JP2003158250A - CMOS OF SiGe/SOI AND ITS MANUFACTURING METHOD - Google Patents

CMOS OF SiGe/SOI AND ITS MANUFACTURING METHOD

Info

Publication number
JP2003158250A
JP2003158250A JP2002269227A JP2002269227A JP2003158250A JP 2003158250 A JP2003158250 A JP 2003158250A JP 2002269227 A JP2002269227 A JP 2002269227A JP 2002269227 A JP2002269227 A JP 2002269227A JP 2003158250 A JP2003158250 A JP 2003158250A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
silicon
germanium layer
silicon germanium
annealing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2002269227A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ten Suu Shien
テン スー シェン
Douglas J Tweet
ジェイ. ツイート ダグラス
David R Evans
ラッセル エバンス ダビッド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US10/016,373 external-priority patent/US20020168802A1/en
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Publication of JP2003158250A publication Critical patent/JP2003158250A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78684Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising semiconductor materials of Group IV not being silicon, or alloys including an element of the group IV, e.g. Ge, SiN alloys, SiC alloys
    • H01L29/78687Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising semiconductor materials of Group IV not being silicon, or alloys including an element of the group IV, e.g. Ge, SiN alloys, SiC alloys with a multilayer structure or superlattice structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/84Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being other than a semiconductor body, e.g. being an insulating body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66742Thin film unipolar transistors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the structure of a simple SiGe/SOI and its forming method. SOLUTION: A method to form a SiGe/SOI structure contains a process in which an on-insulator silicon substrate comprising a buried oxide layer is provided, a process in which a silicon germanium layer is deposited on the substrate and a process in which the silicon germanium layer on the substrate is annealed for a time of at least 1 sec at a temperature of at least 1,050 deg.C. The process in which the silicon germanium layer is annealed is conducted for the time within a range of 1 to 10 sec at the temperature of at least 1,100 deg.C.

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CMOS集積
回路に関し、より詳細には、絶縁体上シリコン(SO
I)埋め込み酸化物(BOX)上に緩和したシリコンゲ
ルマニウム(SiGe)層を含み、欠陥密度が小さい高
速CMOS集積回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to high speed CMOS integrated circuits, and more particularly to silicon on insulator (SO
I) A high speed CMOS integrated circuit including a relaxed silicon germanium (SiGe) layer on a buried oxide (BOX) and having a low defect density.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコンゲルマニウム(SiGe)金属
酸化物半導体(MOS)トランジスタは、表面歪みシリ
コンおよび埋め込み歪みシリコン構造上に製造される。
このデバイスは、通常、傾斜Si1−xGeの厚膜層
からなり、xは1μm〜2μmの緩和SiGe層の下部
を0.0、上部を0.3としてこの間を変化する。表面
歪みMOSトランジスタの場合には、傾斜SiGe上に
50nm〜150nmの緩和Si1−xGe層が成長
し、その後歪みシリコンエピタキシャル層が成長する。
埋め込み歪みMOSトランジスタの場合、SiGeのさ
らなる層は、歪みシリコン層上に堆積される。この構造
により、電界効果移動度は、純シリコンデバイスの移動
度から80%増加し得る。pMOSTデバイスでは、4
00cm/Vsの電界正孔移動度が達成されている。
特に、出願人は、歪みSiGeを用いたpMOST上の
シリコンキャップチャネルにおける実効正孔移動度につ
いて、50%を越えるエンハンスメントを得た。
Silicon germanium (SiGe) metal oxide semiconductor (MOS) transistors are fabricated on surface strained silicon and buried strained silicon structures.
The device typically consists of a thick film layer of graded Si 1-x Ge x , with x varying between 1 μm and 2 μm relaxed SiGe layer with 0.0 at the bottom and 0.3 at the top. In the case of a surface strained MOS transistor, a relaxed Si 1-x Ge x layer of 50 nm to 150 nm is grown on the graded SiGe, and then a strained silicon epitaxial layer is grown.
For buried strained MOS transistors, an additional layer of SiGe is deposited on the strained silicon layer. With this structure, field effect mobility can be increased by 80% from that of pure silicon devices. 4 for pMOST devices
Field hole mobilities of 00 cm 2 / Vs have been achieved.
In particular, Applicants have obtained an enhancement of more than 50% on the effective hole mobility in a silicon cap channel on pMOST with strained SiGe.

【0003】類似の構造(ただし、緩和した傾斜SiG
e層内に埋め込みシリコン酸化物を含む)上に製造され
たSiGe/SOIトランジスタもまた製造されてい
る。このSiGe/SOI構造の正孔移動度および電子
移動度の利得は、対比シリコントランジスタのものより
も、それぞれ45%、60%高い。この構造は非常に複
雑であり、結晶欠陥密度が高すぎるため、大規模集積回
路の応用には不向きである。
Similar structure, but with relaxed graded SiG
SiGe / SOI transistors fabricated on (including buried silicon oxide in the e-layer) have also been fabricated. The hole mobility and electron mobility gains of this SiGe / SOI structure are 45% and 60% higher than those of the comparable silicon transistor, respectively. This structure is very complicated and its crystal defect density is too high, which makes it unsuitable for large-scale integrated circuit applications.

【0004】S.T.HsuおよびT.Nakada
に、1998年3月10日に付与された、“Ge−Si
SOI MOS Transistor and M
ethod for Fabricating Sam
e”と称する、米国特許第5,726,459号は、G
eをドープしたシリコン層の形成にイオン注入が用いら
れたデバイスを開示する(特許文献1参照)。Geイオ
ンドープ量は非常に多く、注入時間は長い。さらに、シ
リコン層はGeイオン注入の間、完全にアモルファス化
され得、再結晶化できない。従って、上記の特許におい
て開示された方法を用いて、良質のSiGe膜を信頼性
あるものとして得ることができない。
S. T. Hsu and T.W. Nakada
, "Ge-Si," granted on March 10, 1998.
SOI MOS Transistor and M
method for Fabricating Sam
e ", U.S. Pat. No. 5,726,459
A device in which ion implantation is used to form a silicon layer doped with e is disclosed (see Patent Document 1). The Ge ion doping amount is very large, and the implantation time is long. Moreover, the silicon layer can be completely amorphized during Ge ion implantation and cannot be recrystallized. Therefore, a high quality SiGe film cannot be reliably obtained using the methods disclosed in the above patents.

【0005】[0005]

【特許文献1】米国特許第5,726,459号[Patent Document 1] US Pat. No. 5,726,459

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】したがって、簡単なS
iGe/SOI構造が必要である。さらに、そのような
簡単なSiGe/SOIのCMOS構造の製造方法が必
要である。
Therefore, a simple S
iGe / SOI structure is required. Further, there is a need for such a simple method of manufacturing a SiGe / SOI CMOS structure.

【0007】従って、本発明の目的は、簡単なSiGe
/SOIの構造およびそれを生成する方法を提供するこ
とである。
Therefore, the object of the present invention is to simplify SiGe.
/ SOI structure and method of generating it.

【0008】本発明の別の目的は、高速CMOS集積回
路、および、それを製造する方法を提供することであ
り、この回路は絶縁体上シリコン(SOI)埋め込み酸
化物(BOX)上に緩和シリコンゲルマニウム(SiG
e)を含む構造である。
Another object of the present invention is to provide a high speed CMOS integrated circuit and a method of manufacturing the same, which circuit comprises relaxed silicon on silicon on insulator (SOI) oxide (BOX). Germanium (SiG
It is a structure including e).

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によるSiGe/
SOI構造を形成する方法は、埋め込み酸化物層を含む
絶縁体上シリコン基板を提供する工程と、該基板にシリ
コンゲルマニウム層を堆積する工程と、該基板上の該シ
リコンゲルマニウム層を少なくとも1050℃の温度で
少なくとも1秒の時間、アニーリングする工程とを包含
し、これにより上記目的を達成する。
SiGe / according to the present invention
A method of forming an SOI structure includes providing a silicon-on-insulator substrate that includes a buried oxide layer, depositing a silicon germanium layer on the substrate, and depositing the silicon germanium layer on the substrate at a temperature of at least 1050 ° C. Annealing at temperature for a time of at least 1 second, thereby achieving the above objectives.

【0010】前記シリコンゲルマニウム層をアニーリン
グする工程は、少なくとも1100℃の温度で1〜10
秒の範囲の時間行われてもよい。
The step of annealing the silicon germanium layer is performed at a temperature of at least 1100 ° C. for 1-10.
The time may be in the range of seconds.

【0011】前記シリコンゲルマニウム層をアニーリン
グする工程は、少なくとも1150℃の温度で1〜10
秒の範囲の時間行われてもよい。
The step of annealing the silicon germanium layer is performed at a temperature of at least 1150 ° C. for 1-10.
The time may be in the range of seconds.

【0012】前記少なくとも1050℃の温度で基板上
のシリコンゲルマニウム層をアニーリングする工程の前
に、該シリコンゲルマニウム層を550℃〜1050℃
の範囲の温度で0.5〜4.0時間の範囲の時間、アニ
ーリングしてもよい。
Prior to the step of annealing the silicon germanium layer on the substrate at a temperature of at least 1050 ° C., the silicon germanium layer is heated to 550 ° C. to 1050 ° C.
Annealing may be performed at a temperature in the range of 0.5 to 4.0 hours.

【0013】前記シリコンゲルマニウム層はSi1−X
Geを含み、ただし、xは0.1〜0.9の範囲であ
ってもよい。
The silicon germanium layer is Si 1-X.
Ge X is included, where x may range from 0.1 to 0.9.

【0014】前記シリコンゲルマニウム層はSi1−X
Geを含み、ただしxは0.2〜0.5の範囲であっ
てもよい。
The silicon germanium layer is Si 1-X.
Ge X is included, where x may range from 0.2 to 0.5.

【0015】前記アニールされたシリコンゲルマニウム
層上に引っ張り歪みシリコン層を成長させる工程をさら
に包含してもよい。
The method may further include growing a tensile strained silicon layer on the annealed silicon germanium layer.

【0016】本発明による上記方法で生成されるトラン
ジスタは、緩和したシリコンゲルマニウム層および該シ
リコンゲルマニウム層上に位置する引っ張り歪みシリコ
ン層を含み、これにより上記目的を達成する。
The transistor produced by the above method according to the present invention comprises a relaxed silicon germanium layer and a tensile strained silicon layer located on the silicon germanium layer, thereby achieving the above object.

【0017】本発明によるSiGe/SOI構造を形成
する方法は、埋め込み酸化物層を含む絶縁体上シリコン
基板を提供する工程と、該基板に該シリコンゲルマニウ
ム層を堆積する工程と、該基板上の該シリコンゲルマニ
ウム層を550℃〜1050℃の範囲の温度で0.5〜
4.0時間の範囲の時間、アニーリングする工程を包含
する第1のアニーリング工程を行う工程と、該基板上の
該シリコンゲルマニウム層を少なくとも1050℃の温
度で1〜10秒の時間、アニーリングする工程を包含す
る第2のアニーリング工程を行う工程とを包含し、これ
により上記目的を達成する。
The method of forming a SiGe / SOI structure according to the present invention comprises providing a silicon-on-insulator substrate including a buried oxide layer, depositing the silicon-germanium layer on the substrate, and depositing the silicon-germanium layer on the substrate. The silicon germanium layer at a temperature in the range of 550 ° C. to 1050 ° C.
Performing a first annealing step including an annealing step for a time in the range of 4.0 hours, and annealing the silicon germanium layer on the substrate at a temperature of at least 1050 ° C. for a time of 1 to 10 seconds. Carrying out a second annealing step, which comprises:

【0018】前記シリコンゲルマニウム層はSi1−X
Geを含み、ただし、xは0.1〜0.9の範囲であ
ってもよい。
The silicon germanium layer is Si 1-X.
Ge X is included, where x may range from 0.1 to 0.9.

【0019】前記シリコンゲルマニウム層上に引っ張り
歪みシリコン層を成長させる工程をさらに包含してもよ
い。
The method may further include growing a tensile strained silicon layer on the silicon germanium layer.

【0020】前記方法は、前記シリコンゲルマニウム層
および該シリコンゲルマニウム層上に位置する前記引っ
張り歪みシリコン層を含むトランジスタを生成し、該シ
リコンゲルマニウム層は緩和されていてもよい。
The method produces a transistor including the silicon germanium layer and the tensile strained silicon layer overlying the silicon germanium layer, which may be relaxed.

【0021】前記第1のアニーリング工程の後に、前記
シリコンゲルマニウム層および前記絶縁体上シリコン基
板からのシリコンは、Si1−yGe(yがxより小
さい)によって規定されるシリコンゲルマニウム層を形
成するために結合してもよい。
After the first annealing step, the silicon from the silicon germanium layer and the silicon-on-insulator substrate forms a silicon germanium layer defined by Si 1-y Ge y (y is less than x). May be combined to

【0022】前記第2のアニーリング工程は、急速熱ア
ニーリング、レーザーアニーリング、および、フラッシ
ュランプ等の光アニーリングからなる群から選択される
方法によって行われてもよい。
The second annealing step may be performed by a method selected from the group consisting of rapid thermal annealing, laser annealing, and optical annealing such as a flash lamp.

【0023】前記方法は、nMOSチャネルとしての用
途に適応した上部シリコン層を含むトランジスタを生成
してもよい。
The method may produce a transistor including an upper silicon layer adapted for use as an nMOS channel.

【0024】前記方法は、シリコンゲルマニウム層上に
位置する上部シリコン層を含むトランジスタを生成し、
該上部のシリコン層および該シリコンゲルマニウム層が
それぞれ、pMOSチャネルとしての用途に適応してい
てもよい。
The above method produces a transistor including an upper silicon layer overlying a silicon germanium layer,
The upper silicon layer and the silicon germanium layer may each be adapted for use as a pMOS channel.

【0025】前記シリコンゲルマニウム層は最大40n
mの厚さまで堆積されてもよい。
The silicon germanium layer has a maximum thickness of 40 n
It may be deposited to a thickness of m.

【0026】本発明によれば、上記方法で生成されるト
ランジスタを提供し、これにより上記目的を達成する。
According to the present invention, there is provided a transistor produced by the above method, thereby achieving the above object.

【0027】本発明は、簡単なSiGe/SOI構造お
よびその製造方法を提供する。詳述すると、SiGeエ
ピタキシャル層を成長させ、続いて550℃から105
0℃の範囲の温度で拡散アニーリングを行うことによ
り、SOIの上部シリコン層は、Si1−xGeに変
わる。緩和アニール工程とも呼ばれる第2のアニール工
程は、通常、1050℃から1200℃の範囲の温度で
行われる。この温度処理によってGeが拡散し、上部シ
リコン層を緩和SiGe層に変え、SOI膜のすべての
欠陥を除去する。従って、欠陥のないSiGe結晶が得
られる。SiGe層上には続いてキャップのエピキタシ
ャルシリコン層が堆積される。このシリコン層が緩和し
たSiGe上に成長するため、上部シリコン層は歪みシ
リコン層である。従って、より高い電子および正孔の移
動度が得られる。埋め込み酸化物界面はSiGeを緩和
させるバッファとして機能する。傾斜SiGe層はもは
や必要とされない。結果として、この構造の欠陥密度は
従来技術の欠陥密度よりもはるかに低くなり得る。
The present invention provides a simple SiGe / SOI structure and a method of manufacturing the same. In particular, a SiGe epitaxial layer is grown, followed by 550 ° C. to 105 ° C.
By performing diffusion annealing at a temperature in the range of 0 ° C., the upper silicon layer of SOI is transformed into Si 1-x Ge x . The second annealing step, also referred to as the relaxation annealing step, is typically performed at a temperature in the range of 1050 ° C to 1200 ° C. This temperature treatment diffuses Ge, transforms the upper silicon layer into a relaxed SiGe layer and removes all defects in the SOI film. Therefore, a defect-free SiGe crystal is obtained. A cap epitaxial silicon layer is subsequently deposited on the SiGe layer. Since this silicon layer grows on relaxed SiGe, the upper silicon layer is a strained silicon layer. Therefore, higher electron and hole mobilities are obtained. The buried oxide interface functions as a buffer that relaxes SiGe. The graded SiGe layer is no longer needed. As a result, the defect density of this structure can be much lower than that of the prior art.

【0028】製造プロセスは次のようになる。第1に、
SOI基板の上部シリコン層を10nm〜30nmまで
薄膜化する。第2に、Si1−xGe(0.2<x<
0.5)のエピタキシャル層を成長させる。この膜厚
は、通常、20nm〜40nmである。第3に、nMO
STおよびpMOSTのしきい値電圧を制御するため
に、pウエルおよびnウエルへボロンおよびリンをそれ
ぞれ注入する。第4に、上記構造を550℃〜1050
℃の範囲の温度で0.5〜4時間、拡散アニールする。
この熱処理によってGeが拡散し、上部シリコン膜を緩
和Si1−xGeに変える。ただし、xはこの膜を通
して一定である必要はない。この熱処理はまた、SOI
膜のある程度の欠陥またはすべての欠陥を除去する。第
2の緩和アニール工程は1050℃〜1200℃の範囲
の温度でわずか2、3秒という極めて短い時間、行われ
得る。SOIウエハ上に低欠陥密度の緩和SiGeが得
られる。第5に、キャップシリコン層を成長させる。下
にあるSiGeは緩和状態であるため、キャップシリコ
ン層は横方向に、引っ張り歪みの状態となる。第6に、
ゲート酸化物を成長させて、第1のポリシリコン層(p
oly1)を堆積する。第7に、フォトレジストを付与
して活性領域を保護する。poly1、酸化物およびS
iGeは、その後、エッチングされ、フォトレジストは
剥がされる。第8に、5nm〜10nmの低温の熱酸化
物を成長させる。次いで、50nm〜200nmのCV
D酸化物層を堆積する。第9に、酸化物のプラズマエッ
チングを行って、poly1の表面からすべての酸化物
を除去する。これにより、活性領域に側壁酸化物が形成
される。第10に、50nm〜200nmのポリシリコ
ン(poly2)を堆積する。poly1およびpol
y2は結合し、ゲート電極を形成する。第11に、フォ
トレジストの付与およびポリシリコンゲート電極のエッ
チングを行い、フォトレジストを剥がす。さらに、ソー
ス/ドレインへの注入のためにフォトレジストが用いら
れる。第12に、パッシベーション酸化物および金属化
層が堆積される。このようにして、最終的なデバイスが
得られる。
The manufacturing process is as follows. First,
The upper silicon layer of the SOI substrate is thinned to 10 nm to 30 nm. Second, Si 1-x Ge x (0.2 <x <
The epitaxial layer of 0.5) is grown. This film thickness is usually 20 nm to 40 nm. Third, nMO
Boron and phosphorus are implanted into the p-well and n-well, respectively, to control the threshold voltage of ST and pMOST. Fourth, the above structure is added at 550 ° C.
Diffusion anneal at a temperature in the range of ° C for 0.5-4 hours.
Ge is diffused by this heat treatment, and the upper silicon film is changed to relaxed Si 1-x Ge x . However, x need not be constant throughout this film. This heat treatment also
Remove some or all defects in the film. The second relaxation anneal step may be performed at a temperature in the range of 1050 ° C to 1200 ° C for a very short time of only a few seconds. Low defect density relaxed SiGe is obtained on an SOI wafer. Fifth, grow a cap silicon layer. Since the underlying SiGe is in a relaxed state, the cap silicon layer is in a tensile strain state in the lateral direction. Sixth,
A gate oxide is grown to form a first polysilicon layer (p
deposit ol y1). Seventh, photoresist is applied to protect the active areas. poly1, oxide and S
The iGe is then etched and the photoresist stripped. Eighth, a low temperature thermal oxide of 5 nm to 10 nm is grown. Then, CV of 50 nm to 200 nm
Deposit D oxide layer. Ninth, a plasma etch of oxide is performed to remove all oxide from the surface of poly1. This forms sidewall oxide in the active region. Tenth, 50 nm to 200 nm of polysilicon (poly2) is deposited. poly1 and pol
y2 combines to form the gate electrode. Eleventh, applying photoresist and etching the polysilicon gate electrode, the photoresist is stripped. In addition, photoresist is used for the source / drain implants. Twelfth, the passivation oxide and metallization layer are deposited. In this way, the final device is obtained.

【0029】これらの工程中、歪みSi層にGeが拡散
するのを避けるために、熱量は低くある必要がある。さ
らに、SiGe上に成長した薄膜酸化物の信頼性は、シ
リコン上に成長した酸化物の信頼性ほど良くないことは
周知である。このプロセスによって供給される熱量は低
い。さらに、SiGe層上に成長した薄膜ゲート酸化物
は存在しないので、従来技術のプロセスおよびデバイス
の不利益が避けられる。
During these steps, the amount of heat needs to be low to avoid Ge diffusion into the strained Si layer. Furthermore, it is well known that the reliability of thin film oxides grown on SiGe is not as good as the reliability of oxides grown on silicon. The amount of heat supplied by this process is low. Moreover, since there is no thin film gate oxide grown on the SiGe layer, the disadvantages of prior art processes and devices are avoided.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】本願は、2001年5月14日に
出願された“Enhanced Mobility N
MOS and PMOS Transistor U
sing Strained Si/SiGe Lay
ers on Silicon−On−Insulat
or Substrates”と称する、一部継続出願
中の米国特許出願第09/855,392号の優先権を
主張する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present application is filed on May 14, 2001, in "Enhanced Mobility N".
MOS and PMOS Transistor U
sing Strained Si / SiGe Lay
ers on Silicon-On-Insulat
or Substrates ", and claims priority to partially-pending US patent application Ser. No. 09 / 855,392.

【0031】図1は、酸化物、シリコンおよびSiGe
層を示す、製造中のデバイスの断面図である。詳細に
は、本発明の方法は、SiGeエピタキシャル層を成長
させ、その後550℃〜1050℃の範囲の温度で10
分〜40分間の拡散アニーリングをすることにより、S
OI膜の上部シリコン層をSi1−xGeに変える方
法を含む。第2の緩和アニーリング工程は、1050℃
〜1200℃の範囲の温度で数秒間という短い時間、行
われ得る。第1のアニール工程はGeを拡散させ、少な
くとも部分的に緩和した、ある程度均一なSiGe層を
形成する。第2のアニール工程によって、緩和SiGe
層が得られる。この温度処理はGeを拡散させ、上部シ
リコン層を緩和SiGe層に変え、そしてSOI膜中の
いずれの欠陥も最小にする。このようにして、低欠陥密
度のSiGe結晶が得られる。このSiGeをエピタキ
シャルシリコン層でキャップする。このシリコン層は緩
和SiGe層上に成長するので、上部シリコン層は歪み
シリコン層となる。従って、より高い電子および正孔移
動度が得られる。埋め込み酸化物の界面はSiGeを緩
和させるためのバッファとして機能する。傾斜SiGe
層はもはや必要とされない。結果として、この構造の欠
陥密度は、従来技術の公知の構造の欠陥密度よりもはる
かに低い。
FIG. 1 illustrates oxide, silicon and SiGe.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the device during manufacture showing the layers. In particular, the method of the present invention grows a SiGe epitaxial layer and then deposits it at a temperature in the range of 550 ° C to 1050 ° C for 10 hours.
Minutes to 40 minutes by diffusion annealing.
A method of converting the upper silicon layer of the OI film into Si 1-x Ge x is included. The second relaxation annealing step is 1050 ° C.
It can be carried out at temperatures in the range of up to 1200 ° C. for short times of a few seconds. The first annealing step diffuses Ge to form an at least partially relaxed, partially uniform SiGe layer. By the second annealing step, relaxed SiGe
A layer is obtained. This temperature treatment diffuses Ge, transforms the top silicon layer into a relaxed SiGe layer and minimizes any defects in the SOI film. In this way, a low defect density SiGe crystal is obtained. The SiGe is capped with an epitaxial silicon layer. Since this silicon layer grows on the relaxed SiGe layer, the upper silicon layer becomes a strained silicon layer. Therefore, higher electron and hole mobilities are obtained. The interface of the buried oxide functions as a buffer for relaxing SiGe. Tilt SiGe
Layers are no longer needed. As a result, the defect density of this structure is much lower than that of known structures of the prior art.

【0032】この製造プロセスの第1の工程は、酸化物
層12および上部シリコン層14を有する基板10を提
供する工程を含む。上部シリコン層14は約10nm〜
30nmの厚さ16まで薄膜化される。Si1−xGe
のエピタキシャル層18は、上部シリコン層14上に
成長する。ただし、xは0.1〜0.9の範囲で、好ま
しくは0.2〜0.5の範囲である。層18の膜厚20
は、通常、約20nm〜40nmである。
The first step of this manufacturing process involves providing a substrate 10 having an oxide layer 12 and a top silicon layer 14. The upper silicon layer 14 has a thickness of about 10 nm.
Thinned to a thickness 16 of 30 nm. Si 1-x Ge
The x epitaxial layer 18 is grown on the upper silicon layer 14. However, x is in the range of 0.1 to 0.9, and preferably in the range of 0.2 to 0.5. Thickness of layer 18 20
Is usually about 20 nm to 40 nm.

【0033】図2は、酸化物、pSiGe/nSiG
e、シリコン酸化物およびポリシリコン層を示す、製造
中のデバイスの断面図である。このデバイスは、以下の
ようにして製造される。ボロンおよびリンイオンを注入
して、pウエル22およびnウエル24を形成し、nM
OSTおよびpMOSTのそれぞれのしきい値電圧制御
する。その後、この構造を、550℃〜1050℃の範
囲の温度で約0.5〜4時間、拡散アニールする。この
熱処理によってGeが拡散し、上部シリコン膜22およ
び24を少なくとも部分的に緩和Si1−xGeに変
える。ただし、xはこの膜を通して一定である必要はな
い。次いで、通常、第2の緩和アニール工程が、105
0℃〜1200℃の範囲の温度で約1〜10秒間行われ
る。この工程の結果として、Si1−yGe層がSi
およびSi1−xGe層から形成される。ただし、y
はxよりも小さい。Si1−yGe層は、通常、緩和
されている。この第2の熱処理はまたSOI膜中のある
程度の欠陥またはすべての欠陥を除去する。さらに、こ
の第2のスパイクアニールはSi1−yGe層を緩和
させる。このようにして、SOIウエハ上に低欠陥密度
の緩和SiGe層が得られる。約5nm〜20nmの範
囲の厚さを有するシリコンの薄膜層25が、SiGe層
上にエピタキシャルに成長する。その後、ゲート酸化物
層26を成長させ、キャップポリシリコン層28(po
ly1)がSiGe層22および24上に堆積される。
層28の厚さは、通常、100nm〜200nmの範囲
である。シリコン薄層25は、スパイクアニール工程と
も呼ばれる、第2の緩和アニール工程の前後で堆積され
得る。いずれの方法においても、成長したシリコン層2
5は通常、歪みシリコン層25である。
FIG. 2 shows an oxide, pSiGe / nSiG.
FIG. 3E is a cross-sectional view of the device during fabrication showing the e, silicon oxide and polysilicon layers. This device is manufactured as follows. Boron and phosphorus ions are implanted to form p-well 22 and n-well 24, nM
The respective threshold voltages of the OST and pMOST are controlled. The structure is then diffusion annealed at a temperature in the range of 550 ° C to 1050 ° C for about 0.5 to 4 hours. This heat treatment diffuses Ge, and at least partially changes the upper silicon films 22 and 24 into relaxed Si 1-x Ge x . However, x need not be constant throughout this film. A second relaxation anneal step is then typically performed 105
It is performed at a temperature in the range of 0 ° C to 1200 ° C for about 1 to 10 seconds. As a result of this step, the Si 1-y Ge y layer becomes Si.
And a Si 1-x Ge x layer. However, y
Is less than x. The Si 1-y Ge y layer is usually relaxed. This second heat treatment also removes some or all defects in the SOI film. Furthermore, this second spike anneal relaxes the Si 1-y Ge y layer. In this way, a relaxed SiGe layer with a low defect density is obtained on the SOI wafer. A thin film layer 25 of silicon having a thickness in the range of approximately 5 nm to 20 nm is epitaxially grown on the SiGe layer. Then, a gate oxide layer 26 is grown and a cap polysilicon layer 28 (po
ly1) is deposited on the SiGe layers 22 and 24.
The thickness of layer 28 is typically in the range 100 nm to 200 nm. The thin silicon layer 25 may be deposited before and after the second relaxation anneal step, also called the spike anneal step. In either method, the grown silicon layer 2
5 is typically a strained silicon layer 25.

【0034】図3は、pMOSおよびnMOS領域を示
す、製造中のデバイスの断面図である。詳細には、フォ
トレジストが活性領域22および24の部分に付与さ
れ、poly1層28、酸化物層26、シリコン層25
およびpSiGe領域22とnSiGe領域24との外
側の領域をエッチングする間、これら活性領域22およ
び24の部分を保護する。その後、このフォトレジスト
を剥がし、nMOS30およびpMOS32の活性領域
を得る。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the device under fabrication showing the pMOS and nMOS regions. In particular, photoresist is applied to portions of active regions 22 and 24, poly1 layer 28, oxide layer 26, silicon layer 25.
And protect portions of these active regions 22 and 24 while etching the regions outside pSiGe region 22 and nSiGe region 24. Then, the photoresist is stripped off to obtain the active regions of the nMOS 30 and the pMOS 32.

【0035】図4は、酸化物層がpMOSおよびnMO
S領域上に堆積された状態を示す、製造中のデバイスの
断面図である。詳細には、図3のデバイス上に低温熱量
酸化物層が成長する。この低温熱量酸化物層は、通常、
約5nm〜10nmの厚さを有する。酸化物層40は、
化学的気相成長法(CVD)によって堆積され、約50
nm〜200nmの厚さ42を有する。
In FIG. 4, the oxide layers are pMOS and nMO.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the device during manufacturing showing the state of being deposited on the S region. Specifically, a low temperature calorific oxide layer is grown on the device of FIG. This low temperature calorific oxide layer is usually
It has a thickness of about 5 nm to 10 nm. The oxide layer 40 is
About 50 deposited by chemical vapor deposition (CVD)
It has a thickness 42 of nm to 200 nm.

【0036】図5は、pMOSおよびnMOS領域上の
酸化物層がエッチングされた状態を示す、製造中のデバ
イスの断面図である。詳細には、酸化物層40にプラズ
マエッチングを施し、poly1層28の上部表面から
酸化物をすべて除去する。これにより、活性領域30お
よび32上に側壁酸化物44が形成される。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the device during fabrication showing the oxide layers on the pMOS and nMOS regions etched. Specifically, the oxide layer 40 is plasma etched to remove any oxide from the top surface of the poly1 layer 28. This forms sidewall oxide 44 on active regions 30 and 32.

【0037】図6は、ゲート領域を示す、製造中のデバ
イスの断面図である。詳細には、図5のデバイス上にポ
リシリコン層46(poly2)を堆積する。poly
2層46は、通常、約100nm〜200nmの厚さ4
8を有する。このpoly2およびpoly1層が結合
し、ゲート電極を形成する。その後、フォトレジストを
付与して、デバイスをエッチングし、ポリシリコンゲー
ト電極50および52を設ける。次いで、フォトレジス
トを剥がす。さらなるフォトレジストが、層22および
24のソースおよびドレイン領域の注入ために用いられ
得る。ある実施形態では、層22のソース領域22aお
よびドレイン領域22bのそれぞれにドーピングを行っ
てN+にし、一方、層24のソース領域24aおよびド
レイン領域24bのそれぞれにドーピングを行ってP+
にしてもよい。同様に、ゲート電極50がN+であって
もよいし、ゲート電極52がP+であってもよい。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the device during fabrication showing the gate region. Specifically, a polysilicon layer 46 (poly2) is deposited on the device of FIG. poly
The bilayer 46 typically has a thickness 4 of about 100 nm to 200 nm.
Have eight. The poly2 and poly1 layers combine to form a gate electrode. A photoresist is then applied and the device is etched to provide polysilicon gate electrodes 50 and 52. Then, the photoresist is stripped. Additional photoresist may be used to implant the source and drain regions of layers 22 and 24. In one embodiment, each of source region 22a and drain region 22b of layer 22 is doped to be N +, while each of source region 24a and drain region 24b of layer 24 is doped to be P +.
You may Similarly, the gate electrode 50 may be N + and the gate electrode 52 may be P +.

【0038】図7は、完成後のデバイスを示す、製造中
のデバイスの断面図である。詳細には、このプロセス工
程はパッシベーション酸化物を堆積し、その後、デバイ
スを金属化する工程を含む。この結果、nMOS構造6
0およびpMOS構造62となる。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the device under fabrication showing the completed device. In particular, the process steps include depositing passivation oxide and then metallizing the device. As a result, the nMOS structure 6
0 and pMOS structure 62.

【0039】本発明の工程によって与えられる熱量は、
歪みSi層へのGeの拡散を避けるために低くある必要
がある。さらに、SiGe層上に成長した酸化物薄膜の
信頼性は、シリコン層上に成長したものほど良くないこ
とは周知である。本明細書で開示されるプロセスの熱量
は低く、SiGe上に成長すべきゲート酸化物薄膜を必
要としない。従って、簡単なSiGe/SOI構造およ
びこの製造方法が提供される。詳細には、本発明は、高
速CMOS集積回路およびその製造方法を提供する。上
記回路は絶縁体上シリコン(SOI)埋め込み酸化物
(BOX)の上部に緩和したシリコンゲルマニウム(S
iGe)層を含み、この構造の欠陥密度は低い。
The amount of heat provided by the process of the present invention is
It should be low to avoid diffusion of Ge into the strained Si layer. Furthermore, it is well known that the reliability of oxide thin films grown on SiGe layers is not as good as those grown on silicon layers. The calorific value of the process disclosed herein is low and does not require a gate oxide thin film to be grown on SiGe. Therefore, a simple SiGe / SOI structure and its manufacturing method are provided. In particular, the present invention provides a high speed CMOS integrated circuit and method of manufacturing the same. The above circuit is formed by relaxing silicon germanium (S) on top of silicon-on-insulator (SOI) buried oxide (BOX).
iGe) layer, the defect density of this structure is low.

【0040】上述したように、第2の緩和アニーリング
工程は、SOI埋め込み酸化物(BOX)の上部に緩和
SiGe層を提供するために行われる。この方法の目的
もまた、SOIウエハの上部シリコン層を緩和Si
1−yGe(ただし、yは少なくとも0.15であ
る)に変えることである。このプロセスはブランケット
のSi1−xGe(ただし、xはyよりも大きい)の
エピタキシャル層を成長させる工程から開始する。その
後、この膜はフォトレジストでパターニングされ得、上
部SiGe/Si膜はBOXまで選択的エッチングされ
得る。これにより分離SiGe/Siメサが残り、この
メサから欠陥をアニーリング除去することが可能であ
る。または、このウエハはパターニングされなくてもよ
い。その後、この工程に続いて、550℃〜1050℃
の範囲の温度で約0.5〜4時間の範囲の間、拡散アニ
ーリングが行われる。この温度処理はGeを拡散して、
上部のシリコン層を緩和Si1−yGe層に変える。
その後、第2のアニーリング工程が行われ得る。詳細に
は、その後に、1050℃〜1200℃の範囲の温度で
スパイクアニーリング工程を行って、完全に拡散させ、
SOI膜のいずれの欠陥も除去するかまたは減少させる
ことができる。このスパイクまたは緩和アニーリング工
程は、通常、10秒以下などの短時間行われる。このよ
うにして、低欠陥密度のSi1−yGe結晶が得られ
得る。この後、Si1−yGeはエピタキシャルシリ
コン層でキャップされる。このウエハが予めパターニン
グされている場合、このエピタキシャルSiキャップを
選択的に堆積する必要があり得る。シリコン層は緩和S
iGe上に成長するので、上部シリコン層は歪みシリコ
ン層である。従って、高い電子および正孔移動度が得ら
れる。埋め込み酸化物界面はSiGeを緩和させるバッ
ファとして機能する。傾斜SiGe層はもはや必要とさ
れない。結果として、この構造での欠陥密度は、従来技
術の公知の構造のそれよりもはるかに低くなり得る。
As mentioned above, a second relaxation annealing step is performed to provide a relaxed SiGe layer on top of the SOI buried oxide (BOX). The purpose of this method is also to relax the top silicon layer of the SOI wafer by Si.
1-y Ge y (where y is at least 0.15). The process begins with the step of growing a blanket Si 1-x Ge x epitaxial layer, where x is greater than y. The film can then be patterned with photoresist and the top SiGe / Si film can be selectively etched down to the BOX. This leaves a separate SiGe / Si mesa, from which defects can be annealed and removed. Alternatively, the wafer may be unpatterned. Then, following this step, 550 ° C to 1050 ° C
Diffusion annealing is performed at a temperature in the range of about 0.5 to 4 hours. This temperature treatment diffuses Ge,
The upper silicon layer is transformed into a relaxed Si 1-y Ge y layer.
Then, a second annealing step may be performed. In detail, a spike annealing process is then performed at a temperature in the range of 1050 ° C. to 1200 ° C. to completely diffuse,
Any defects in the SOI film can be eliminated or reduced. This spike or relaxation anneal step is typically performed for a short time, such as 10 seconds or less. In this way, a Si 1-y Ge y crystal having a low defect density can be obtained. After this, Si 1-y Ge y is capped with an epitaxial silicon layer. If the wafer is pre-patterned, it may be necessary to selectively deposit the epitaxial Si cap. Silicon layer is relaxed S
As grown on iGe, the top silicon layer is a strained silicon layer. Therefore, high electron and hole mobilities are obtained. The buried oxide interface functions as a buffer that relaxes SiGe. The graded SiGe layer is no longer needed. As a result, the defect density in this structure can be much lower than that of known structures in the prior art.

【0041】図8は、本発明の製造プロセスを示すフロ
ーチャートである。まず、基板が提供される。工程70
はSOI基板の上部シリコン層を約10nm〜30nm
の厚さまで薄膜化する工程を含む。工程72は、Si
1−xGe(0.2<x<0.5)のエピタキシャル
層を成長させる工程を含む。この膜厚は、通常、20n
m〜40nmである。工程74は、nMOSTおよびp
MOSTしきい値電圧制御のために、pウエルおよびn
ウエルのそれぞれに、ボロンおよびリンのイオン注入を
行う工程を包含する。工程76は、550℃〜1050
℃の範囲の温度で約0.5〜4時間の範囲の間、上記工
程で得られた構造を拡散アニーリングをする工程を含
む。この熱処理によってGeが拡散し、上部シリコン層
を緩和Si −xGe層に変える。ただし、xは膜を
通して一定である必要はない。この熱処理はまたSOI
膜中のある程度の欠陥、または、すべての欠陥を除去す
るかまたは減少させる。第2の緩和アニール工程78
は、1050℃〜1200℃の範囲の温度で、わずか
2、3秒という極めて短い時間行なわれ得る。第2の緩
和アニーリング工程は、急速熱アニーリング、レーザー
アニーリング、および、フラッシュランプ等の光アニー
リングからなる群から選択される方法によって行われ得
る。SOIウエハ上の低欠陥密度の緩和SiGeが得ら
れる。工程80は、キャップシリコン層を成長させる工
程を含む。上記方法のある実施形態では、キャップシリ
コン層25は第2の緩和アニール工程78の前に堆積さ
れ得る。下にあるSiGeが緩和状態にあるので、キャ
ップシリコン層は横方向に引っ張り歪みの状態にある。
工程82は、ゲート酸化物を成長させ、その後、第1の
ポリシリコン層(poly1)を堆積する工程を含む。
工程84は、活性領域を保護するためにフォトレジスト
を付与する工程を含む。工程86は、poly1、酸化
物およびSiGeをエッチングし、その後フォトレジス
トを剥がす工程を含む。工程88は、5nm〜10nm
の低温熱酸化物を成長させ、その後、50nm〜200
nmのCVD酸化物の層を堆積する工程を含む。工程9
0は、poly1の表面からすべての酸化物を除去する
ために、酸化物をプラズマエッチングする工程を含む。
これにより活性領域上に側壁酸化物が形成する。工程9
2は、100nm〜200nmのポリシリコン層(po
ly2)を堆積する工程を含む。poly1およびpo
ly2は、ゲート電極を形成するために結合する。工程
94は、フォトレジストを付与し、ポリシリコンゲート
電極をエッチングし、その後フォトレジストを剥がす工
程を含む。さらなるレジストがソース/ドレイン注入の
ために用いられる。工程96は、パッシベーション酸化
物および金属層を堆積する工程を含む。このようにして
最終的なデバイスが得られる。
FIG. 8 is a flow chart showing the manufacturing process of the present invention. First, a substrate is provided. Step 70
Is about 10 nm to 30 nm on the upper silicon layer of the SOI substrate.
Including the step of thinning to a thickness of. Step 72 is Si
The step of growing an epitaxial layer of 1-x Ge x (0.2 <x <0.5) is included. This film thickness is usually 20n
It is m-40 nm. Step 74 consists of nMOST and p
For controlling the MOST threshold voltage, p-well and n-well
The step of implanting boron and phosphorus ions into each of the wells is included. Step 76 is 550 ° C. to 1050
Diffusion annealing the structure obtained in the above step at a temperature in the range of 0 ° C for a period of about 0.5-4 hours. Ge is diffused by this heat treatment, and the upper silicon layer is changed to a relaxed Si 1- x Ge x layer. However, x need not be constant throughout the membrane. This heat treatment is also SOI
Remove or reduce some or all of the defects in the film. Second relaxation annealing step 78
Can be performed at temperatures in the range of 1050 ° C to 1200 ° C for a very short time of only a few seconds. The second relaxation annealing step may be performed by a method selected from the group consisting of rapid thermal annealing, laser annealing, and optical annealing such as flash lamps. A low defect density relaxed SiGe on an SOI wafer is obtained. Step 80 includes growing a cap silicon layer. In certain embodiments of the above method, the cap silicon layer 25 may be deposited prior to the second relaxation anneal step 78. Since the underlying SiGe is in a relaxed state, the cap silicon layer is laterally strained.
Step 82 includes growing a gate oxide and then depositing a first polysilicon layer (poly1).
Step 84 includes applying a photoresist to protect the active areas. Step 86 includes etching poly1, oxide and SiGe, then stripping the photoresist. Step 88 is 5 nm to 10 nm
Low temperature thermal oxide of 50 nm to 200 nm
nm deposition of a layer of CVD oxide. Process 9
0 includes the step of plasma etching the oxide to remove all oxide from the surface of poly1.
This forms a sidewall oxide on the active region. Process 9
2 is a 100 nm-200 nm polysilicon layer (po
ly2) is included. poly1 and po
ly2 joins to form the gate electrode. Step 94 includes applying a photoresist, etching the polysilicon gate electrode, and then stripping the photoresist. Additional resist is used for the source / drain implants. Step 96 includes depositing a passivation oxide and a metal layer. In this way, the final device is obtained.

【0042】これらの工程中、歪みSi層にGeが拡散
するのを避けるために、熱量は低くある必要がある。さ
らに、SiGe上に成長した薄膜酸化物の信頼性は、シ
リコン上に成長した酸化物の信頼性ほど良くないことは
周知である。このプロセスによって供給される熱量は低
い。さらに、SiGe層上に成長した薄膜ゲート酸化物
は存在しないので、従来技術のプロセスおよびデバイス
の不利益が避けられる。
During these steps, the amount of heat needs to be low to avoid Ge diffusion into the strained Si layer. Furthermore, it is well known that the reliability of thin film oxides grown on SiGe is not as good as the reliability of oxides grown on silicon. The amount of heat supplied by this process is low. Moreover, since there is no thin film gate oxide grown on the SiGe layer, the disadvantages of prior art processes and devices are avoided.

【0043】上述してきたように、絶縁体上シリコン基
板に緩和SiGe層および歪み上部シリコン層を含むト
ランジスタおよびその製造方法が開示された。好ましい
構造およびデバイスの製造方法を開示してきたが、上掲
の特許請求の範囲で規定される本発明の範囲を逸脱する
ことなく、さらなる変形および変更を行うことができる
ということを理解すべきである。
As described above, a transistor including a relaxed SiGe layer and a strained upper silicon layer on a silicon-on-insulator substrate and a method of manufacturing the same have been disclosed. While a preferred structure and method of manufacturing a device has been disclosed, it should be understood that further variations and modifications can be made without departing from the scope of the invention as defined by the claims set forth above. is there.

【0044】[0044]

【発明の効果】上述してきたように、本発明は、簡単な
SiGe/SOI構造を製造する方法を提供する。特
に、SiGeエピタキシャル層を成長させ、続いて55
0℃〜1050℃の範囲の温度で緩和アニーリングする
ことによって、SOIの上部シリコン層はSi1−x
に変わる。この温度処理はSiGeを緩和させ、上
部シリコン層を緩和SiGe層に変え、そしてSOI膜
の欠陥を除去する。従って、極めて低欠陥密度のSiG
e結晶が得られる。このSiGe層はエピタキシャルシ
リコン層でキャップされる。このシリコン層は緩和Si
Ge上に成長されるため、上部シリコン層は歪みシリコ
ン層である。従って、より高い電子および正孔移動度が
得られる。埋め込み酸化物界面はSiGeを緩和させる
バッファとして機能する。傾斜SiGe層はもはや必要
とされない。結果として、この構造の欠陥密度は従来技
術の欠陥密度よりもはるかに低くなる。
As described above, the present invention provides a method of manufacturing a simple SiGe / SOI structure. In particular, a SiGe epitaxial layer is grown, followed by 55
By relaxation annealing at a temperature in the range of 0 ° C. to 1050 ° C., the upper silicon layer of SOI has a Si 1-x G 2 layer.
change to e x . This temperature treatment relaxes the SiGe, transforms the top silicon layer into a relaxed SiGe layer and removes defects in the SOI film. Therefore, SiG with extremely low defect density
e crystals are obtained. This SiGe layer is capped with an epitaxial silicon layer. This silicon layer is relaxed Si
The upper silicon layer is a strained silicon layer because it is grown on Ge. Therefore, higher electron and hole mobilities are obtained. The buried oxide interface functions as a buffer that relaxes SiGe. The graded SiGe layer is no longer needed. As a result, the defect density of this structure is much lower than that of the prior art.

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

【図1】図1は、酸化物、シリコンおよびSiGe層を
示す、製造中のデバイスの断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a device during manufacturing showing oxide, silicon and SiGe layers.

【図2】図2は、酸化物、pSiGe/nSiGe、酸
化物およびポリシリコン層を示す、製造中のデバイスの
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a device during fabrication showing oxide, pSiGe / nSiGe, oxide and polysilicon layers.

【図3】図3は、pMOSおよびnMOS領域を示す、
製造中のデバイスの断面図である。
FIG. 3 shows pMOS and nMOS regions,
FIG. 7 is a cross-sectional view of the device during manufacturing.

【図4】図4は、酸化物層がpMOSおよびnMOS領
域上に堆積された状態を示す、製造中のデバイスの断面
図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the device during fabrication showing oxide layers deposited on the pMOS and nMOS regions.

【図5】図5は、pMOSおよびnMOS領域上の酸化
物層がにエッチングされた状態を示す、製造中のデバイ
スの断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the device during fabrication showing the oxide layers on the pMOS and nMOS regions etched.

【図6】図6は、ゲート領域を示す、製造中のデバイス
の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the device during manufacturing showing the gate region.

【図7】図7は、完成したデバイスを示す、製造中のデ
バイスの断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the device during manufacturing showing the completed device.

【図8】図8は、本発明の製造プロセスを示すフローチ
ャートである。
FIG. 8 is a flowchart showing a manufacturing process of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 基板 12 酸化物層 22a ソース領域 22b ドレイン領域 24a ソース領域 24b ドレイン領域 25 シリコン薄層 26 ゲート酸化物層 50、52 ポリシリコンゲート電極 60 nMOS構造 62 pMOS構造 10 substrates 12 Oxide layer 22a source region 22b drain region 24a source area 24b drain region 25 Silicon thin layer 26 gate oxide layer 50, 52 Polysilicon gate electrode 60 nMOS structure 62 pMOS structure

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/092 H01L 29/78 618E 29/786 613A 618A (72)発明者 ダビッド ラッセル エバンス アメリカ合衆国 オレゴン 97007, ビ ーバートン, エスダブリュー 179ティ ーエイチ プレイス 7574 Fターム(参考) 5F048 AA07 AC03 BA02 BA14 BA16 BB05 BD04 BE03 5F052 JA04 KA01 5F110 AA01 AA26 BB04 CC02 DD05 DD13 EE09 EE14 EE32 EE33 EE42 FF02 GG01 GG02 GG06 GG19 GG25 GG32 GG42 GG52 GG58 HJ13 HL02 HL22 NN02 NN23 QQ11 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (51) Int.Cl. 7 Identification Code FI Theme Coat (Reference) H01L 27/092 H01L 29/78 618E 29/786 613A 618A (72) Inventor David Russell Evans United States Oregon 97007, Bi over Burton, S. W. over 179 tee Eichi Place 7574 F-term (reference) 5F048 AA07 AC03 BA02 BA14 BA16 BB05 BD04 BE03 5F052 JA04 KA01 5F110 AA01 AA26 BB04 CC02 DD05 DD13 EE09 EE14 EE32 EE33 EE42 FF02 GG01 GG02 GG06 GG19 GG25 GG32 GG42 GG52 GG58 HJ13 HL02 HL22 NN02 NN23 QQ11

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 SiGe/SOI構造を形成する方法で
あって、 埋め込み酸化物層を含む絶縁体上シリコン基板を提供す
る工程と、 該基板にシリコンゲルマニウム層を堆積する工程と、 該基板上の該シリコンゲルマニウム層を少なくとも10
50℃の温度で少なくとも1秒の時間、アニーリングす
る工程とを包含する、方法。
1. A method of forming a SiGe / SOI structure, comprising: providing a silicon-on-insulator substrate comprising a buried oxide layer; depositing a silicon-germanium layer on the substrate; At least 10 layers of said silicon germanium layer
Annealing at a temperature of 50 ° C. for a time of at least 1 second.
【請求項2】 前記シリコンゲルマニウム層をアニーリ
ングする工程は、少なくとも1100℃の温度で1〜1
0秒の範囲の時間行われる、請求項1に記載の方法。
2. The step of annealing the silicon germanium layer comprises at least 1 to 1 at a temperature of at least 1100.degree.
The method of claim 1, wherein the method is performed for a time in the range of 0 seconds.
【請求項3】 前記シリコンゲルマニウム層をアニーリ
ングする工程は、少なくとも1150℃の温度で1〜1
0秒の範囲の時間行われる、請求項1に記載の方法。
3. The step of annealing the silicon germanium layer comprises at least 1 to 1 at a temperature of 1150 ° C.
The method of claim 1, wherein the method is performed for a time in the range of 0 seconds.
【請求項4】 前記少なくとも1050℃の温度で基板
上のシリコンゲルマニウム層をアニーリングする工程の
前に、該シリコンゲルマニウム層を550℃〜1050
℃の範囲の温度で0.5〜4.0時間の範囲の時間、ア
ニーリングする、請求項1に記載の方法。
4. The silicon germanium layer prior to the step of annealing the silicon germanium layer on the substrate at a temperature of at least 1050.degree.
The method of claim 1, wherein annealing is performed at a temperature in the range of 0 ° C. for a time in the range of 0.5 to 4.0 hours.
【請求項5】 前記シリコンゲルマニウム層はSi
1−XGeを含み、ただし、xは0.1〜0.9の範
囲である、請求項1に記載の方法。
5. The silicon germanium layer is Si
The method of claim 1, comprising 1-X Ge X , where x ranges from 0.1 to 0.9.
【請求項6】 前記シリコンゲルマニウム層はSi
1−XGeを含み、ただしxは0.2〜0.5の範囲
である、請求項1に記載の方法。
6. The silicon germanium layer is Si
The method of claim 1, comprising 1-X Ge X , where x ranges from 0.2 to 0.5.
【請求項7】 前記アニールされたシリコンゲルマニウ
ム層上に引っ張り歪みシリコン層を成長させる工程をさ
らに包含する、請求項1に記載の方法。
7. The method of claim 1, further comprising growing a tensile strained silicon layer on the annealed silicon germanium layer.
【請求項8】 請求項1に記載の方法で生成されるトラ
ンジスタであって、該トランジスタは緩和したシリコン
ゲルマニウム層および該シリコンゲルマニウム層上に位
置する引っ張り歪みシリコン層を含む、トランジスタ。
8. A transistor produced by the method of claim 1, wherein the transistor comprises a relaxed silicon germanium layer and a tensile strained silicon layer overlying the silicon germanium layer.
【請求項9】 SiGe/SOI構造を形成する方法で
あって、 埋め込み酸化物層を含む絶縁体上シリコン基板を提供す
る工程と、 該基板に該シリコンゲルマニウム層を堆積する工程と、 該基板上の該シリコンゲルマニウム層を550℃〜10
50℃の範囲の温度で0.5〜4.0時間の範囲の時
間、アニーリングする工程を包含する第1のアニーリン
グ工程を行う工程と、 該基板上の該シリコンゲルマニウム層を少なくとも10
50℃の温度で1〜10秒の時間、アニーリングする工
程を包含する第2のアニーリング工程を行う工程とを包
含する、方法。
9. A method of forming a SiGe / SOI structure, comprising: providing a silicon-on-insulator substrate comprising a buried oxide layer; depositing the silicon-germanium layer on the substrate; The silicon germanium layer of 550 ° C. to 10 ° C.
Performing a first annealing step that includes annealing at a temperature in the range of 50 ° C. for a time in the range of 0.5 to 4.0 hours, and at least 10 layers of the silicon germanium layer on the substrate.
Performing a second annealing step comprising annealing at a temperature of 50 ° C. for a time of 1 to 10 seconds.
【請求項10】 前記シリコンゲルマニウム層はSi
1−XGeを含み、ただし、xは0.1〜0.9の範
囲である、請求項9に記載の方法。
10. The silicon germanium layer is Si
10. The method of claim 9, comprising 1-X Ge X , where x ranges from 0.1 to 0.9.
【請求項11】 前記シリコンゲルマニウム層上に引っ
張り歪みシリコン層を成長させる工程をさらに包含す
る、請求項9に記載の方法。
11. The method of claim 9, further comprising growing a tensile strained silicon layer on the silicon germanium layer.
【請求項12】 前記方法は、前記シリコンゲルマニウ
ム層および該シリコンゲルマニウム層上に位置する前記
引っ張り歪みシリコン層を含むトランジスタを生成し、
該シリコンゲルマニウム層は緩和されている、請求項1
1に記載の方法。
12. The method produces a transistor comprising the silicon germanium layer and the tensile strained silicon layer overlying the silicon germanium layer,
The silicon germanium layer is relaxed.
The method according to 1.
【請求項13】 前記第1のアニーリング工程の後に、
前記シリコンゲルマニウム層および前記絶縁体上シリコ
ン基板からのシリコンは、Si1−yGe(yがxよ
り小さい)によって規定されるシリコンゲルマニウム層
を形成するために結合する、請求項10に記載の方法。
13. After the first annealing step,
The silicon from the silicon germanium layer and the silicon-on-insulator substrate combine to form a silicon germanium layer defined by Si 1-y Ge y (y is less than x). Method.
【請求項14】 前記第2のアニーリング工程は、急速
熱アニーリング、レーザーアニーリング、および、フラ
ッシュランプ等の光アニーリングからなる群から選択さ
れる方法によって行われる、請求項9に記載の方法。
14. The method of claim 9, wherein the second annealing step is performed by a method selected from the group consisting of rapid thermal annealing, laser annealing, and optical annealing such as flash lamps.
【請求項15】 前記方法は、nMOSチャネルとして
の用途に適応した上部シリコン層を含むトランジスタを
生成する、請求項9に記載の方法。
15. The method of claim 9, wherein the method produces a transistor including an upper silicon layer adapted for use as an nMOS channel.
【請求項16】 前記方法は、シリコンゲルマニウム層
上に位置する上部シリコン層を含むトランジスタを生成
し、該上部のシリコン層および該シリコンゲルマニウム
層がそれぞれ、pMOSチャネルとしての用途に適応し
ている、請求項9に記載の方法。
16. The method produces a transistor comprising a top silicon layer overlying a silicon germanium layer, the top silicon layer and the silicon germanium layer each adapted for use as a pMOS channel. The method according to claim 9.
【請求項17】 前記シリコンゲルマニウム層は最大4
0nmの厚さまで堆積される、請求項9に記載の方法。
17. The silicon germanium layer has a maximum of 4 layers.
The method of claim 9, wherein the method is deposited to a thickness of 0 nm.
【請求項18】 請求項9に記載の方法で生成されるト
ランジスタ。
18. A transistor produced by the method of claim 9.
JP2002269227A 2001-10-30 2002-09-13 CMOS OF SiGe/SOI AND ITS MANUFACTURING METHOD Withdrawn JP2003158250A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/016,373 US20020168802A1 (en) 2001-05-14 2001-10-30 SiGe/SOI CMOS and method of making the same
US10/016,373 2001-10-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003158250A true JP2003158250A (en) 2003-05-30

Family

ID=21776792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002269227A Withdrawn JP2003158250A (en) 2001-10-30 2002-09-13 CMOS OF SiGe/SOI AND ITS MANUFACTURING METHOD

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP2003158250A (en)
KR (1) KR100522275B1 (en)
CN (1) CN1237587C (en)
TW (1) TWI298911B (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005197405A (en) * 2004-01-06 2005-07-21 Toshiba Corp Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2007513511A (en) * 2003-12-05 2007-05-24 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Method for manufacturing a semiconductor substrate
US7449379B2 (en) 2003-08-05 2008-11-11 Fujitsu Limited Semiconductor device and method for fabricating the same
JP2010226080A (en) * 2008-10-02 2010-10-07 Sumitomo Chemical Co Ltd Semiconductor substrate, electronic device, and method of manufacturing the semiconductor substrate
JP2010226079A (en) * 2008-10-02 2010-10-07 Sumitomo Chemical Co Ltd Semiconductor substrate, electronic device, and method of manufacturing the semiconductor substrate

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6911379B2 (en) * 2003-03-05 2005-06-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method of forming strained silicon on insulator substrate
US7169226B2 (en) * 2003-07-01 2007-01-30 International Business Machines Corporation Defect reduction by oxidation of silicon
US6989058B2 (en) * 2003-09-03 2006-01-24 International Business Machines Corporation Use of thin SOI to inhibit relaxation of SiGe layers
WO2005078786A1 (en) * 2004-01-16 2005-08-25 International Business Machines Corporation Method of forming thin sgoi wafers with high relaxation and low stacking fault defect density
US7217949B2 (en) * 2004-07-01 2007-05-15 International Business Machines Corporation Strained Si MOSFET on tensile-strained SiGe-on-insulator (SGOI)
CN100336171C (en) * 2004-09-24 2007-09-05 上海新傲科技有限公司 Germanium silicon material on insulator based on injection oxygen isolation technology and its preparing method
EP1650794B1 (en) * 2004-10-19 2008-01-16 S.O.I. Tec Silicon on Insulator Technologies S.A. A method for fabricating a wafer structure with a strained silicon layer and an intermediate product of this method
US7193279B2 (en) * 2005-01-18 2007-03-20 Intel Corporation Non-planar MOS structure with a strained channel region
TW200733244A (en) * 2005-10-06 2007-09-01 Nxp Bv Semiconductor device
KR100776173B1 (en) * 2006-08-23 2007-11-12 동부일렉트로닉스 주식회사 Fabrication method for semiconductor device
KR100782497B1 (en) * 2006-11-20 2007-12-05 삼성전자주식회사 Method of fabricating semiconductor device having thin strained relaxation buffer pattern and related device
KR100880106B1 (en) * 2006-12-29 2009-01-21 주식회사 실트론 Method for Manufacturing Silicon ON Insulator Wafer Improved in Surface Roughness Using SiGe Sacrificial Layer
FR3051595B1 (en) * 2016-05-17 2022-11-18 Soitec Silicon On Insulator METHOD FOR MANUFACTURING A STRESSED-ON-INSULATOR SEMICONDUCTOR-TYPE SUBSTRATE

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7449379B2 (en) 2003-08-05 2008-11-11 Fujitsu Limited Semiconductor device and method for fabricating the same
JP2007513511A (en) * 2003-12-05 2007-05-24 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Method for manufacturing a semiconductor substrate
JP2005197405A (en) * 2004-01-06 2005-07-21 Toshiba Corp Semiconductor device and manufacturing method therefor
US7737466B1 (en) 2004-01-06 2010-06-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2010226080A (en) * 2008-10-02 2010-10-07 Sumitomo Chemical Co Ltd Semiconductor substrate, electronic device, and method of manufacturing the semiconductor substrate
JP2010226079A (en) * 2008-10-02 2010-10-07 Sumitomo Chemical Co Ltd Semiconductor substrate, electronic device, and method of manufacturing the semiconductor substrate

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030036006A (en) 2003-05-09
KR100522275B1 (en) 2005-10-18
CN1237587C (en) 2006-01-18
CN1416159A (en) 2003-05-07
TWI298911B (en) 2008-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20020168802A1 (en) SiGe/SOI CMOS and method of making the same
US7524740B1 (en) Localized strain relaxation for strained Si directly on insulator
US6717213B2 (en) Creation of high mobility channels in thin-body SOI devices
JP2003158250A (en) CMOS OF SiGe/SOI AND ITS MANUFACTURING METHOD
JPH08236640A (en) Formation process of different-thickness gate oxide on semiconductor substrate
JP5195747B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US8963255B2 (en) Strained silicon carbide channel for electron mobility of NMOS
US7122452B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor on a silicon on insulator (SOI) substrate using solid epitaxial regrowth (SPER) and semiconductor device made thereby
KR19980071514A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2007529891A (en) Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor
US6413841B1 (en) MOS type semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009512185A (en) Semiconductor SOI device
US6635584B2 (en) Versatile system for forming uniform wafer surfaces
US6358807B1 (en) Bipolar semiconductor device and method of forming same having reduced transient enhanced diffusion
US7429749B2 (en) Strained-silicon for CMOS device using amorphous silicon deposition or silicon epitaxial growth
JPH0458524A (en) Manufacture of semiconductor device
US20190103492A1 (en) Method for fabricating semiconductor device involving forming epitaxial material
JPH03200319A (en) Formation of poly-crystalline silicon
JPH02137373A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH02187035A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH04251982A (en) Soi-type thin-film transistor
JP2007528123A (en) Advanced technology for forming transistors with raised drain and source regions of different heights
JPS62250673A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH0485871A (en) Manufacture of complementatry mos semiconductor device
JPH04321233A (en) Manufacture of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060110