4, on the Si substrate 1 on which the groove 1a is formed, the Ge composition ratio x is 0 to 0. The first SiGe layer 2, which is a gradient composition layer that gradually increases in the film-forming direction (toward the surface) up to 3, is epitaxially grown by a low pressure CVD method. Note that the film formation by the low-pressure CVD method uses H 2 as a carrier gas and SiH 4 and GeH 4 as a source gas.

【0033】次に、第1のSiGe層2上に該第1のS
iGe層2の最終的なGe組成比(0.3)で一定組成
層かつ緩和層である第2のSiGe層3をエピタキシャ
ル成長する。これらの第1のSiGe層2及び第2のS
iGe層3は、歪みSi層を成膜するためのSiGe層
SGとして機能する。このように傾斜組成層の第1のS
iGe層2を成膜した後に一定組成層の第2のSiGe
層3を成膜するので、第2のSiGe層3中の転位の発
生や成長を抑制することができ、最終的な第2のSiG
e層3表面の転位密度を低減することができる。
Next, on the first SiGe layer 2, the first S
At the final Ge composition ratio (0.3) of the iGe layer 2, the second SiGe layer 3 which is a constant composition layer and a relaxation layer is epitaxially grown. These first SiGe layer 2 and second SGe
The iGe layer 3 functions as a SiGe layer SG for forming a strained Si layer. Thus, the first S of the gradient composition layer
After the iGe layer 2 is formed, the second SiGe
Since the layer 3 is formed, the generation and growth of dislocations in the second SiGe layer 3 can be suppressed, and the final second SiG
The dislocation density on the surface of the e-layer 3 can be reduced.

【0034】次に、上記成膜後のウェーハを、熱処理炉
において熱処理(アニール)を施して、半導体ウェーハ
W0を製作する。この際、SiGe層SG中の転位DL
は、図5に示すように、転位の熱運動により、溝1aに
到達すると共に、溝1a側面から抜けて消滅する。その
結果、デバイス領域1bの欠陥密度が低減される。
Next, the wafer after the film formation is subjected to heat treatment (annealing) in a heat treatment furnace to produce a semiconductor wafer W0. At this time, the dislocation DL in the SiGe layer SG
As shown in FIG. 5, due to the thermal motion of the dislocations, reaches the groove 1a and disappears from the side surface of the groove 1a. As a result, the defect density of the device region 1b is reduced.

【0035】熱処理を施す場合の熱処理温度及び熱処理
時間の条件設定は、例えばSiGe層のGe組成比0.
2の場合、転位の熱運動距離を30mmと仮定すると、
下記のようになる。したがって、LSIチップのチップ
サイズが一辺30mmの場合は、下記の条件設定値を目
安としてアニールを行い、30mm以外のチップサイズ
では、以下の条件設定値を目安として熱処理温度及び熱
処理時間を算出して決定するといった作業が必要とな
る。
The conditions for the heat treatment temperature and the heat treatment time for the heat treatment are set, for example, at a Ge composition ratio of 0.1% for the SiGe layer.
In the case of 2, assuming that the thermal motion distance of the dislocation is 30 mm,
It looks like this: Therefore, when the chip size of the LSI chip is 30 mm on a side, annealing is performed using the following condition setting values as a guide. For chip sizes other than 30 mm, the heat treatment temperature and heat treatment time are calculated using the following condition setting values as a guide. Work such as decision is required.

【0036】<アニール条件>熱処理温度T(℃)、転
位の熱運動速度V(m/s)、熱処理時間t(min) ・780℃、2.50×10-6m/s、200min ・800℃、3.80×10-6m/s、130min ・900℃、2.70×10-5m/s、19min ・1000℃、1.40×10-4m/s、3.6min
<Annealing conditions> Heat treatment temperature T (° C.), thermal motion velocity of dislocation V (m / s), heat treatment time t (min) · 780 ° C., 2.50 × 10 −6 m / s, 200 min · 800 3.80 × 10 −6 m / s, 130 min., 900 ° C., 2.70 × 10 −5 m / s, 19 min., 1000 ° C., 1.40 × 10 −4 m / s, 3.6 min.

【0037】なお、上記第1のSiGe層2及び第2の
SiGe層3のエピタキシャル成長中においても、発生
した転位は運動し、溝1aに到達すると共に溝側面で抜
けて消滅している。したがって、成膜時の転位の運動及
び成膜後の熱処理による熱運動により、多くの転位を溝
1aで消滅させることができる。
During the epitaxial growth of the first SiGe layer 2 and the second SiGe layer 3, the generated dislocations move and reach the groove 1a and disappear and disappear on the side surface of the groove. Therefore, many dislocations can be eliminated in the groove 1a by the motion of the dislocation at the time of film formation and the thermal motion by the heat treatment after the film formation.

【0038】また、Si基板1が、結晶表面の{00
1}面であり、溝1aが、その側面が{111}面とな
る断面V字状であるので、{001}面に対し、{11
1}面は成膜速度が遅いため、SiGe層SG成膜後に
溝1aがSiGe層で埋まることを抑制することができ
る。また、SiGe層SGは、{111}面上でスムー
ズなエピタキシャル成長をするため、突起等の異常成長
が生じない。さらに、V字状の溝は、その幅等の形状を
比較的容易かつ高精度に制御して形成することができ
る。
Further, the Si substrate 1 has a crystal surface of $ 00
Since the groove 1a has a V-shaped cross section in which the side surface is a {111} plane, the groove 1a has a {11} plane with respect to the {001} plane.
Since the 1} plane has a low film formation rate, it is possible to prevent the groove 1a from being filled with the SiGe layer after the SiGe layer SG is formed. In addition, since the SiGe layer SG performs smooth epitaxial growth on the {111} plane, abnormal growth such as projections does not occur. Further, the V-shaped groove can be formed by controlling the shape such as the width thereof relatively easily and with high precision.

【0039】この後、さらに、この半導体ウェーハW0
の第2のSiGe層3上にSiをエピタキシャル成長し
て歪みSi層4を形成し、歪みSi層を備えた半導体ウ
ェーハWを作製する。なお、各層の膜厚は、例えば、第
1のSiGe層2が1.5μm、第2のSiGe層3が
0.75μm、歪みSi層4が15〜22nmである。
Thereafter, the semiconductor wafer W0
Is epitaxially grown on the second SiGe layer 3 to form a strained Si layer 4, and a semiconductor wafer W having the strained Si layer is manufactured. The thickness of each layer is, for example, 1.5 μm for the first SiGe layer 2, 0.75 μm for the second SiGe layer 3, and 15 to 22 nm for the strained Si layer 4.

【0040】このように本実施形態では、溝1aが形成
されたSi基板1表面にSiGe層SGが成膜されるの
で、SiGe層SG成膜中に発生した転位DLが運動し
て溝1aに到達すると、溝1aの側面で抜けて消滅する
ため、SiGe膜中の転位密度を低減することができ
る。また、予めSi基板1表面に溝1aを形成し、この
表面に一様にSiGe層SGを成膜すればよいため、従
来技術のように選択成長のような高度で低速な成膜技術
が不要となる。
As described above, in this embodiment, since the SiGe layer SG is formed on the surface of the Si substrate 1 on which the groove 1a is formed, the dislocation DL generated during the formation of the SiGe layer SG moves to move into the groove 1a. When it reaches, it disappears and disappears on the side surface of the groove 1a, so that the dislocation density in the SiGe film can be reduced. Further, since a groove 1a is formed in advance on the surface of the Si substrate 1 and the SiGe layer SG is formed uniformly on this surface, an advanced and low-speed film forming technique such as selective growth as in the prior art is unnecessary. Becomes

【0041】また、エピタキシャル成長する工程後に熱
処理を施すので、熱処理により積極的に転位DLを熱運
動させて、溝1aに到達させることができ、より転位密
度を低減することができると共に、溝1aと溝1aとの
間隔が広い場合(すなわち、SiGe層SGの平坦領域
の面積が大きい場合)でも、転位DLを溝1aにまで到
達させることができる。
Further, since the heat treatment is performed after the step of epitaxial growth, the dislocation DL can be positively thermally moved by the heat treatment to reach the groove 1a, so that the dislocation density can be further reduced, and the dislocation density can be further reduced. Even when the distance from the groove 1a is large (that is, when the area of the flat region of the SiGe layer SG is large), the dislocation DL can reach the groove 1a.

【0042】さらに、傾斜組成領域である第1のSiG
e層2においてGe組成比が漸次増えるために、第2の
SiGe層3中の転位の密度を抑制することができると
共に、転位DLが第1のSiGe層2に沿った方向に運
動し易くなり、より溝1aの側面で転位DLを消滅させ
ることができる。また、溝1aが、デバイス領域1bを
有する半導体チップをチップサイズに切断分離するため
の切り代部分に配置すれば、デバイス領域1bに支障無
く溝1aを形成することができ、デバイス作製上、無駄
が生じることがなく、また回路設計に制約を課すことも
ない。
Further, the first SiG which is a gradient composition region
Since the Ge composition ratio in the e layer 2 gradually increases, the density of dislocations in the second SiGe layer 3 can be suppressed, and the dislocations DL easily move in the direction along the first SiGe layer 2. Thus, the dislocation DL can be eliminated on the side surface of the groove 1a. In addition, if the groove 1a is arranged in a cut-off portion for cutting and separating a semiconductor chip having the device region 1b into a chip size, the groove 1a can be formed without any trouble in the device region 1b, which is wasteful in device fabrication. And no restrictions are imposed on the circuit design.

【0043】次に、本発明の上記歪みSi層を備えた半
導体ウェーハWを用いた電界効果型トランジスタ(MO
SFET)を、その製造プロセスと合わせて図6を参照
して説明する。
Next, a field effect transistor (MO) using a semiconductor wafer W having the above-mentioned strained Si layer of the present invention.
SFET) will be described together with its manufacturing process with reference to FIG.

【0044】図6は、本発明の電界効果型トランジスタ
の概略的な構造を示すものであって、この電界効果型ト
ランジスタを製造するには、上記の製造工程で作製した
歪みSi層を備えた半導体ウェーハW表面の歪みSi層
4上にSiO2のゲート酸化膜5及びゲートポリシリコ
ン膜6を順次堆積する。そして、チャネル領域となる部
分上のゲートポリシリコン膜6上にゲート電極(図示
略)をパターニングして形成する。
FIG. 6 shows a schematic structure of a field-effect transistor of the present invention. In order to manufacture this field-effect transistor, a strained Si layer formed in the above-described manufacturing process was provided. A gate oxide film 5 of SiO 2 and a gate polysilicon film 6 are sequentially deposited on the strained Si layer 4 on the surface of the semiconductor wafer W. Then, a gate electrode (not shown) is formed by patterning on the gate polysilicon film 6 on a portion to be a channel region.

【0045】次に、ゲート酸化膜5もパターニングして
ゲート電極下以外の部分を除去する。さらに、ゲート電
極をマスクに用いたイオン注入により、歪みSi層4及
び第2のSiGe層3にn型あるいはp型のソース領域
S及びドレイン領域Dを自己整合的に形成する。この
後、ソース領域S及びドレイン領域D上にソース電極及
びドレイン電極(図示略)をそれぞれ形成して、歪みS
i層4がチャネル領域となるn型あるいはp型MOSF
ETが製造される。
Next, the gate oxide film 5 is also patterned to remove portions other than those below the gate electrode. Further, an n-type or p-type source region S and a drain region D are formed in the strained Si layer 4 and the second SiGe layer 3 in a self-aligned manner by ion implantation using the gate electrode as a mask. Thereafter, a source electrode and a drain electrode (not shown) are formed on the source region S and the drain region D, respectively.
n-type or p-type MOSF in which i-layer 4 becomes a channel region
An ET is manufactured.

【0046】このように作製されたMOSFETでは、
上記製法で作製された歪みSi層を備えた半導体ウェー
ハWの歪みSi層4にチャネル領域が形成されるので、
良質な歪みSi層4により動作特性に優れたMOSFE
Tを高歩留まりで得ることができる。
In the MOSFET thus manufactured,
Since a channel region is formed in the strained Si layer 4 of the semiconductor wafer W having the strained Si layer manufactured by the above-described manufacturing method,
MOSFE with excellent operation characteristics due to high quality strained Si layer 4
T can be obtained with a high yield.

【0047】次に、本発明に係る第2実施形態を、図7
及び図8を参照しながら説明する。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0048】第2実施形態と第1実施形態との異なる点
は、第1実施形態では、Si基板1表面に溝1aを形成
した後にSiGe層SGを成膜し、さらに熱処理を行っ
ているのに対し、第2実施形態では、図7に示すよう
に、Si基板1に溝を形成せず、SiGe層SGに溝G
を形成している点である。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, after the grooves 1a are formed on the surface of the Si substrate 1, the SiGe layer SG is formed, and the heat treatment is further performed. On the other hand, in the second embodiment, as shown in FIG. 7, no groove is formed in the Si substrate 1 and the groove G is formed in the SiGe layer SG.
Is formed.

【0049】すなわち、本実施形態では、図7の(a)
に示すように、平坦なSi基板1上に第1のSiGe層
2及び第2のSiGe層3を続けて成膜したSiGe層
SGを形成し、そしてSiGe層SG表面にマスクによ
りパターニングして、図7の(b)に示すように、スク
ライブラインとなる領域にエッチングにより溝Gを形成
する。さらに、この状態のウェーハを熱処理炉で熱処理
し、熱処理後に、第2のSiGe層3上にSiをエピタ
キシャル成長して歪みSi層を形成し、歪みSi層を備
えた半導体ウェーハを作製する。
That is, in the present embodiment, FIG.
As shown in FIG. 2, a SiGe layer SG in which a first SiGe layer 2 and a second SiGe layer 3 are successively formed on a flat Si substrate 1 is formed, and the surface of the SiGe layer SG is patterned by using a mask. As shown in FIG. 7B, a groove G is formed in a region to be a scribe line by etching. Further, the wafer in this state is heat-treated in a heat treatment furnace, and after the heat treatment, Si is epitaxially grown on the second SiGe layer 3 to form a strained Si layer, and a semiconductor wafer having the strained Si layer is manufactured.

【0050】本実施形態では、Si基板1上にSiGe
層SGをエピタキシャル成長した後にSiGe層SGに
溝Gを形成し、その後に熱処理が施されるので、熱処理
により積極的に転位DLを熱運動させて溝Gに到達さ
せ、転位DLを溝Gの側面で消滅させることができ、S
iGe層中の転位密度を低減することができる。また、
本実施形態では、第1実施形態と同様に、エッチングに
より溝を形成するので、選択成長のような高度で低速な
成長技術を用いずに済む。なお、本実施形態では、溝で
あればSi基板1表面に達していなくても転位DLの低
減効果を得ることができるが、好ましくはSi基板1表
面に達する深い溝Gを形成することにより、高い転位低
減効果を得ることができる。
In the present embodiment, the SiGe
After the layer SG is epitaxially grown, a groove G is formed in the SiGe layer SG, and then a heat treatment is performed. Can be eliminated by S
The dislocation density in the iGe layer can be reduced. Also,
In the present embodiment, as in the first embodiment, since the grooves are formed by etching, it is not necessary to use an advanced and slow growth technique such as selective growth. In the present embodiment, the effect of reducing the dislocation DL can be obtained even if the groove does not reach the surface of the Si substrate 1. However, it is preferable to form the deep groove G that reaches the surface of the Si substrate 1. A high dislocation reduction effect can be obtained.

【0051】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば、上記各実施形態では、エッチングにより溝を形成
したが、ダイシング技術等を用いて機械的加工により溝
を形成しても構わない。また、エピタキシャル成長する
工程後に転位を熱運動させる熱処理を行ったが、エピタ
キシャル成長工程中に熱処理を施しても構わない。ま
た、上記各実施形態の歪みSi層を備えた半導体ウェー
ハWの歪みSi層上に、さらにSiGe層を備えた半導
体ウェーハも本発明に含まれる。また、第2のSiGe
層上に直接歪みSi層を成膜したが、第2のSiGe層
上にさらに他のSiGe層を成膜し、該SiGe層を介
して歪みSi層をエピタキシャル成長しても構わない。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in each of the above embodiments, the groove is formed by etching, but the groove may be formed by mechanical processing using a dicing technique or the like. Further, the heat treatment for thermally moving the dislocations is performed after the epitaxial growth step, but the heat treatment may be performed during the epitaxial growth step. Further, the present invention includes a semiconductor wafer further provided with a SiGe layer on the strained Si layer of the semiconductor wafer W provided with the strained Si layer of each of the above embodiments. Also, the second SiGe
Although the strained Si layer is formed directly on the layer, another SiGe layer may be formed on the second SiGe layer, and the strained Si layer may be epitaxially grown via the SiGe layer.

【0052】また、上記各実施形態では、MOSFET
用の基板としてSiGe層を有する半導体ウェーハを作
製したが、他の用途に適用する基板としても構わない。
例えば、本発明のSiGe層の形成方法及び半導体基板
を太陽電池用の基板に適用してもよい。すなわち、上述
した各実施形態のSi基板上に最表面で100%Geと
なるようにGe組成比を漸次増加させた傾斜組成層のS
iGe層を成膜し、さらにこの上にGaAs(ガリウム
ヒ素)を成膜することで、太陽電池用基板を作製しても
よい。この場合、低転位密度で高特性の太陽電池用基板
が得られる。
In each of the above embodiments, the MOSFET
A semiconductor wafer having a SiGe layer was manufactured as a substrate for use, but it may be a substrate applied to other uses.
For example, the method for forming a SiGe layer and the semiconductor substrate of the present invention may be applied to a substrate for a solar cell. That is, on the Si substrate of each of the above-described embodiments, the S composition of the gradient composition layer in which the Ge composition ratio is gradually increased so as to be 100% Ge at the outermost surface.
A solar cell substrate may be manufactured by forming an iGe layer and further forming GaAs (gallium arsenide) thereon. In this case, a high-performance solar cell substrate having a low dislocation density can be obtained.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明の半導体基板及びSiGe層の形成方法によれ
ば、溝が形成されたSi基板表面にSiGe層が成膜さ
れるので、転位が溝に到達して抜けて消滅するため、S
iGe層中の転位密度を低減することができ、デバイス
領域の欠陥密度を低減することができる。また、予めS
i基板表面に溝を形成し、この表面に一様にSiGe層
を成膜すればよいため、従来技術のように選択成長のよ
うな高度で低速な成膜技術が不要となる。したがって、
比較的容易な成膜技術を用いるので、プロセス上の制約
を少なくでき、また、デバイス領域外に形成した溝で転
位を消滅させることができるので、デバイス設計上の制
約を少なくすることができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
According to the method for forming a semiconductor substrate and a SiGe layer of the present invention, since a SiGe layer is formed on the surface of a Si substrate having a groove formed thereon, dislocations reach the groove and pass through, and disappear.
The dislocation density in the iGe layer can be reduced, and the defect density in the device region can be reduced. In addition, S
Since a groove may be formed on the surface of the i-substrate and the SiGe layer may be uniformly formed on the surface, an advanced and low-speed film forming technique such as selective growth as in the related art is not required. Therefore,
Since a relatively easy film-forming technique is used, restrictions on the process can be reduced, and dislocations can be eliminated by grooves formed outside the device region, so that restrictions on device design can be reduced.

【0054】また、本発明の半導体基板及びSiGe層
の形成方法によれば、Si基板上にSiGe層をエピタ
キシャル成長した後にSiGe層に溝を形成し、その後
に熱処理が施されるので、熱処理により積極的に転位を
熱運動させて溝に到達させ、転位を溝で消滅させること
ができ、SiGe層中の転位密度を低減することができ
る。
According to the method of forming a semiconductor substrate and a SiGe layer of the present invention, a groove is formed in the SiGe layer after the SiGe layer is epitaxially grown on the Si substrate, and then a heat treatment is performed. The dislocations can be thermally moved to reach the grooves, and the dislocations can be eliminated by the grooves, and the dislocation density in the SiGe layer can be reduced.

【0055】また、本発明の歪みSi層を備えた半導体
基板及び歪みSi層の形成方法によれば、SiGe層を
有するSi基板が上記本発明の半導体基板であり、また
Si基板上のSiGe層が、上記本発明のSiGe層の
形成方法により成膜されるので、表面状態が良好なSi
Ge層上にSi層を成膜でき、良質な歪みSi層を形成
することができる。
According to the semiconductor substrate having the strained Si layer and the method of forming the strained Si layer of the present invention, the Si substrate having the SiGe layer is the semiconductor substrate of the present invention, and the SiGe layer on the Si substrate is provided. Is formed by the above-described method for forming a SiGe layer of the present invention, so that Si
A Si layer can be formed on the Ge layer, and a high-quality strained Si layer can be formed.

【0056】また、本発明の電界効果型トランジスタ及
び電界効果型トランジスタの製造方法によれば、上記本
発明の半導体基板の前記歪みSi層にチャネル領域が形
成され、また上記本発明の歪みSi層の形成方法によ
り、チャネル領域となる歪みSi層が形成されているの
で、良質な歪みSi層により高特性なMOSFETを高
歩留まりで得ることができる。
According to the field effect transistor and the method of manufacturing the field effect transistor of the present invention, a channel region is formed in the strained Si layer of the semiconductor substrate of the present invention, and the strained Si layer of the present invention is formed. Since the strained Si layer serving as the channel region is formed by the formation method described above, a high-performance MOSFET can be obtained with a high yield by using a high-quality strained Si layer.

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

【図1】 本発明に係る第1実施形態における半導体基
板を製造工程順に示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to a first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図2】 本発明に係る第1実施形態における歪みSi
層を備えた半導体基板を示す要部の拡大断面図である。
FIG. 2 shows strained Si according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part showing a semiconductor substrate provided with layers.

【図3】 本発明に係る第1実施形態における歪みSi
層を備えた半導体基板を示す要部の平面図である。
FIG. 3 shows strained Si according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of a main part showing a semiconductor substrate provided with layers.

【図4】 本発明に係る第1実施形態における歪みSi
層を備えた半導体基板の膜厚に対するGe組成比を示す
グラフである。
FIG. 4 shows strained Si according to the first embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a Ge composition ratio with respect to a film thickness of a semiconductor substrate having a layer.

【図5】 本発明に係る第1実施形態における転位を説
明するための要部断面における概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram in a main part cross section for explaining dislocations in the first embodiment according to the present invention.

【図6】 本発明に係る第1実施形態におけるMOSF
ETを示す概略的な断面図である。
FIG. 6 shows a MOSF according to the first embodiment of the present invention.
It is a schematic sectional drawing which shows ET.

【図7】 本発明に係る第2実施形態における半導体基
板を製造工程順に示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図8】 本発明に係る第2実施形態における転位を説
明するための要部断面における概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram in a main part cross section for explaining dislocation in a second embodiment according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 1a、G 溝 1b デバイス領域 2 第1のSiGe層 3 第2のSiGe層 4 歪みSi層 5 SiO2ゲート酸化膜 6 ゲートポリシリコン膜 S ソース領域 D ドレイン領域 DL 転位 SG SiGe層 W 歪みSi層を備えた半導体ウェーハ(半導体基板) W0 半導体ウェーハ(半導体基板)1 Si substrate 1a, G the grooves 1b device region 2 first SiGe layer 3 and the second SiGe layer 4 strained Si layer 5 SiO 2 gate oxide film 6 gate polysilicon film S source region D drain region DL dislocation SG SiGe layer W strain Semiconductor wafer with semiconductor layer (semiconductor substrate) W0 Semiconductor wafer (semiconductor substrate)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水嶋 一樹 埼玉県さいたま市北袋町1丁目297番地 三菱マテリアル株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 5F052 AA11 AA17 DA01 FA13 JA01 KA02 KA05 5F140 AA00 AA01 AC28 BA01 BA05 BA17 BA20 BC12 BC19 BF01 BF04 BK22  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Kazuki Mizushima 1-297 Kitabukuro-cho, Saitama-shi, Saitama F-term in Mitsubishi Materials Research Institute 5F052 AA11 AA17 DA01 FA13 JA01 KA02 KA05 5F140 AA00 AA01 AC28 BA01 BA05 BA17 BA20 BC12 BC19 BF01 BF04 BK22

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Si基板と、 該Si基板上のSiGe層とを備え、 前記Si基板は、表面に溝を有していることを特徴とす
る半導体基板。
1. A semiconductor substrate comprising: a Si substrate; and a SiGe layer on the Si substrate, wherein the Si substrate has a groove on a surface.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体基板において、 前記Si基板は、結晶表面の{001}面であり、 前記溝は、その側面が{111}面となる断面V字状で
あることを特徴とする半導体基板。
2. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the Si substrate has a {001} plane of a crystal surface, and the groove has a V-shaped cross section having a side surface of a {111} plane. A semiconductor substrate characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の半導体基板にお
いて、 前記溝は、半導体素子が形成されるデバイス領域に隣接
していることを特徴とする半導体基板。
3. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the groove is adjacent to a device region where a semiconductor element is formed.
【請求項4】 請求項3に記載の半導体基板において、 前記溝は、前記デバイス領域を有する半導体チップをチ
ップサイズに切断分離するための切り代部分に配されて
いることを特徴とする半導体基板。
4. The semiconductor substrate according to claim 3, wherein the groove is provided at a cut-off portion for cutting and separating a semiconductor chip having the device region into a chip size. .
【請求項5】 請求項1から4のいずれかに記載の半導
体基板において、 前記溝は、格子状に形成されていることを特徴とする半
導体基板。
5. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein said grooves are formed in a lattice shape.
【請求項6】 請求項1から5のいずれかに記載の半導
体基板において、 前記SiGe層は、少なくとも一部にGe組成比を表面
に向けて漸次増加する傾斜組成領域を有することを特徴
とする半導体基板。
6. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the SiGe layer has, at least in part, a gradient composition region in which a Ge composition ratio gradually increases toward a surface. Semiconductor substrate.
【請求項7】 請求項1から6のいずれかに記載の半導
体基板の前記SiGe層上に直接又は他のSiGe層を
介して配された歪みSi層を備えていることを特徴とす
る半導体基板。
7. A semiconductor substrate according to claim 1, further comprising a strained Si layer disposed directly or via another SiGe layer on the SiGe layer of the semiconductor substrate according to claim 1. .
【請求項8】 SiGe層上の歪みSi層にチャネル領
域を有する電界効果型トランジスタであって、 請求項7に記載の半導体基板の前記歪みSi層に前記チ
ャネル領域を有することを特徴とする電界効果型トラン
ジスタ。
8. A field effect transistor having a channel region in a strained Si layer on a SiGe layer, wherein the field region has the channel region in the strained Si layer of the semiconductor substrate according to claim 7. Effect type transistor.
【請求項9】 Si基板上にSiGe層を形成する方法
であって、 前記Si基板表面に溝を形成する工程と、 前記Si基板上に前記SiGe層をエピタキシャル成長
する工程とを備えていることを特徴とするSiGe層の
形成方法。
9. A method for forming a SiGe layer on a Si substrate, comprising: forming a groove on the surface of the Si substrate; and epitaxially growing the SiGe layer on the Si substrate. Characteristic method of forming a SiGe layer.
【請求項10】 請求項9に記載のSiGe層の形成方
法において、 前記エピタキシャル成長する工程中又は後に熱処理を施
すことを特徴とするSiGe層の形成方法。
10. The method for forming a SiGe layer according to claim 9, wherein a heat treatment is performed during or after the step of epitaxially growing.
【請求項11】 請求項9又は10のいずれかに記載の
SiGe層の形成方法において、 前記Si基板は、結晶表面の{001}面であり、 前記溝を、その側面が{111}面となる断面V字状に
形成することを特徴とするSiGe層の形成方法。
11. The method for forming a SiGe layer according to claim 9, wherein the Si substrate has a {001} plane of a crystal surface, and the trench has a {111} plane. A method of forming a SiGe layer, wherein the SiGe layer is formed in a V-shaped cross section.
【請求項12】 Si基板上にSiGe層を形成する方
法であって、 前記Si基板上に前記SiGe層をエピタキシャル成長
する工程と、 該エピタキシャル成長する工程後に前記SiGe層に溝
を形成する工程と、 前記溝を形成する工程後に熱処理を施す工程とを備えて
いることを特徴とするSiGe層の形成方法。
12. A method of forming a SiGe layer on a Si substrate, comprising: epitaxially growing the SiGe layer on the Si substrate; forming a groove in the SiGe layer after the epitaxial growing step; Performing a heat treatment after the step of forming the groove.
【請求項13】 請求項9から12のいずれかに記載の
SiGe層の形成方法において、 前記溝を、半導体素子が形成されるデバイス領域に隣接
させて形成することを特徴とするSiGe層の形成方
法。
13. The method for forming a SiGe layer according to claim 9, wherein the groove is formed adjacent to a device region in which a semiconductor element is formed. Method.
【請求項14】 請求項13に記載のSiGe層の形成
方法において、 前記溝を、前記デバイス領域を有する半導体チップをチ
ップサイズに切断分離するための切り代部分に形成する
ことを特徴とするSiGe層の形成方法。
14. The SiGe layer forming method according to claim 13, wherein the groove is formed in a cut-off portion for cutting and separating a semiconductor chip having the device region into a chip size. The method of forming the layer.
【請求項15】 請求項9から14のいずれかに記載の
SiGe層の形成方法において、 前記溝は、格子状に形成されていることを特徴とするS
iGe層の形成方法。
15. The method of forming a SiGe layer according to claim 9, wherein the grooves are formed in a lattice shape.
Method for forming iGe layer.
【請求項16】 請求項9から15のいずれかに記載の
SiGe層の形成方法において、 前記SiGe層のうち少なくとも一部にGe組成比を表
面に向けて漸次増加させた傾斜組成領域を形成すること
を特徴とするSiGe層の形成方法。
16. The method for forming a SiGe layer according to claim 9, wherein a gradient composition region in which a Ge composition ratio is gradually increased toward a surface is formed in at least a part of the SiGe layer. A method for forming a SiGe layer, comprising:
【請求項17】 Si基板上にSiGe層を介して歪み
Si層を形成する方法であって、 前記Si基板上のSiGe層を、請求項9から16のい
ずれかに記載のSiGe層の形成方法により成膜するこ
とを特徴とする歪みSi層の形成方法。
17. A method for forming a strained Si layer on a Si substrate via a SiGe layer, wherein the SiGe layer on the Si substrate is formed by the method according to claim 9. A method for forming a strained Si layer, characterized in that the film is formed by:
【請求項18】 SiGe層上にエピタキシャル成長さ
れた歪みSi層にチャネル領域が形成される電界効果型
トランジスタの製造方法であって、 請求項17に記載の歪みSi層の形成方法により前記歪
みSi層を形成することを特徴とする電界効果型トラン
ジスタの製造方法。
18. A method for manufacturing a field-effect transistor in which a channel region is formed in a strained Si layer epitaxially grown on a SiGe layer, wherein the strained Si layer is formed by the method for forming a strained Si layer according to claim 17. Forming a field effect transistor.
【請求項19】 Si基板上にSiGe層が形成された
半導体基板であって、 請求項9から16のいずれかに記載のSiGe層の形成
方法により前記SiGe層が形成されていることを特徴
とする半導体基板。
19. A semiconductor substrate having a SiGe layer formed on a Si substrate, wherein the SiGe layer is formed by the method for forming a SiGe layer according to claim 9. Description: Semiconductor substrate.
【請求項20】 Si基板上にSiGe層を介して歪み
Si層が形成された半導体基板であって、 請求項17に記載の歪みSi層の形成方法により前記歪
みSi層が形成されていることを特徴とする半導体基
板。
20. A semiconductor substrate having a strained Si layer formed on a Si substrate via a SiGe layer, wherein the strained Si layer is formed by the strained Si layer forming method according to claim 17. A semiconductor substrate characterized by the above-mentioned.
【請求項21】 SiGe層上にエピタキシャル成長さ
れた歪みSi層にチャネル領域が形成される電界効果型
トランジスタであって、 請求項18に記載の歪みSi層の形成方法により前記歪
みSi層が形成されていることを特徴とする電界効果型
トランジスタ。
21. A field effect transistor in which a channel region is formed in a strained Si layer epitaxially grown on a SiGe layer, wherein the strained Si layer is formed by the method for forming a strained Si layer according to claim 18. A field-effect transistor.
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