JP2006041516A - パターン形成した歪み半導体基板およびデバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板101上に歪み材料および緩和材料のパターン形成工程と、歪み材料中に歪みデバイス129形成工程と、緩和材料中に非歪みデバイス131形成工程とを備えた方法を開示する。歪み材料は、引っ張り状態または圧縮状態にあるSiであり、緩和材料は通常状態にあるSiである。基板101上にSiGe、SiC、または類似の材料から成る格子定数/格子構造が一致しない緩衝層113、緩和層111を形成して、歪み材料を引っ張り状態または圧縮状態にする。別の実施形態では、歪み材料を形成するのに、炭素をドープしたシリコンまたはゲルマニウムをドープしたシリコンを使用する。この構造体はその上にパターン形成された歪み材料と非歪み材料を有する多層基板を備えている。
【選択図】 図5
Description
AlX1GaX2InX3AsY1PY2NY3SbY4
(ただし、X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、およびY4は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3+Y4=1(「1」は合計相対モル量)である)
他の好適な基板は次式によって定義される組成物を含有している。
ZnA1CdA2SeB1TeB2
(ただし、A1、A2、B1、およびB2は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、A1+A2+B1+B2=1(「1」は合計相対モル量)である)
あるいは、基板は「半導体オン絶縁体(semiconductor-on-insulator)」型の構造(たとえばSOI(silicon-on-insulator)基板)を有する。一実施形態では、基板の厚さは当技術分野で既知の標準の半導体ウェハの厚さにほぼ等しくする。
AlX1GaX2InX3AsY1PY2NY3SbY4
(ただし、X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、およびY4は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3+Y4=1(「1」は合計相対モル量)である)および、次式によって定義される組成物を含有したもの、
ZnA1CdA2SeB1TeB2
(ただし、A1、A2、B1、およびB2は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、A1+A2+B1+B2=1(「1」は合計相対モル量)である)
である。これらの典型的な材料群の各々はここで説明するすべての実施形態に適用することができる。
103 パッド層
107 絶縁層
109 凹部の底部
111 緩和層
113 緩衝層
115 第2のベース濃度
117 ベンチマーク濃度
119 ベース濃度
121 格子不整合
123 緩和材料
125 歪み材料
127 格子不整合
129 歪みデバイス
131 非歪みデバイス
Claims (41)
- 基板上に歪み材料および緩和材料のパターンを形成するステップと、
前記歪み材料中に歪みデバイスを形成するステップと、
前記緩和材料中に非歪みデバイスを形成するステップと
を備えた
方法。 - 基板上に歪み材料および緩和材料のパターンを形成する前記ステップが、さらに、
前記基板に凹部を形成するステップであって、前記凹部は側壁を備えている、ステップと、
前記基板と格子定数/格子構造が一致しない緩衝層を前記凹部に形成するステップと、
前記緩衝層上に緩和層を形成するステップと、
前記緩和層上に前記歪み材料を形成し、前記基板上に前記緩和材料を形成するステップであって、前記緩和材料は前記歪み材料と格子定数/格子構造が一致していない、ステップとを備えた、
請求項1に記載の方法。 - さらに、
前記緩衝層を形成するステップの前に、前記側壁に絶縁層を形成するステップを備えた、
請求項2に記載の方法。 - 前記緩和層および前記緩衝層の各々を、
シリコン・カーボン(SiC)、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)、AlX1GaX2InX3AsY1PY2NY3SbY4(ただし、X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、およびY4は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3+Y4=1(「1」は合計相対モル量)である)、および、ZnA1CdA2SeB1TeB2(ただし、A1、A2、B1、およびB2は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、A1+A2+B1+B2=1(「1」は合計相対モル量)である)から成る群
から選択する、
請求項2に記載の方法。 - 前記緩和層および前記緩衝層の各々を、
シリコン(Si)、シリコン・カーボン(SiC)、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)、AlX1GaX2InX3AsY1PY2NY3SbY4(ただし、X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、およびY4は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3+Y4=1(「1」は合計相対モル量)である)、および、ZnA1CdA2SeB1TeB2(ただし、A1、A2、B1、およびB2は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、A1+A2+B1+B2=1(「1」は合計相対モル量)である)から成る群
から選択する、
請求項2に記載の方法。 - 前記緩衝層を形成する前記ステップが、さらに、
前記緩衝層を形成する材料から成る複数の層を、前記緩衝層を形成する材料の濃度が前記基板の近傍のベース濃度と前記緩和層の近傍のより高いベンチマーク濃度とを有するようにエピタキシャル成長させるステップを備えた、
請求項2に記載の方法。 - 前記緩和層を形成する前記ステップが、さらに、
前記緩和層を形成する材料から成る複数の層を、前記緩和層を形成する前記材料が前記緩衝層の近傍において前記緩衝層の材料のベンチマーク濃度にほぼ等しい第2のベース濃度を有するように、エピタキシャル成長させるステップを備えた、
請求項6に記載の方法。 - 基板上に歪み材料および緩和材料のパターンを形成する前記ステップが、さらに、
前記基板上に緩衝層を形成するステップであって、前記緩衝層は前記基板と格子定数/格子構造が一致していない、ステップと、
前記緩衝上に緩和層を形成するステップと、
前記緩和層および前記緩衝層を貫通して凹部を形成するステップであって、前記凹部は側壁を備えている、ステップと、
前記凹部に前記緩和材料を形成するステップと、
前記凹部の境界の外部において前記緩和層上に前記歪み材料を形成するステップであって、前記歪み材料は前記緩和層と格子定数/格子構造が一致していない、ステップとを備えた、
請求項1に記載の方法。 - さらに、
前記凹部に前記緩和層を形成するステップの前に、前記側壁に絶縁層を形成するステップを備えた、
請求項8に記載の方法。 - 前記緩和層および前記緩衝層を、
シリコン・カーボン(SiC)、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)、AlX1GaX2InX3AsY1PY2NY3SbY4(ただし、X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、およびY4は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3+Y4=1(「1」は合計相対モル量)である)、および、ZnA1CdA2SeB1TeB2(ただし、A1、A2、B1、およびB2は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、A1+A2+B1+B2=1(「1」は合計相対モル量)である)から成る群
から選択する、
請求項8に記載の方法。 - 前記緩衝層を形成する前記ステップが、さらに、
前記緩衝層を形成する材料から成る複数の層を、前記緩衝層を形成する材料の濃度が前記基板の近傍のベース濃度と前記緩和層の近傍のより高いベンチマーク濃度とを有するようにエピタキシャル成長させるステップを備えた、
請求項8に記載の方法。 - 前記緩和層を形成する前記ステップが、さらに、
前記緩和層を形成する材料から成る複数の層を、前記緩和層を形成する前記材料が前記緩衝層の近傍において前記緩衝層の材料のベンチマーク濃度にほぼ等しい第2のベース濃度を有するように、エピタキシャル成長させるステップを備えた、
請求項11に記載の方法。 - 前記歪み材料が、炭素をドープしたシリコン、または、ゲルマニウムをドープしたシリコンから成る、
請求項1に記載の方法。 - 電気デバイスを形成する方法であって、
基板の一部分と接触させて緩衝層を形成するステップであって、前記緩衝層は前記基板と格子定数/格子構造が一致していない、ステップと、
前記緩衝層上に緩和層を形成するステップと、
前記緩和層の上表面に歪み材料を、前記緩和層によって前記歪み材料が引っ張り状態および圧縮状態のうちの一方の状態になるように、形成するステップと、
前記歪み材料の近傍に非歪み材料をパターン形成するステップと
を備えた
方法。 - さらに、
前記歪み材料中に歪みデバイスを形成するステップと、
前記非歪み材料中に非歪みデバイスを形成するステップとを備えた、
請求項14に記載の方法。 - 前記緩和層は前記歪み材料と格子定数/格子構造が一致しない材料から成っている、
請求項14に記載の方法。 - 前記緩衝層を、
シリコン・カーボン(SiC)、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)、AlX1GaX2InX3AsY1PY2NY3SbY4(ただし、X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、およびY4は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3+Y4=1(「1」は合計相対モル量)である)、および、ZnA1CdA2SeB1TeB2(ただし、A1、A2、B1、およびB2は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、A1+A2+B1+B2=1(「1」は合計相対モル量)である)から成る群
から選択する、
請求項14に記載の方法。 - 前記緩衝層を形成する前記ステップが、さらに、
前記緩衝層を形成する材料から成る複数の層を、前記緩衝層を形成する材料の濃度が前記基板の近傍のベース濃度と前記緩和層の近傍のより高いベンチマーク濃度とを有するようにエピタキシャル成長させるステップを備えた、
請求項14に記載の方法。 - 前記緩和層を、
シリコン・カーボン(SiC)、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)、AlX1GaX2InX3AsY1PY2NY3SbY4(ただし、X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、およびY4は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3+Y4=1(「1」は合計相対モル量)である)、および、ZnA1CdA2SeB1TeB2(ただし、A1、A2、B1、およびB2は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、A1+A2+B1+B2=1(「1」は合計相対モル量)である)から成る群
から選択する、
請求項14に記載の方法。 - 前記歪み材料が、炭素またはゲルマニウムをドープした半導体材料である、
請求項1に記載の方法。 - 基板上に形成された歪み材料および緩和材料のパターンと、
前記基板上に形成され、前記基板と格子定数/格子構造が一致していない緩衝層と、
前記緩衝層上に形成された緩和層であって、前記緩和層の上表面には引っ張り状態および圧縮状態のうちの一方の状態にある前記歪み材料が設けられている、緩和層とを備え、
前記緩和層は前記歪み材料と格子定数/格子構造が一致していない材料から成り、
前記緩衝層を形成する材料は濃度が前記基板の近傍におけるベース濃度から前記緩和層の近傍におけるベンチマーク濃度まで増大している
電気デバイス。 - さらに、
前記基板中に形成されるとともに前記緩衝層を囲む凹部であって、前記凹部は側壁を備えている、凹部を備えた、
請求項21に記載の電気デバイス。 - さらに、
前記側壁上に形成された絶縁層を備えた、
請求項22に記載の電気デバイス。 - 前記緩和層および前記緩衝層が、
シリコン・カーボン(SiC)、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)、AlX1GaX2InX3AsY1PY2NY3SbY4(ただし、X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、およびY4は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3+Y4=1(「1」は合計相対モル量)である)、および、ZnA1CdA2SeB1TeB2(ただし、A1、A2、B1、およびB2は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、A1+A2+B1+B2=1(「1」は合計相対モル量)である)から成る群
から選択されている、
請求項21に記載の電気デバイス。 - 前記緩和層を形成する材料が、前記緩衝層の近傍において前記ベンチマーク濃度にほぼ等しい第2のベース濃度を有する、
請求項21に記載の電気デバイス。 - 前記絶縁層を形成する材料が酸化物および窒化物のうちの一方である、
請求項23に記載の電気デバイス。 - 前記基板の一部分が、前記緩和材料を形成しているとともに、前記絶縁層から成る境界の外部に位置している、
請求項23に記載の電気デバイス。 - さらに、
前記歪み材料中に形成された歪みデバイスと、
前記緩和材料中に形成された非歪みデバイスとを備えた、
請求項21に記載の電気デバイス。 - 前記緩和材料は前記凹部において前記絶縁層から成る境界内に形成されている、
請求項23に記載の電気デバイス。 - 前記緩和層および前記緩衝層の各々は、
シリコン・カーボン(SiC)、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)、AlX1GaX2InX3AsY1PY2NY3SbY4(ただし、X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、およびY4は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3+Y4=1(「1」は合計相対モル量)である)、および、ZnA1CdA2SeB1TeB2(ただし、A1、A2、B1、およびB2は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、A1+A2+B1+B2=1(「1」は合計相対モル量)である)から成る群
から選択されている、
請求項29に記載の電気デバイス。 - 基板上に形成された歪み材料および緩和材料のパターンと、
前記歪み材料中に形成された第1のデバイスと、
前記緩和材料中に形成された第2のデバイスと
を備えた
電気デバイス。 - さらに、
前記基板の一部分と接触して形成された緩衝層であって、前記緩衝層は前記基板とは格子定数/格子構造が一致していない、緩衝層と、
前記緩衝層上に形成された緩和層と、
前記緩和層の上表面に形成された歪み材料であって、前記緩和層によって前記歪み材料は引っ張り状態および圧縮状態のうちの一方の状態になっている、歪み材料と、
前記歪み材料の近傍にパターン形成された非歪み材料とを備えた、
請求項31に記載の電気デバイス。 - 前記歪み材料中に形成された前記第1のデバイスは論理デバイスであり、前記緩和材料中に形成された前記第2のデバイスは欠陥の影響を受けやすいデバイスである、
請求項31に記載の電気デバイス。 - 前記緩和材料が、前記歪み材料と格子定数/格子構造が一致していない材料から成る、
請求項32に記載の電気デバイス。 - 前記緩衝層および前記緩和層が、
シリコン・カーボン(SiC)、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)、AlX1GaX2InX3AsY1PY2NY3SbY4(ただし、X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、およびY4は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3+Y4=1(「1」は合計相対モル量)である)、および、ZnA1CdA2SeB1TeB2(ただし、A1、A2、B1、およびB2は相対比率を表し、各々は「0」以上であり、A1+A2+B1+B2=1(「1」は合計相対モル量)である)から成る群
から選択されている、
請求項32に記載の電気デバイス。 - 前記緩衝層を形成する材料の濃度が、前記基板の近傍のベース濃度から前記緩和層の近傍のベンチマーク濃度まで増大している、
請求項32に記載の電気デバイス。 - 前記歪み材料が、炭素をドープした半導体材料、または、ゲルマニウムをドープした半導体材料である、
請求項32に記載の電気デバイス。 - さらに、
前記歪み材料および前記緩和材料の近傍に形成された第2の歪み材料であって、それぞれ、前記歪み材料は引っ張り状態または圧縮状態にあり、前記第2の歪み材料は圧縮状態または引っ張り状態にある、第2の歪み材料を備えた、
請求項31に記載の電気デバイス。 - 前記歪み材料が、炭素をドープした材料、または、ゲルマニウムをドープした材料である、
請求項31に記載の電気デバイス。 - さらに、
前記基板中に形成された凹部であって、前記凹部は側壁を備え、前記側壁から成る境界内には前記歪み材料が形成されており、前記歪み材料は炭素をドープした材料、または、ゲルマニウムをドープした材料である、凹部を備えた、
請求項31に記載の電気デバイス。 - 前記側壁は絶縁層を備え、前記歪み材料は前記絶縁層から成る境界内に形成されている、
請求項40に記載の電気デバイス。
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