JP2005072464A - Method of manufacturing semiconductor substrate, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To balance the mobility of nMOS and that of pMOS in CMOS where distortion Si is made to be a channel. <P>SOLUTION: In a method for manufacturing an Si substrate for forming a MOS transistor, an SiGe film is formed as lattice-matching it to an Si substrate surface, an Si film is formed as lattice-matching it on the SiGe film, Ge ions and hydrogen ions are injected to an area where an NMOS transistor is formed, and heat treatment is performed to reduce distortion of only the SiGe film in the area. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法に関し、さらに1つの基板に歪みSi膜と歪みSiGe膜を同時に実現させた半導体基板の製造方法と、その基板を用いた高速CMOSトランジスタの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate and a method for manufacturing a semiconductor device. Further, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate in which a strained Si film and a strained SiGe film are simultaneously realized on one substrate, and a high-speed CMOS transistor using the substrate. It relates to a manufacturing method.

近年、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の高速化を図るため、これまでのSi-SiO2からなるMOS界面をチャネルとする従来型の技術に代えて、Siと格子定数の異なる材料を用いてヘテロ構造を作製することにより、つまり、Si基板上に、Si基板と格子定数の異なる材料膜をエピタキシャル成長させることにより、その膜に水平方向の圧縮又は引っ張り歪みを与え、その歪みを利用して高移動度トランジスタを作製する技術が知られている。 In recent years, in order to increase the speed of MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), instead of conventional technology using the Si-SiO 2 MOS interface as a channel, a material having a lattice constant different from that of Si has been used. By forming a heterostructure, that is, by epitaxially growing a material film having a lattice constant different from that of the Si substrate on the Si substrate, the film is subjected to horizontal compression or tensile strain, and the strain is utilized. Techniques for manufacturing high mobility transistors are known.

例えば、歪みを利用したMOSFETの製造技術としては、Si基板上に、厚さ300nm程度、Ge濃度20atom%(以下、単に%という)のSiGe膜をエピタキシャル成長させ、その上に、厚さ20nm程度のSi膜を連続してエピタキシャル成長させる。次に、得られたSi基板表面に水素イオンを注入し、その後、800℃程度の熱処理を行う。この熱処理により、水素の注入ピーク近傍に発生した水素のマイクロボイドから伸びた積層欠陥が、SiGe膜とSi基板との界面に到達し、さらに、界面に平行な方向にミスフィット転位を発生させる。このミスフィット転位を発生させることにより、SiGe膜の歪みが緩和される。このとき、歪み緩和されたSiGe膜上のSi膜には、引っ張り歪みが発生し、移動度が高くなる。この基板を用いた場合、nMOSの移動度の向上は、顕著に見られるが、pMOSの移動度の向上率はnMOSの半分程度しか得られない。   For example, as a MOSFET manufacturing technique using strain, a SiGe film having a thickness of about 300 nm and a Ge concentration of 20 atom% (hereinafter simply referred to as “%”) is epitaxially grown on a Si substrate, and a thickness of about 20 nm is formed thereon. Si film is epitaxially grown continuously. Next, hydrogen ions are implanted into the surface of the obtained Si substrate, and then heat treatment at about 800 ° C. is performed. By this heat treatment, stacking faults extending from the hydrogen microvoids generated in the vicinity of the hydrogen injection peak reach the interface between the SiGe film and the Si substrate, and further, misfit dislocations are generated in a direction parallel to the interface. By generating this misfit dislocation, the distortion of the SiGe film is alleviated. At this time, tensile strain is generated in the Si film on the SiGe film whose strain has been relaxed, and the mobility is increased. When this substrate is used, the mobility of nMOS is remarkably improved, but the mobility improvement rate of pMOS is only about half that of nMOS.

そこで、pMOSの移動度を向上させる方法として、薄い歪みSiGe膜を用いた方法が提案されている。Si基板上にGe濃度20〜40%、膜厚10〜50nmのSiGe膜をエピタキシャル成長させて、さらにその上に厚さ20nm程度のSi膜を連続してエピタキシャル成長させることにより、圧縮歪みを持つSiGe膜を形成でき、この基板上にpMOSトランジスタを形成すると歪みSiGe膜中にチャネルが形成され、Si基板で作製した場合と比較して、移動度が約2倍程度得られることが実験的に確認されている。   Therefore, a method using a thin strained SiGe film has been proposed as a method for improving the mobility of pMOS. A SiGe film having a compressive strain is formed by epitaxially growing a SiGe film having a Ge concentration of 20 to 40% and a film thickness of 10 to 50 nm on a Si substrate, and further continuously growing a Si film having a thickness of about 20 nm on the SiGe film. It has been experimentally confirmed that when a pMOS transistor is formed on this substrate, a channel is formed in the strained SiGe film, and the mobility is about twice that of the case where the Si substrate is used. ing.

しかしながら、従来の歪みSi基板を用いて通常のCMOSを形成した場合、pMOSの移動度の向上率をnMOSと同等にすることが同一基板では困難である(例えば、非特許文献1参照)。そのトランジスタの移動度のSi膜に対する向上率については、例えばGe濃度30%の歪み緩和したSiGe膜上の歪みSi膜にチャネルを形成した場合、低い0.6MV/cmの垂直電界での移動度を見ると、nMOSトランジスタでは120%の移動度の向上が見られるが、pMOSでは、30%しか向上が見られておらず、この基板を用いてCMOSを作製したときには、大きな移動度向上率のアンバランスが生じてしまう。このアンバランスは、CMOSを用いたインバータ回路を設計する場合、nMOSに対してpMOSのチャネル幅を従来よりも大きくする必要があり、従来の設計資産を活用する際に大幅な変更が必要となるため好ましくない。   However, when a normal CMOS is formed using a conventional strained Si substrate, it is difficult to make the improvement rate of the mobility of the pMOS equal to that of the nMOS with the same substrate (for example, see Non-Patent Document 1). Regarding the improvement rate of the mobility of the transistor relative to the Si film, for example, when a channel is formed in a strained Si film on a SiGe film with a Ge concentration of 30%, the mobility in a vertical electric field of 0.6 MV / cm is low. As can be seen, the nMOS transistor shows a 120% improvement in mobility, but the pMOS shows only a 30% improvement. When a CMOS is fabricated using this substrate, the mobility improvement rate is large. Balance will occur. This imbalance requires that when designing an inverter circuit using CMOS, the channel width of the pMOS must be larger than that of the conventional nMOS, and a significant change is required when utilizing conventional design assets. Therefore, it is not preferable.

これを解決するためには、pMOSの移動度をnMOSと同等に向上させる必要がある。pMOSの移動度を向上させる手法としては、圧縮歪みを持つSiGe膜中にチャネルを形成する方法がある。例えば、非特許文献2には、Ge33%の歪みSiGeで、約50%程度の移動度向上が得られたことが記載されている。また、非特許文献3には、Ge20%の歪み緩和したSiGe膜上の引っ張り歪みをもつSi膜中にチャネルを形成したnMOSで移動度が70%程度になることが記載されている。
VLSI Symposium 2002 10-4 P.M.Carone,V.Venkataraman and J.C.Sturn, International Electron devices and Materials,p.29(1991) J.Welser,J.L.Hoyt, S.Takagi and J.F.GibbonSinternational ElectronDevices and Materials,p.373(1994)
In order to solve this, it is necessary to improve the mobility of the pMOS to be equal to that of the nMOS. As a method for improving the mobility of pMOS, there is a method of forming a channel in a SiGe film having compressive strain. For example, Non-Patent Document 2 describes that mobility improvement of about 50% was obtained with strained SiGe of Ge 33%. Non-Patent Document 3 describes that mobility is about 70% in an nMOS in which a channel is formed in a Si film having tensile strain on a SiGe film whose strain is relaxed by 20%.
VLSI Symposium 2002 10-4 PMCarone, V. Venkataraman and JCSturn, International Electron devices and Materials, p. 29 (1991) J. Welser, JLHoyt, S. Takagi and JFGibbon International Electron Devices and Materials, p.373 (1994)

しかしながら、1つの基板で、nMOSとpMOSに対して、異なる基板構造を構成し同程度の移動度向上を得ることは、今までに達成されていない。   However, it has not been achieved so far to form different substrate structures for nMOS and pMOS with a single substrate to obtain the same degree of mobility improvement.

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、1つの基板に歪みSi膜と歪みSiGe膜とを同時に実現させ、高速のCMOSの製造に適した半導体基板の製造方法とその基板を用いた半導体装置を提供するものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a semiconductor substrate manufacturing method suitable for high-speed CMOS manufacturing by simultaneously realizing a strained Si film and a strained SiGe film on one substrate, and the substrate. A semiconductor device using the above is provided.

この発明は、(a)表面がシリコンからなる基板にSiGe膜を形成し、(b)SiGe膜上にSi膜を形成し、(c)nMOS形成領域にGeイオンとH2イオンを注入し、(d)熱処理により前記領域のSiGe膜の歪みを緩和する、工程からなる半導体基板の製造方法の製造方法を提供するものである。 In this invention, (a) a SiGe film is formed on a substrate whose surface is made of silicon, (b) a Si film is formed on the SiGe film, (c) Ge ions and H 2 ions are implanted into the nMOS formation region, (D) Provided is a manufacturing method of a method for manufacturing a semiconductor substrate comprising steps of relaxing strain of the SiGe film in the region by heat treatment.

この発明によれば、高速MOSFETを形成する場合にCMOSに対する移動度向上率のアンバランスが解消できる。つまり、1つのSi基板にnMOSおよいpMOSトランジスタを形成しても、その移動度を互いに整合させることができる。
また、この半導体基板の製造方法を用いれば、歪みSi膜を用いて設計する場合に、従来の設計資産が有効に活用可能となる。
According to the present invention, when the high-speed MOSFET is formed, the imbalance of the mobility improvement rate with respect to the CMOS can be eliminated. In other words, even if an nMOS-pMOS transistor is formed on one Si substrate, the mobility can be matched with each other.
In addition, when this semiconductor substrate manufacturing method is used, the conventional design assets can be effectively utilized when designing using a strained Si film.

この発明による半導体基板の製造方法は、(a)表面がシリコンからなる基板にSiGe膜を形成し、(b)SiGe膜上にSi膜を形成し、(c)nMOS形成領域にGeイオンとH2イオンを注入し、(d)熱処理により前記領域のSiGe膜の歪みを緩和することを特徴とする。
ここで、表面がシリコンからなる基板とは、単結晶シリコン基板又は単結晶シリコン層を表面に有する、いわゆるSOI、SOS基板等である。
この発明において、工程(a)に続いて工程(b)を連続的に行うようにしてもよい。
ここで、連続的に行うとは、同一装置内において、原料ガス源を切換えて行うことをいう。
また、工程(a)、(c)および(d)を順次行った後、工程(b)を行うようにしてもよい。
また、この発明において、工程(a)のSiGe膜が、Ge濃度が10〜50%、膜厚が10〜50nmになるように形成され、工程(b)のSi膜が、厚さが5〜50nmになるように形成されることが好ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, (a) a SiGe film is formed on a substrate whose surface is made of silicon, (b) a Si film is formed on the SiGe film, and (c) Ge ions and H are formed in an nMOS formation region. 2 ions are implanted, and (d) distortion of the SiGe film in the region is relaxed by heat treatment.
Here, the substrate whose surface is made of silicon is a so-called SOI, SOS substrate or the like having a single crystal silicon substrate or a single crystal silicon layer on the surface.
In this invention, you may make it perform a process (b) continuously after a process (a).
Here, “continuously performed” means that the source gas source is switched in the same apparatus.
Further, the step (b) may be performed after the steps (a), (c) and (d) are sequentially performed.
In this invention, the SiGe film in the step (a) is formed so that the Ge concentration is 10 to 50% and the film thickness is 10 to 50 nm, and the Si film in the step (b) is 5 to It is preferable to be formed to be 50 nm.

この発明において、工程(d)の熱処理が600℃以上1000℃以下の温度で行われることが好ましい。   In the present invention, the heat treatment in the step (d) is preferably performed at a temperature of 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

また、上記製造方法において、工程(c)のGeイオンの注入が、少なくとも2回以上行われるようにしてもよい。
また、上記製造方法において、工程(c)における水素イオン注入は、注入ピークがGeの最大注入ピークよりも深く設定されることが好ましい。
In the manufacturing method, the Ge ion implantation in the step (c) may be performed at least twice.
In the above manufacturing method, the hydrogen ion implantation in the step (c) is preferably set such that the implantation peak is deeper than the maximum implantation peak of Ge.

また、上記製造方法において、工程(c)に基板をpMOSトランジスタ形成領域とnMOSトランジスタ形成領域とを分離する分離工程をさらに備え、分離工程を工程(a)と(b)の終了後に行ってもよい。   Further, in the above manufacturing method, the step (c) further includes a separation step of separating the pMOS transistor formation region and the nMOS transistor formation region, and the separation step may be performed after the completion of the steps (a) and (b). Good.

さらに、この発明による半導体装置の製造方法は、上記の方法で製造された半導体基板を用い、最上層半導体膜であるSi膜上にゲート酸化膜とゲート電極とを形成するとともに、ゲート電極をマスクとして、ソース、ドレインを形成することによりMOSトランジスタを形成し、歪みを持つSiGe膜を有する領域にpMOSトランジスタを、歪みが緩和されたSiGe膜を有する領域にnMOSトランジスタをそれぞれ形成することを特徴とする。   Furthermore, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention uses the semiconductor substrate manufactured by the above method, forms a gate oxide film and a gate electrode on the Si film, which is the uppermost semiconductor film, and masks the gate electrode A MOS transistor is formed by forming a source and a drain, a pMOS transistor is formed in a region having a strained SiGe film, and an nMOS transistor is formed in a region having a strained SiGe film. To do.

また、この発明による半導体装置の製造方法は、pMOSおよびnMOSトランジスタをそれぞれ形成するための第1および第2領域を有するSi基板に、SiGe膜を形成し、連続してSi膜をSiGe膜上に形成し、第1および第2領域を分離する素子分離を行い、第1領域にn型のイオンを注入し、第2領域にGeイオンと水素イオンとP型のイオンとを注入し、熱処理を行い、第2の領域のSiGe膜のみを歪み緩和する共に、第1および第2領域にそれぞれnウエルとPウエルを形成し、第1領域にpMOSトランジスタを、第2領域にnMOSトランジスタをそれぞれ形成することを特徴とする。   Also, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a SiGe film is formed on a Si substrate having first and second regions for forming pMOS and nMOS transistors, respectively, and the Si film is continuously formed on the SiGe film. Forming and separating the first and second regions, implanting n-type ions into the first region, implanting Ge ions, hydrogen ions, and P-type ions into the second region; The strain is relaxed only in the SiGe film in the second region, the n well and the P well are formed in the first and second regions, respectively, the pMOS transistor is formed in the first region, and the nMOS transistor is formed in the second region. It is characterized by doing.

以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。これによってこの発明が限定されるものではない。なお、以下において、濃度を表す%はatom%である。
第1実施例
この発明の半導体基板の製造方法の一実施例を、図1を用いて以下に説明する。
〔A〕SiGe膜とSi膜の形成
図1(a)に示すように、表面が(100)面を持つ通常のSi基板1上の酸化膜を公知の希釈HF溶液を用いて除去する。その後、公知のCVD法を用いて、SiH4/GeH4/H2ガス雰囲気、400〜800℃、GeH4の流量比を調整する。それによりGe濃度10〜50%,膜厚5〜50nmの薄いSiGe膜2をエピタキシャル成長させる。
その後、同一装置内で連続して、SiH4/H2ガス雰囲気中、400〜900℃で膜厚5〜50nmの薄いSi膜(以後キャップSi膜と呼ぶ)3を成長させる。つまり、SiGe膜2をSi基板1の表面に格子整合させながら形成し、キャップSi膜3をSiGe膜2上に格子整合させながら形成する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings. This does not limit the invention. In the following,% representing concentration is atom%.
First Embodiment An embodiment of a semiconductor substrate manufacturing method according to the present invention will be described below with reference to FIG.
[A] Formation of SiGe Film and Si Film As shown in FIG. 1A, the oxide film on the normal Si substrate 1 having a (100) surface is removed using a known diluted HF solution. Thereafter, using a known CVD method, the SiH 4 / GeH 4 / H 2 gas atmosphere, 400 to 800 ° C., and the flow rate ratio of GeH 4 are adjusted. Thereby, a thin SiGe film 2 having a Ge concentration of 10 to 50% and a film thickness of 5 to 50 nm is epitaxially grown.
Thereafter, a thin Si film (hereinafter referred to as a cap Si film) 3 having a thickness of 5 to 50 nm is grown in a SiH 4 / H 2 gas atmosphere at 400 to 900 ° C. in the same apparatus. That is, the SiGe film 2 is formed while being lattice-matched to the surface of the Si substrate 1, and the cap Si film 3 is formed while being lattice-matched on the SiGe film 2.

なお、この場合、次の諸点に留意する必要がある。
(1)SiGe膜2の成長は、Si基板1の表面状態の影響を大きく受けるために、まず、H2ガスのみで800〜1000℃の熱処理(アニール)を行い表面の自然SiO2膜の還元除去及びSiのダングリングボンドの水素終端化を行った後、同一装置内で、公知のCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用い、SiH4/H2ガス雰囲気中、800〜1000℃でSi膜をバッファー層としてSi基板1の表面にエピタキシャル成長させることが望ましい。
In this case, it is necessary to pay attention to the following points.
(1) Since the growth of the SiGe film 2 is greatly influenced by the surface state of the Si substrate 1, first, heat treatment (annealing) is performed at 800 to 1000 ° C. with only H 2 gas to reduce the natural SiO 2 film on the surface. After removal and hydrogen termination of Si dangling bonds, using the well-known CVD (Chemical Vapor Deposition) method, the Si film is formed at 800-1000 ° C in a SiH 4 / H 2 gas atmosphere. It is desirable to epitaxially grow the surface of the Si substrate 1 as a buffer layer.

(2)その後、大気開放せずに、同一反応室内に連続してSiH4/GeH4/H2ガスを流してSiGe膜2をエピタキシャル成長させる。この時、バッファー層として成長させたSi膜は大気開放されないために、基本的に表面は酸素及びその他の汚染フリーとなるために欠陥の少ないSiGe膜2の膜成長が可能となる。 (2) Thereafter, the SiGe film 2 is epitaxially grown by flowing SiH 4 / GeH 4 / H 2 gas continuously in the same reaction chamber without opening to the atmosphere. At this time, since the Si film grown as the buffer layer is not released to the atmosphere, the surface is basically free of oxygen and other contamination, so that the SiGe film 2 with few defects can be grown.

(3)バッファー層としてのSi膜上に成長させるSiGe膜2の結晶構造はSiと同じダイヤモンド構造であるが、Geのイオン半径がSiよりも約30%大きいためにGe濃度が高くなるほど格子定数が大きくなり、水平方向はSi膜の格子間隔に整合し、水平方向に収縮歪みを持った形でエピタキシャル成長が進む。   (3) The crystal structure of the SiGe film 2 grown on the Si film as the buffer layer is the same diamond structure as Si, but the lattice constant increases as the Ge concentration increases because the ionic radius of Ge is approximately 30% larger than that of Si. The horizontal growth is aligned with the lattice spacing of the Si film, and the epitaxial growth proceeds with a shrinkage strain in the horizontal direction.

(4)成長膜厚が厚くなるに従いSiGe膜2の歪みエネルギーは大きくなり、歪み緩和のために転位が発生するエネルギー以上になるとSiGe/Si界面に転位が形成されSiGe膜2の歪み緩和が生じる。この転位を発生させるためのエネルギーは、温度が高いほど小さくなるので、欠陥発生を防止するためには、できるだけ低温で成長させる必要がある。
しかし、温度を400℃以下に下げると成長速度が急激に低下して、現実的な時間での成長が困難になるので、成長速度との兼ね合いで温度を設定する。ホットウォール型のCVD装置では、20%SiGeの成長は550℃で数nm/min.程度であり、300nmの膜を成長するのに数時間程度であり、これ以上温度を下げることは現実的ではない。例えば、デポジット温度を450℃にすると300nmの厚さをデポジットするのに1桁程度時間が長くなる。
成長温度を低くすると臨界の膜厚は厚くできるが、20%SiGeでは550℃の成長温度の場合、膜厚は300nmであり、デバイスとして必要な300nmの厚さのものが形成可能である。
また、歪みSiGe膜2において、通常CMOS工程の950℃程度の熱処理で転位が発生しないためには、30%SiGeでは膜厚を10nm程度以下にする必要がある。
(4) As the growth film thickness increases, the strain energy of the SiGe film 2 increases, and when it exceeds the energy at which dislocations are generated for strain relaxation, dislocations are formed at the SiGe / Si interface and strain relaxation of the SiGe film 2 occurs. . Since the energy for generating the dislocation is smaller as the temperature is higher, it is necessary to grow at the lowest possible temperature in order to prevent the occurrence of defects.
However, if the temperature is lowered to 400 ° C. or lower, the growth rate rapidly decreases and it becomes difficult to grow in a realistic time. Therefore, the temperature is set in consideration of the growth rate. In a hot-wall type CVD system, the growth of 20% SiGe is about several nm / min at 550 ° C, and it takes about several hours to grow a 300 nm film. Absent. For example, if the deposit temperature is 450 ° C., it takes about one digit longer to deposit a thickness of 300 nm.
If the growth temperature is lowered, the critical film thickness can be increased, but with 20% SiGe, when the growth temperature is 550 ° C., the film thickness is 300 nm, and a device having a thickness of 300 nm necessary for the device can be formed.
Further, in order to prevent dislocation from occurring in the strained SiGe film 2 by a heat treatment at about 950 ° C. in a normal CMOS process, the film thickness needs to be about 10 nm or less for 30% SiGe.

以上より、この実施例では、図1(a)に示すように、まずpMOSの形成に必要な、例えば、Ge濃度30%、厚さ10nmのSiGe膜2をSi基板1の全面に形成し、連続して、例えば、膜厚10nmのキャップSi膜3を形成する。   As described above, in this embodiment, as shown in FIG. 1A, first, for example, a SiGe film 2 having a Ge concentration of 30% and a thickness of 10 nm is formed on the entire surface of the Si substrate 1 necessary for forming the pMOS. For example, a cap Si film 3 having a thickness of 10 nm is formed, for example.

〔B〕イオン注入
次に、nMOSの仮想基板部となる歪み緩和SiGe層5の形成方法を図1(b)により説明する。まず、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて右半分に形成したレジスト4をマスクにして、公知のイオン注入技術を用いて、図1(b)のように左半分のnMOS領域にGeイオンと水素イオンを注入し、SiGe膜2の下に続くSiGe層5を形成する。
[B] Ion Implantation Next, a method of forming the strain relaxation SiGe layer 5 which becomes the virtual substrate portion of the nMOS will be described with reference to FIG. First, using the resist 4 formed on the right half using a known photolithography technique as a mask, using a known ion implantation technique, Ge ions and hydrogen ions are applied to the nMOS region on the left half as shown in FIG. Then, a SiGe layer 5 is formed under the SiGe film 2.

Geイオンの注入は、nMOSのためのSiGe仮想基板を形成するためである。nMOSの移動度を通常のSi基板で作製したものに対して50%以上向上させるためには、Geの実効濃度を、15%以上にする必要がある。   The implantation of Ge ions is to form a SiGe virtual substrate for nMOS. In order to improve the mobility of nMOS by 50% or more compared to that manufactured with a normal Si substrate, the effective concentration of Ge needs to be 15% or more.

イオン注入のプロファイルにおいて、歪みGe濃度をほぼ矩形に近い分布にするために、2回以上の注入を行う。図2にGeイオン注入を第1〜4回まで行った時のGeの濃度分布C1〜C4を示す。この時用いた注入エネルギー/注入量は、第1回から第4回まで、それぞれ50KeV/1.1E16cm-2、100KeV/2E16cm-2、170KeV/3.4E16cm-2、280KeV/9.8E16cm-2としている。注入エネルギー条件は、平坦な分布に近づけるために下式の関係を用いて算出することが望ましい。 In the ion implantation profile, two or more implantations are performed in order to make the strained Ge concentration almost a rectangular distribution. FIG. 2 shows Ge concentration distributions C1 to C4 when Ge ion implantation is carried out 1 to 4 times. Implantation energy / injection volume used at this time, since the 1st to 4th, respectively 50KeV / 1.1E16cm -2, 100KeV / 2E16cm -2, 170KeV / 3.4E16cm -2, is set to 280KeV / 9.8E16cm -2. The implantation energy condition is desirably calculated using the relationship of the following expression in order to approximate a flat distribution.

第2回の注入深さ=第1回の注入深さ+第1回の注入の標準偏差値×0.8
+第2回の注入の標準偏差値×0.8
また、注入量は、注入分布の標準偏差に反比例して設定することで平坦に近いトータル注入分布Ctが実現できる。
2nd injection depth = 1st injection depth + standard deviation of 1st injection x 0.8
+ Standard deviation of the second injection x 0.8
Further, the injection amount is set in inverse proportion to the standard deviation of the injection distribution, whereby a total injection distribution Ct that is almost flat can be realized.

図1(b)に示すように、膜厚10nmのキャップSi膜3と厚さ10nmのSiGe膜2を通してイオン注入を行うために表面から40nm以下の深さにはできるだけGeが入らないように注入エネルギーを設定しているが、深さ40〜200nmまでほぼ平坦な15%SiGe層5がSiGe膜2の下に形成される。その後は、緩やかにGe濃度は減少し、約300nmの深さまでSiGe層5が形成される。   As shown in FIG. 1 (b), in order to perform ion implantation through a cap Si film 3 with a thickness of 10 nm and a SiGe film 2 with a thickness of 10 nm, implantation is performed so that Ge does not enter a depth of 40 nm or less from the surface as much as possible. Although the energy is set, a substantially flat 15% SiGe layer 5 is formed under the SiGe film 2 to a depth of 40 to 200 nm. Thereafter, the Ge concentration gradually decreases, and the SiGe layer 5 is formed to a depth of about 300 nm.

水素のイオン注入は、注入のピーク深さを200nmよりも深く設定する。この深さは、図2に示すGeのトータル濃度分布Ctが減少し始める深さであり、これよりも浅くすると水素のマイクロボイドより発生した積層欠陥が表面まで達し、貫通転位としてMOSトランジスタの接合リーク電流等の問題となるので好ましくない。注入量は、マイクロボイドの形成のために1×1016cm-2以上に設定し、注入ピークの水素濃度を5×1020cm-3以上(原子数濃度は1%程度以上)にする必要がある。3×1016cm-2以上(原子数濃度は3%程度以上)にするとマイクロボイドが大きく成長し、表面異常あるいはSiGe層のはがれ等が問題となるので、注入量は1〜3×1016cm-2に設定する必要がある。 In the hydrogen ion implantation, the peak depth of implantation is set deeper than 200 nm. This depth is the depth at which the total concentration distribution Ct of Ge shown in FIG. 2 begins to decrease. If it is shallower than this, stacking faults generated by hydrogen microvoids reach the surface, and the junction of the MOS transistor as a threading dislocation This is not preferable because it causes problems such as leakage current. The injection amount must be set to 1 x 10 16 cm -2 or more for microvoid formation, and the hydrogen concentration of the injection peak must be 5 x 10 20 cm -3 or more (atomic concentration is about 1% or more). There is. 3 × 10 16 cm -2 or more (atomic concentration above about 3%) microvoids grows larger as you, since such peeling of surface abnormalities or SiGe layer is a problem, the injection volume 1 to 3 × 10 16 Must be set to cm -2 .

〔C〕熱処理
その後、図1(b)のレジスト4を剥離した後、600〜1000℃程度の温度で熱処理(アニール)することにより、図1(c)に示すように、水素の注入ピーク近傍に発生した水素のマイクロボイド6から伸びた積層欠陥つまり転移ループ7が、Geイオン注入で形成された歪みSiGe層5とSi基板1との界面に到達し、さらに、界面に平行な方向にミスフィット転位を発生させる。このミスフィット転位を発生させることにより、SiGe膜2とSiGe層5の歪みが緩和される。このとき、歪み緩和されたSiGe膜2上のキャップSi膜3には、引っ張り歪みが発生し、移動度が高くなる。この実施例では水素イオンの注入ピークはSiGe/Si基板界面よりも深く設定しているが、図2に示すGeの濃度分布Ctが減少し始める深さよりも深くしていれば特に問題は無い。
[C] Heat treatment After removing the resist 4 in FIG. 1 (b), heat treatment (annealing) at a temperature of about 600 to 1000 ° C., as shown in FIG. 1 (c), near the hydrogen injection peak. The stacking faults, that is, the transition loops 7 extending from the microvoids 6 of hydrogen generated in the metal, reach the interface between the strained SiGe layer 5 formed by the Ge ion implantation and the Si substrate 1, and further miss in the direction parallel to the interface. Generate a fit dislocation. By generating this misfit dislocation, the distortion of the SiGe film 2 and the SiGe layer 5 is alleviated. At this time, tensile strain occurs in the cap Si film 3 on the SiGe film 2 whose strain has been relaxed, and the mobility increases. In this embodiment, the hydrogen ion implantation peak is set deeper than the SiGe / Si substrate interface, but there is no particular problem as long as it is deeper than the depth at which the Ge concentration distribution Ct shown in FIG. 2 starts to decrease.

この状態で、nMOS領域のSiGe膜2は、歪み緩和し、その上のキャップSi膜3に引っ張り歪みが発生するため、歪み緩和の臨界膜厚以下に設定する必要がある。
この実施例では、Ge濃度20%の場合、15nmが膜厚の上限となる。その後は、公知のCMOS製造技術を用いて、MOSトランジスタをこの基板上に作成する。
In this state, the SiGe film 2 in the nMOS region is strain-reduced, and tensile strain is generated in the cap Si film 3 thereon. Therefore, it is necessary to set the SiGe film 2 below the critical film thickness for strain relaxation.
In this example, when the Ge concentration is 20%, the upper limit of the film thickness is 15 nm. Thereafter, a MOS transistor is formed on this substrate by using a known CMOS manufacturing technique.

第2実施例
この発明の半導体基板の製造方法の他の実施例を、図3を用いて以下に説明する。
〔A〕SiGe膜の形成
図3(a)に示すように、表面が(100)面を持つ通常のSi基板1上にGe濃度10〜50%,膜厚5〜50nmの薄いSiGe膜2をエピタキシャル成長させる。つまり、SiGe膜2をSi基板1の表面に格子整合させながら形成する。その詳細な方法は、第1実施例と同様である。
Second Embodiment Another embodiment of the semiconductor substrate manufacturing method of the present invention will be described below with reference to FIG.
[A] Formation of SiGe film As shown in FIG. 3A, a thin SiGe film 2 having a Ge concentration of 10 to 50% and a film thickness of 5 to 50 nm is formed on a normal Si substrate 1 having a (100) surface. Epitaxially grow. That is, the SiGe film 2 is formed while being lattice-matched to the surface of the Si substrate 1. The detailed method is the same as that of the first embodiment.

〔B〕イオン注入
次に、図3(b)に示すようにレジスト4をマスクにして、Si基板1にGeイオンと水素イオンを注入することにより、SiGe層5を形成する。
Geイオンと水素イオンの注入方法は第1実施例と同等である。
[B] Ion Implantation Next, as shown in FIG. 3B, using the resist 4 as a mask, Ge ions and hydrogen ions are implanted into the Si substrate 1 to form a SiGe layer 5.
The method of implanting Ge ions and hydrogen ions is the same as in the first embodiment.

〔C〕熱処理とキャップSi膜の形成
その後、図3(b)のレジスト4を剥離した後、600〜1000℃程度の温度でアニールし、次に、同一装置内で連続してSiH4/H2ガス雰囲気中、400〜900℃でキャップSi膜3を成長させる。つまり、Si膜3をSiGe膜2上に格子整合させながら形成する。そして、このアニールにより、図3(c)に示すように、水素の注入ピーク近傍に発生した水素のマイクロボイド6から伸びた積層欠陥7が、イオン注入で形成された歪みSiGe層5とSi基板1との界面に到達し、さらに、界面に平行な方向にミスフィット転位を発生させる。このミスフィット転位を発生させることにより、SiGe膜2とSiGe層5の歪みが緩和される。このとき、歪み緩和されたSiGe膜2上のSi膜3には、引っ張り歪みが発生し、移動度が高くなる。
[C] Heat treatment and formation of cap Si film After the resist 4 in FIG. 3 (b) is peeled off, it is annealed at a temperature of about 600 to 1000 ° C., and then continuously SiH 4 / H in the same apparatus. The cap Si film 3 is grown at 400 to 900 ° C. in a gas atmosphere. That is, the Si film 3 is formed on the SiGe film 2 while being lattice-matched. Then, by this annealing, as shown in FIG. 3 (c), the stacking fault 7 extending from the hydrogen microvoid 6 generated in the vicinity of the hydrogen implantation peak is formed by the strained SiGe layer 5 and the Si substrate formed by ion implantation. A misfit dislocation is generated in a direction parallel to the interface. By generating this misfit dislocation, the distortion of the SiGe film 2 and the SiGe layer 5 is alleviated. At this time, tensile strain occurs in the Si film 3 on the SiGe film 2 whose strain has been relaxed, and the mobility increases.

この実施例では水素イオンの注入ピークはSiGe/Si基板界面よりも深く設定しているが、図2に示すGeの濃度分布Ctが減少し始める深さよりも深くしていれば特に問題は無い。   In this embodiment, the hydrogen ion implantation peak is set deeper than the SiGe / Si substrate interface, but there is no particular problem as long as it is deeper than the depth at which the Ge concentration distribution Ct shown in FIG. 2 starts to decrease.

この状態で、nMOS領域のSiGe膜2は、歪み緩和し、その上のSi膜3は引っ張り歪みが発生するために、歪み緩和の臨界膜厚以下に設定する必要がある。Ge濃度20%の場合、15nmが膜厚上限となる。その後は、公知のCMOS製造技術を用いて、MOSトランジスタをこの基板上に作成する。
第1実施例と比較すると、nMOSのチャネルとなるキャップSi膜3がGeイオンの注入後に形成されるために、注入によるダメージをうけることが無い。
In this state, the SiGe film 2 in the nMOS region relaxes the strain, and the Si film 3 on the SiGe film 2 has a tensile strain. When the Ge concentration is 20%, the upper limit of the film thickness is 15 nm. Thereafter, a MOS transistor is formed on this substrate by using a known CMOS manufacturing technique.
Compared to the first embodiment, since the cap Si film 3 serving as an nMOS channel is formed after the Ge ion implantation, the cap Si film 3 is not damaged by the implantation.

第3実施例
次にこの発明による半導体装置の製造方法の一実施例を、図4を用いて以下に説明する。
まず、図4(a)に示すように、第1実施例と同様の方法で、Si基板1上にGe濃度10〜50%、膜厚5〜50nmのSiGe膜2と、膜厚5〜50nmのキャップSi膜3を連続的に形成する。
Third Embodiment Next, an embodiment of a semiconductor device manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 4 (a), the SiGe film 2 having a Ge concentration of 10 to 50% and a film thickness of 5 to 50 nm and a film thickness of 5 to 50 nm are formed on the Si substrate 1 by the same method as in the first embodiment. The cap Si film 3 is continuously formed.

その後、大気開放せずに、同一反応室内に連続してSiH4/GeH4/H2ガスを流してSiGe膜2をエピタキシャル成長させ、さらに同一反応室内に連続して、SiH4/H2ガス雰囲気中、800〜1000℃でキャップSi膜3をSiGe膜2上にエピタキシャル成長させる。その後、公知の素子分離技術を用いて、トレンチ素子分離用のSiO2で埋め込まれた溝10を形成する。 After that, without exposing to the atmosphere, SiH 4 / GeH 4 / H 2 gas is allowed to flow continuously in the same reaction chamber to epitaxially grow the SiGe film 2, and further continuously in the same reaction chamber, the SiH 4 / H 2 gas atmosphere The cap Si film 3 is epitaxially grown on the SiGe film 2 at 800 to 1000 ° C. Thereafter, a trench 10 embedded with SiO 2 for trench element isolation is formed using a known element isolation technique.

次に、図4(b)に示すように、pMOSトランジスタ形成領域を開口したフォトレジスト11をマスクにして、公知のイオン注入技術により、リンイオン注入を、注入エネルギー/注入量について、600KeV/1×1013cm-2、320KeV/ 7×1012cm-2、150KeV/ 5×1012cm-2及び60KeV/2×1012cm-2の条件で計4回行い、Si基板1b中に濃度約3×1017cm-3のN型の領域(Nウエル)12を形成する。 Next, as shown in FIG. 4 (b), using the photoresist 11 having an opening in the pMOS transistor formation region as a mask, phosphorous ion implantation is performed with a known ion implantation technique, with respect to implantation energy / injection amount, 600 KeV / 1 × 10 13 cm -2 , 320 KeV / 7 x 10 12 cm -2 , 150 KeV / 5 x 10 12 cm -2 and 60 KeV / 2 x 10 12 cm -2 for a total of 4 times, concentration in Si substrate 1b An N-type region (N well) 12 of 3 × 10 17 cm −3 is formed.

その後、図4(c)に示すように、nMOSトランジスタ形成領域が開口されたフォトレジスト13をマスクにして、公知のイオン注入技術により、Geイオン注入を、注入エネルギー/注入量について、50KeV/1.1E16cm-2、100KeV/2E16cm-2170KeV/3.4E16cm-2、280KeV/9.8E16cm-2の条件で計4回行いSiGe膜2の下にSiGe層15を形成し、さらに水素イオンを20KeV/2E16cm-2の条件で1回、ボロンイオンを300KeV/1×1013cm-2、150KeV/7×1012cm-2、60KeV/5×1012cm-2及び20/2×1012cm-2の条件で計4回SiGe/Si基板中に打ち込みP型の高濃度領域(Pウエル)14を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 4 (c), Ge ion implantation is performed with a known ion implantation technique using a photoresist 13 having an nMOS transistor formation region opened as a mask, with an implantation energy / injection amount of 50 KeV / 1.1. E16cm -2, 100KeV / 2E16cm -2 170KeV / 3.4E16cm -2, 280KeV / 9.8E16cm the SiGe layer 15 is formed under performs the SiGe film 2 four times in the condition-2, further 20 KeV / 2E16 cm hydrogen ions - Once at 2 conditions, boron ions are 300KeV / 1 × 10 13 cm -2 , 150 KeV / 7 × 10 12 cm -2 , 60 KeV / 5 × 10 12 cm -2 and 20/2 × 10 12 cm -2 Under conditions, a total of four times is implanted in the SiGe / Si substrate to form a P-type high concentration region (P well) 14.

その後600〜1000℃でアニールを行い、図4(d)に示すようにPウェル14中に微小水素析出物16を形成し、そこから転位ループ17を発生させる。それが傾斜型Ge分布領域中でミスフィット転位を形成し、SiGe膜2とSiGe層15の歪みが緩和される。この時、転位ループ17は、傾斜型分布領域でミスフィット転位を形成し、容易に止まることができるので、矩形分布領域のSiGe層15の歪みを完全に緩和するためには、できるだけ矩形分布に近い部分にピークを持つように注入エネルギーを設定することが望ましい。   Thereafter, annealing is performed at 600 to 1000 ° C. to form a minute hydrogen precipitate 16 in the P well 14 as shown in FIG. 4 (d), and a dislocation loop 17 is generated therefrom. This forms misfit dislocations in the tilted Ge distribution region, and the distortion of the SiGe film 2 and the SiGe layer 15 is alleviated. At this time, the dislocation loop 17 forms misfit dislocations in the inclined distribution region and can easily stop, so in order to completely relieve the distortion of the SiGe layer 15 in the rectangular distribution region, the dislocation loop 17 has a rectangular distribution as much as possible. It is desirable to set the implantation energy so as to have a peak at a close portion.

更にその後、公知のCMOSプロセスを用いてMOSトランジスタを形成する。まず、膜厚2〜20nmのゲート酸化膜19を形成した後、膜厚200nm程度のポリSi膜を成長させ異方性の反応性エッチング法でMOSトランジスタのゲート電極20を加工する。その後、pMOS領域が開口したレジストマスクでBF2+イオンを注入エネルギー40KeV、注入量3×1015cm-2の条件で注入する。また、nMOS領域が開口したレジストマスクでヒ素イオンを注入エネルギー40KeV、注入量3×1015cm-2の条件で注入する。レジストを除去した後、900℃程度でアニールを行い、ソース・ドレインのP+拡散層21とN+拡散層20を形成することにより、図4(d)に示すように歪みSi膜3をチャネルとする表面チャネル型のnMOSトランジスタ31と歪みSiGe膜2をチャネルとする埋め込みチャネル型のpMOSトランジスタ32が形成される。 Thereafter, a MOS transistor is formed using a known CMOS process. First, after forming a gate oxide film 19 having a thickness of 2 to 20 nm, a poly Si film having a thickness of about 200 nm is grown, and the gate electrode 20 of the MOS transistor is processed by an anisotropic reactive etching method. Thereafter, BF2 + ions are implanted with a resist mask having an opening in the pMOS region under conditions of an implantation energy of 40 KeV and an implantation amount of 3 × 10 15 cm −2 . In addition, arsenic ions are implanted under the conditions of an implantation energy of 40 KeV and an implantation amount of 3 × 10 15 cm −2 using a resist mask having an nMOS region opened. After removing the resist, annealing is performed at about 900 ° C., and the source / drain P + diffusion layer 21 and N + diffusion layer 20 are formed, thereby forming the strained Si film 3 as a channel as shown in FIG. A surface channel nMOS transistor 31 and a buried channel pMOS transistor 32 having the strained SiGe film 2 as a channel are formed.

第4実施例
また、本発明による半導体装置の製造方法の他の実施例を、図5を用いて以下に説明する。
まず、図5(a)に示すように、第1あるいは第2実施例に従い図1(c)又は図3(c)に示す基板を作製し、公知の素子分離技術を用いて、トレンチ素子分離部材としてのSiO2で埋め込まれた溝10を形成する。
Fourth Embodiment Another embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention will be described below with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 5 (a), the substrate shown in FIG. 1 (c) or FIG. 3 (c) is manufactured according to the first or second embodiment, and trench element isolation is performed using a known element isolation technique. A groove 10 embedded with SiO 2 as a member is formed.

次に、図5(b)に示すように、pMOSの領域を開口したフォトレジスト11をマスクにして、公知のイオン注入技術により、リンイオンを、注入エネルギー/注入量について、600KeV/1×1013cm-2、320KeV/ 7×1012cm-2、150KeV/ 5×1012cm-2及び60KeV/2×1012cm-2の計4回行い、Si基板1中に濃度約3×1017cm-3のN型の領域(Nウエル)12を形成する。 Next, as shown in FIG. 5 (b), using the photoresist 11 having an opening in the pMOS region as a mask, phosphorus ions are implanted with a known ion implantation technique at an implantation energy / implantation amount of 600 KeV / 1 × 10 13. cm- 2 , 320 KeV / 7 × 10 12 cm -2 , 150 KeV / 5 × 10 12 cm-2 and 60 KeV / 2 × 10 12 cm-2, 4 times in total, concentration in Si substrate 1 about 3 × 10 17 An N-type region (N well) 12 of cm −3 is formed.

その後、図5(c)に示すように、nMOSの領域が開口されたフォトレジスト13をマスクにして、公知のイオン注入技術により、ボロンイオンを、注入エネルギー/注入量について、300KeV/1×1013cm-2、150KeV/7×1012cm-2、60KeV/5×1012cm-2及び20/2×1012cm-2の条件で計4回SiGe/Si基板中に打ち込みP型の高濃度領域(Pウエル)14を形成する。
更にその後、公知のCMOSプロセスを用いてMOSトランジスタを形成する。図5(d)に示すように、まず、膜厚2〜20nmのゲート酸化膜19を形成した後、膜厚200nm程度のポリSi20を成長させ異方性の反応性エッチング法でMOSトランジスタのゲート電極20を加工する。その後、pMOS領域が開口したレジストマスクでBF2+イオンを注入エネルギー40KeV、注入量3×1015cm-2で注入する。また、nMOS領域が開口したレジストマスクでヒ素イオンを注入エネルギー40KeV、注入量3×1015cm-2で行い、レジストを除去した後、900℃程度でアニールを行い、ソース・ドレインのP+拡散層21とN+拡散層22を形成することにより、歪みSi膜3をチャネルとする表面チャネル型のnMOSトランジスタ31と歪みSiGe膜2をチャネルとする埋め込みチャネル型のpMOSトランジスタ32が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 5 (c), with the photoresist 13 in which the nMOS region is opened as a mask, boron ions are implanted at 300 KeV / 1 × 10 with respect to implantation energy / injection amount by a known ion implantation technique. 13 cm -2, 150KeV / 7 × 10 12 cm -2, 60KeV / 5 × 10 12 cm -2 and 20/2 × 10 12 cm under conditions of -2 four times SiGe / Si substrate implanted P-type in the A high concentration region (P well) 14 is formed.
Thereafter, a MOS transistor is formed using a known CMOS process. As shown in FIG. 5 (d), first, a gate oxide film 19 having a thickness of 2 to 20 nm is formed, and then a poly-Si 20 film having a thickness of about 200 nm is grown, and the gate of the MOS transistor is subjected to anisotropic reactive etching. The electrode 20 is processed. Thereafter, BF2 + ions are implanted with an implantation energy of 40 KeV and an implantation amount of 3 × 10 15 cm −2 through a resist mask having an opening in the pMOS region. Also, arsenic ions are implanted with a resist mask with an nMOS region opened at an implantation energy of 40 KeV and an implantation amount of 3 × 10 15 cm −2 , and after removing the resist, annealing is performed at about 900 ° C. to form a source / drain P + diffusion layer By forming 21 and the N + diffusion layer 22, a surface channel type nMOS transistor 31 having the strained Si film 3 as a channel and a buried channel type pMOS transistor 32 having the strained SiGe film 2 as a channel are formed.

この発明の半導体基板の製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the semiconductor substrate of this invention. この発明におけるGeイオン注入の深さ方向の分布を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating distribution of the depth direction of Ge ion implantation in this invention. この発明の実施の半導体基板の製造方法の他の例を説明する工程図である。It is process drawing explaining the other example of the manufacturing method of the semiconductor substrate of implementation of this invention. この発明の半導体装置の製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. この発明の半導体装置の製造方法の他の例を示す工程図である。It is process drawing which shows the other example of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 Si基板
2 歪みSiGe膜
3 キャップSi膜
4 フォトレジスト
5 Geイオン注入で形成されたSiGe層
6 微小水素析出物
7 転位ループ
10 素子分離用埋め込みSiO2
11 nウエル形成のためのレジストマスク
12 nウエル
13 pウエル形成のためのレジストマスク
14 pウエル
15 Geイオン注入で形成された歪みSiGe層
16 微小水素析出物
17 転位ループ
19 ゲートSiO2
20 ゲートポリSi電極
21 P+ソース・ドレイン拡散層
22 N+ソース・ドレイン拡散層
1 Si substrate
2 Strained SiGe film
3 Cap Si film
4 Photoresist
SiGe layer formed by 5 Ge ion implantation
6 Fine hydrogen precipitate
7 Dislocation loop
10 Embedded SiO 2 for device isolation
11 Resist mask for n-well formation
12 n well
Resist mask for p-well formation
14 p well
Strained SiGe layer formed by 15 Ge ion implantation
16 Fine hydrogen precipitate
17 Dislocation loop
19 Gate SiO 2
20 Gate poly-Si electrode
21 P + source / drain diffusion layer
22 N + source / drain diffusion layer

Claims (11)

(a)表面がシリコンからなる基板にSiGe膜を形成し、
(b)SiGe膜上にSi膜を形成し、
(c)nMOS形成領域にGeイオンとH2イオンを注入し、
(d)熱処理により前記領域のSiGe膜の歪みを緩和する、
工程からなる半導体基板の製造方法。
(A) forming a SiGe film on a substrate whose surface is made of silicon;
(B) A Si film is formed on the SiGe film,
(C) Implanting Ge ions and H 2 ions into the nMOS formation region,
(D) Relieve distortion of the SiGe film in the region by heat treatment,
A method of manufacturing a semiconductor substrate comprising steps.
工程(a)に続いて工程(b)を連続的に行い、次いで工程(c)と(d)を順次行う請求項1記載の半導体基板の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the step (b) is continuously performed following the step (a), and then the steps (c) and (d) are sequentially performed. 工程(a)、(c)および(d)を順次行った後、工程(b)を行う請求項1記載の半導体基板の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the step (b) is performed after the steps (a), (c), and (d) are sequentially performed. 工程(a)のSiGe膜は、Ge濃度が10〜50atom%、膜厚が10〜50nmである請求項1〜3記載のいずれか1つに記載の半導体基板の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the SiGe film in the step (a) has a Ge concentration of 10 to 50 atom% and a film thickness of 10 to 50 nm. 工程(b)のSi膜は、膜厚が5〜50nmである請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体基板の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the Si film in the step (b) has a thickness of 5 to 50 nm. 工程(d)の熱処理が、600〜1000℃の温度で行われる請求項1〜3いずれか1つに記載の半導体基板の製造方法。   The manufacturing method of the semiconductor substrate as described in any one of Claims 1-3 with which the heat processing of a process (d) is performed at the temperature of 600-1000 degreeC. 工程(c)において、Geイオンの注入が、2回以上行われる請求項1〜3にいずれか1つに記載の半導体基板の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein in the step (c), Ge ions are implanted twice or more. 工程(c)において、水素イオンの注入ピークが、Geの最大注入ピークよりも深く設定される請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体基板の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein in the step (c), the hydrogen ion implantation peak is set deeper than the Ge maximum implantation peak. 基板をpMOSトランジスタ形成領域とnMOSトランジスタ形成領域とに分離する分離工程をさらに備え、分離工程を工程(a)と(b)の終了後に行う請求項2記載の半導体基板の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2, further comprising a separation step of separating the substrate into a pMOS transistor formation region and an nMOS transistor formation region, wherein the separation step is performed after steps (a) and (b). 請求項1〜3のいずれか1つに記載の方法で製造された半導体基板を用い、最上層半導体膜であるSi膜上にゲート酸化膜とゲート電極とを形成するとともに、ゲート電極をマスクとして、ソース、ドレインを形成することによりMOSトランジスタを形成し、歪みを持つSiGe膜を有する領域にpMOSトランジスタを、歪みが緩和されたSiGe膜を有する領域にnMOSトランジスタをそれぞれ形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。   Using the semiconductor substrate manufactured by the method according to any one of claims 1 to 3, a gate oxide film and a gate electrode are formed on a Si film that is the uppermost semiconductor film, and the gate electrode is used as a mask. Forming a MOS transistor by forming a source and a drain, forming a pMOS transistor in a region having a strained SiGe film, and forming an nMOS transistor in a region having a strained SiGe film. A method for manufacturing a semiconductor device. pMOSおよびnMOSトランジスタをそれぞれ形成するための第1および第2領域を有するSi基板に、SiGe膜を形成し、連続してSi膜をSiGe膜上に形成し、第1および第2領域を分離する素子分離を行い、第1領域にn型のイオンを注入し、第2領域にGeイオンと水素イオンとP型のイオンとを注入し、熱処理を行い、第2領域のSiGe膜のみを歪み緩和する共に、第1および第2領域にそれぞれnウエルとPウエルを形成し、第1領域にpMOSトランジスタを、第2領域にnMOSトランジスタをそれぞれ形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。

A SiGe film is formed on a Si substrate having first and second regions for forming pMOS and nMOS transistors, respectively, a Si film is continuously formed on the SiGe film, and the first and second regions are separated. Element isolation is performed, n-type ions are implanted into the first region, Ge ions, hydrogen ions, and P-type ions are implanted into the second region, heat treatment is performed, and only the SiGe film in the second region is strain-relaxed. In addition, a method of manufacturing a semiconductor device is characterized in that an n well and a P well are formed in the first and second regions, respectively, a pMOS transistor is formed in the first region, and an nMOS transistor is formed in the second region.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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