JP2007519223A - 極薄soi/sgoi基板上の超高速si/sige変調ドープ電界効果トランジスタ - Google Patents

極薄soi/sgoi基板上の超高速si/sige変調ドープ電界効果トランジスタ Download PDF

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Abstract

【課題】 MODFETデバイス構造体の製作における横及び垂直方向の縮小に伴う困難を克服するMODFETデバイス構造体の縮小技術を提供する。
【解決手段】 シリコン及びシリコンゲルマニウム・ベースの半導体MODFETトランジスタ・デバイスの設計と製造方法が示される。MODFETの設計は、RF、マイクロ波、サブミリ波及びミリ波を含むさまざまな通信用途のための、超高速、低ノイズの性能を持った、成長型エピタキシャル電界効果トランジスタ構造を有する。エピタキシャル電界効果トランジスタ構造は、大幅に改善されたRF性能の達成を可能にする、極薄SOI又はSGOI基板上に最適な変調ドープ・ヘテロ構造を形成するシリコン及びシリコンゲルマニウム層を組込んだ高移動度ひずみn−チャネル及びp−チャネル・トランジスタのための、極限的な(垂直及び横方向の)デバイス小型化及び層構造設計を含む。
【選択図】 図1

Description

本発明は、一般にシリコン及びシリコンゲルマニウム・ベースの半導体トランジスタ・デバイスに関するものであり、より具体的には、RF、マイクロ波、サブミリ波及びミリ波を含むさまざまな通信用途のための、超高速、低ノイズの性能を持った、成長型エピタキシャル電界効果トランジスタ構造を含むデバイス設計に関する。好ましくは、このエピタキシャル電界効果トランジスタ構造は、200GHzを越えるfmaxを達成するために極薄SOI又はSGOI基板上に最適な変調ドープ・ヘテロ構造を形成するシリコン及びシリコンゲルマニウム層を組込んだ、高移動度ひずみn−チャネル・トランジスタのための、極限的なデバイス小型化及び層構造設計を含む。
変調ドープ引張ひずみSiの量子井戸における実質的な電子移動度の増加(すなわち、バルクシリコンの3から5倍)の魅力は、Si/SiGeのn−チャネル変調ドープ電界効果トランジスタ(MODFET)に関するデバイス開発の長い歴史をもたらしてきた。後に、SiGeMODFETが、SiGeヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ(HBT)に比べて、より電力消費量が低く、より低ノイズの特性を持つことが示されている。同様に、RFバルクSiCMOSデバイスに比べて、SiGeMODFETは、さらにより低いノイズ特性と、より高い最大発振振動数(fmax)を持つ。それゆえに、Si/SiGeMODFETは、高速、低ノイズで低エネルギーの通信用途のために益々魅力的なデバイスになりつつあり、そうした用途のためには、低価格であることと、CMOSロジック技術との適合性が必要であり、それはしばしば必須である。最近、0.2μmから0.5μmまでである長いチャネル長を持ったn−チャネルMODFETが、デバイス性能を促進することが示されている。
一般的に、Si/SiGeMODFETデバイスは、ドーピングされていない引張ひずみシリコン(nFET)又は圧縮ひずみSiGe(pFET)の量子井戸チャネルを持ち、それによって、引き起された歪みが、キャリアの閉じ込めをもたらすことに加えて、チャネル内でのキャリア移動度を増加するために利用される。変調ドーピングの相乗的な付加は、ドーパントからのイオン化した不純物による散乱を減らすことによって、そしてさらに埋設チャネル内の表面粗さによる散乱を減らすことによって、チャネル内のキャリア移動度をさらに改善する。室温における移動度の最高記録2800cm/Vsは、緩和Si0.75Ge0.25バッファ上に成長させた引張ひずみシリコンチャネル中の電子移動度に対して達成されている。反対に、Si0.35Ge0.65バッファ上に成長させた純Geチャネル中の非常に高いホール移動度が達成されている。ひずみシリコンnMODFETに対して達成されている最高のfは90GHzであり、最高のfmaxは190GHz[Koester,IEDM2003]である。これまで、fもfmaxもSi/SiGeMODFETによっては200GHzに達していない。
Annual Review of Materials Science,vol.30,2000,p.348−355 米国特許出願第10/389,145号 米国特許第6,750,119号
本発明者らが行ったシミュレーション研究において説明されているように、より高速を達成するためには、MODFETは垂直寸法と水平(又は横の)寸法の両方において適切に縮小されなければならない。しかし、MODFETを縮小することはCMOSの縮小より、さらに挑戦的でさえあり、その理由は以下の通りである。1)水平方向の縮小がソースとドレーンをより近づけて、CMOSの場合と同様に、短チャネル効果及びバルク・パンチスルーが横方向の縮小を妨げる主な障害となるため、及び、2)層構造の垂直方向の縮小が困難になるためである。横方向の縮小だけでは、性能の向上を保てない。しかし、量子井戸の深さ(dQW)を減らすためのMODFET構造の垂直方向の縮小は、特にn+供給層の縮小及び階段性のために、かなり困難であり、ここで、n+供給層は非特許文献1に説明されているように、一般にリンによりドーピングされている。図11は、G1(世代)層構造に対するリン(P)のドーピング・プロフィルのグラフ200を示し、CVD成長系におけるリンのドーピングに附随した定常状態Pドーピング問題201及び過渡的Pドーピング問題202を示す。
MODFETデバイス構造体の製作における横及び垂直方向の縮小に伴う困難を克服するMODFETデバイス構造体の縮小技術を提供することが大いに望ましい。
さらに、本発明と同じ譲受人に譲渡された出願継続中の、J.Chu他によって2003年3月15日に出願された「Dual Strain State SiGe Layers for Microelectronics」と題する特許文献1において、厚いシリコンゲルマニウム・オン・インシュレータ(SGOI)基板の上のMODFETは、バルク基板上のMODFETと同じように振る舞うであろうことが示されている。出願継続中の特許文献1は、高性能のための重要な層構造を明細に記すことなしに、SGOI基板上の一般的なMODFET層構造について詳しく記述している。
さらに、MODFETデバイス構造がより良い雑音指数、受諾しうる電圧利得及び良好なターンオフ特性を伴う超高速デバイス性能(例えば、f,fmax>300GHz)を示す、極薄のSiGe・オン・インシュレータ(SGOI)基板の上に形成される縮小MODFETデバイス構造を提供することが大いに望ましい。
本発明は、適切に縮小され、大幅に改善されたRF性能を示す、薄いSGOI/SOI基板上に構築された、高電子移動度n−チャネルMODFETデバイスに向けられる。
本発明は、MODFETデバイス及び従来技術の限界に立ち向かう製造方法に向けられ、その製造方法は、nMODFETの層構造及びソース/ドレーン接合の垂直方向の縮小と、デバイス構造に関する先例のない程の横方向の縮小とを達成し、その結果、受諾しうる電圧利得及び良好なターンオフ特性を伴う超高速性能(例えば、f,fmax>300GHz)を示すデバイスをもたらす。
本発明のMODFETデバイスの製造方法においては、MODFETデバイスは極薄のSiGe・オン・インシュレータ(SGOI)基板の上に作られ、その際、本体は完全空乏型となる。抑制された短チャネル効果により、出力コンダクタンス(gd)は低減できる。従って、DC電圧利得(gm/gd)、直線性、及びfmaxは大きく改善される。さらに、極薄SiGeバッファ層の供給はまた、SiGeの低い熱伝導度による自己発熱を減らし、そのことが駆動電流を減らす。バルクMODFETと比較して、完全空乏型のSGOIのMODFETはより良いノイズ指数及びより低いソフトエラー率を示す。好ましくは、本発明のエピタキシャル電界効果トランジスタ構造は、重要なデバイス・スケーリング、及び、高移動度ひずみn−チャネル・トランジスタのための層構造設計を含み、その設計は、>300GHzのfmaxを達成する目的で、極薄SOI又はSGOI基板上に最適の変調ドープ・ヘテロ構造を形成するために、シリコン及びシリコンゲルマニウム層を組込むことによって実現される。
リン取込み速度を成長速度によって制御できること(前述の非特許文献1を参照せよ)を研究が示しているので、本発明のさらなる目的は、階段状のPドーピングを伴う薄いSiGeエピタキシャル層を達成する、新しいMODFETデバイス構築法を提供することである。この目的において、超高速性能に必要とされる適切な垂直方向の縮小又はMODFET層構造の設計に適応させ、調和させる目的で、階段状のリン・ドーピング・プロフィルを達成するための新しい低温成長技術が実施される。
製作過程の間のリンの拡散を防ぐために、少量の炭素がSiGe供給層のエピタキシャル成長の間に組込まれてもよく、その方法は、本発明と同じ譲受人に譲渡された出願継続中の「Epitaxial and Polycrystalline Growth of Si1−x−yGe and Si1−y Alloy Layers on Si by UHV−CVD」と題する特許文献2(代理人整理番号YOR920010308US1)において説明されている。
本発明はさらに、適切に縮小され、薄いSGOI/SOI基板上に作られ、やはり非常に高いRF性能を持つような、高ホール移動度p−チャネルMODFETに向けられる。
本発明の装置及び方法のなお一層の特色、態様、及び利点が、以下の説明、添付の請求項、及び添付の図面に関してよりよく理解されるであろう。
図1−図5は、本発明に従って適切に縮小された、薄いSiGeOI基板(G1−G4世代のデバイス)上の本発明によるSi/SiGeのn型MODFET構造体を示す断面略図である。図6は、本発明に従って適切に縮小された、薄いSGOI基板上のSi/SiGeのp型MODFET構造体を示す。
図1は第1の実施形態によるMODFETデバイスを詳細に示す。図1に示されるように、トップドープ型nMODFETデバイス10は、Si基板層5と、基板5の上に形成されて厚さが200nmまでの範囲にあり、シリコンの酸化物、窒化物、酸窒化物を含む埋設誘電体層8と、n+型にドーピングされたそれぞれソース領域11とドレーン領域12との間に形成されるチャネル領域25と、ゲート導体18をチャネル25から分離するゲート誘電体層22を有するゲート構造部20と、を含む。図に示されるように、ゲート誘電体層は、シリコンの酸化物、窒化物、酸窒化物、及び、Hf、Al、Zr、La、Y、Taの酸化物及びケイ酸塩を、単独に又は組合せて含んでよい。本発明に従って、ドレーン、ソース、ゲート及びチャネルの領域を含むデバイスの寸法が縮小されていることを理解することが重要である。特にチャネル領域25は、厚さがおおよそ10nmで長さが約150nmである量子井戸構造を含む。
図1におけるデバイス10のチャネル領域25の構成は以下の通りである。p−型ドーパントを有する緩和SiGe層30が、30%から50%の間のGe含有量を有し且つ厚さが20nmから30nmの間の埋設誘電体層8の上に設けられる。p−型ドーピングの濃度は、イオン注入又はその場ドーピングを用いて、1e14cm−3から5e17cm−3の間である。緩和SiGe層は、1e14cm−3から5e17cm−3までの濃度レベルまでプレドーピングしてもよい。緩和SiGe層、及びチャネル25を含んだ他の層は、UHVCVD法によって成長させられることが好ましいが、しかし、MBE、RTCVD、LPCVDプロセスなど他の技術を採用してもよい。5パーセント(5%)のSiGeシード層31(Si0.95Ge0.05)が次いで緩和SiGe層30上にエピタキシャルに成長させられ、組み込みSi1−xGe再成長バッファ層32が、形成されたSiGeシード層31上に形成される。エピタキシャルに成長したSiGeシード層の厚さは0nmから5nmまでの範囲にあり、組み込みSiGe再成長バッファ層32の厚さは20nmから30nmの範囲にあり、10%から40%の間のGe含有量「x」を持つ。次に、エピタキシャル引張ひずみSi層33が、SiGeバッファ層32の上に5nmないし7nmの厚さに成長させられる。次いで、エピタキシャルSi1−yGeスペーサ層34が、ひずみSi層上に3nmないし5nmの厚さに形成され、30%から40%の間のGe含有量「y」を持つ。次に、エピタキシャルSi1−zGe供給層35がスペーサ層上に2nmないし8nmの厚さに成長させられ、2e18cm−3から2e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持ち、35%から50%の間のGe含有量「z」を持つ。Si1−zGe供給層は、425℃から550℃の間の温度範囲において成長させられ、ドーパント前駆物質としてフォスフィンガスを、単独で、又は、H、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Nを含む(但し、これらに限定はされないが)元素を一つ又は複数含んだ混合物中で用いて、その場ドーピングすることができる。好ましくは、フォスフィンガス・ドーパント前駆物質の流速は、前述のその場ドーピングがエピタキシャル成長プロセスを妨害することなしに実行されるように、直線的スロープ又は段階的なプロフィルを持つ。AsH又はSbHなどの前駆物質が同様に使用できることが理解される。ここで述べられるように、製作プロセスの間のPの拡散を防ぐために、SiGe供給層34の、すなわち、約0.1から2%までの好ましくは約1から1.5%までのC含有量を持ったSiGeC層のエピタキシャル成長の間に、少量の炭素を組込むことができる。最後に、エピタキシャル引張ひずみSiキャップ層36が供給層35の上に0nmないし3nmの厚さに成長させられ、5e17cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持つ。
図1のトランジスタ・デバイスを形成するために、ゲート誘電体層22がひずみSiキャップ層上に形成され、その厚さは1nmより薄い。ゲート導体18は、ゲート誘電体層22の上に形成されたT型ゲート形状、長方形状、又はマルチ・フィンガー形状を持ち、30nmから100nmの間の長さにおいて、Pt、Ir、W、Pd、Al、Au、Cu、Ti、Coを、単独に又は組合せて含んでよい。形成されたドレーン領域12は5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持ち、そして形成されたソース領域11は5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つ。ゲート導体18とドレーン領域又はソース領域のどちらかとの距離は、約20nmから100nmまでである。図示されていないが、デバイスはさらにゲート電極20を囲む保護層であって、1から4の間の誘電率を持った保護層を含んでよい。図1に示されているように、形成されたnMODFETの量子井戸構造部dQWは、組み込みSiGeスペーサ層34と、n+型ドープSiGe層35と、n+型ドープSiキャップ層36の層とを含み、図1に示された寸法によれば、合計の深さがおおよそ10nmとなる。
代替の実施形態において、図1のシード層31は省いてもよい。図2は、図1のトップドープ型nMODFETと同一であるが、シード層を含まない高電子移動度デバイス40を示す。
図3は、ボトムドープ型の高電子移動度nMODFETデバイス50を描いた本発明の第2の実施形態を示す。図3に示されるように、デバイス50は、Si基板層5と、基板5上に形成され、例えばシリコンの酸化物、窒化物、酸窒化物を含む埋設誘電体層8と、n+型にドーピングされたそれぞれソース領域11及びドレーン領域12の間に形成されるチャネル領域55と、ゲート構造部20と、を有する。チャネル構造部55は、絶縁体8の上で厚さが10nmから50nmの間の緩和SiGe層60と、SiGe層60上に0nmないし5nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi0.95Ge0.05シード層61と、シード層上に2nmないし8nmの厚さに成長させられ、1e18cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持つエピタキシャルSi1−zGe供給層62と、供給層上に3nmないし5nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層63と、スペーサ層上に3nmないし10nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSiチャネル層64と、ひずみSi層の上に1nmないし2nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層65と、スペーサ層上に0nmないし2nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSiキャップ層66とを有する。第1の実施形態におけると同様に、SiGe供給層61のすなわち約0.1から2%までの好ましくは約1から1.5%までのC含有量を持ったSiGeC層のエピタキシャル成長の間に、少量の炭素を組込むことができる。さらに、図3の第2の実施形態に関して、全てのゲート導体の形状及びそれぞれのソース/ドレーン領域への距離、ソース/ドレーン領域のドーパント濃度、及び、ゲート導体金属及びゲート誘電体の組成は、第1の実施形態(図1)と同じである。図3に示されているように、形成されたnMODFETの量子井戸構造部dQWは、おおよそ2nmの深さを持ったn+型ドープSiキャップ層66の層を含む。
図3の構造50の代替の実施形態において、シード層を省いてもよい。従って、結果として生じる構造体は、図3のボトムドープ型nMODFETと同一であるが、しかしシード層を持たない高電子移動度デバイスである。この代替の実施形態においては、SGOI基板は、絶縁体上にあって30から40%の間のGe含有量を持ち、厚さが20nmから30nmの間の緩和SiGe層と、緩和SiGe層上に2.5nmないし8nmの厚さに成長させられた、2e18cm−3から2e19cm−3の間のn型ドーピング濃度「z」を持ち、35から50%の間のGe含有量を持つエピタキシャルSi1−zGe供給層と、供給層上に3nmないし5nmの厚さに成長させられ、30から40%の間のGe含有量「y」を持つエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層と、スペーサ層上に5nmないし7nmの厚さに成長させられた、1e16cm−3より小さなドーピング濃度を持つエピタキシャル引張ひずみSiチャネル層と、Siチャネル層上に1nmないし2nmの厚さに成長させられ、30から40%の間のGe含有量を持つエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層と、スペーサ層上に0nmないし2nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSiキャップ層とを含む。トランジスタ・デバイスは、図3に関して示され、説明されるように、ドレーン、ソース及びゲート導体領域が加わって完成する。
図4は、ボトムドープ型でドープ移動層を含んだ高電子移動度nMODFETデバイス70で描かれた本発明の第三の実施形態を示す。図4に示されるように、デバイス70は以下の層を含んだSGOI基板を有し、それらの層は、厚さが2nmから8nmの間であって、イオン注入又はその場ドーピングによる1e18cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持ったSi1−zGe供給層71と、供給層上に3nmないし5nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層72と、スペーサ層72上に3nmないし10nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSiチャネル層73と、ひずみSi層73上に1nmないし2nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層74と、スペーサ層上に0nmないし2nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSiキャップ層75である。好ましくは、ドープ移動Si1−zGe供給層71は、「a」が約0から30%の間であり、「x」が30から50%の間にあるものとして、z=x+aのGe含有量を持ち、そして、ウエーハ・ボンディング及びスマートカット・プロセスによって形成される。その代わりに、Si1−zGe供給層は、SGOI基板の形成プロセスにおける層移動の前に、1e18から5e19atoms/cmまでの濃度レベルまでプレドーピングしてもよい。ドープ移動Si1−zGe供給層はさらに、Si1−m−nGe層を含んでよいが、ここで、m=x+bであり、「b」は0から30%の間であり、「n」は0.1から2%の間である。Si1−yGeスペーサ層72と74は、「c」が0から20%の間にあるものとして、y=x+cのGe含有量を有する。さらに、図4の第三の実施形態に関して、全てのゲート導体の形状及びそれぞれのソース/ドレーン領域への距離、ソース/ドレーン領域のドーパント濃度、及び、ゲート導体金属及びゲート誘電体の組成及び厚さは、第1の実施形態(図1)において示されたのと同じである。図4に示されているように、形成されたnMODFETの量子井戸構造部dQWは、n+型ドープSiキャップ層75及びスペーサ層74を含み、おおよそ4nmより小さな深さを持つ。
図5は、ボトム及びトップドープ型でSiGe再成長バッファ層を含んだ高電子移動度nMODFETデバイス80を描いた本発明の第四の実施形態を示す。図5に示されるように、nMODFETデバイス80は、以下の層を持ったSGOI基板を有し、それらの層は、絶縁体8上にあって厚さが10nmから50nmの間であり、1e18cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持ち、30から50%の間のGe含有量を持った緩和SiGe層81と、SiGe層81上に10nmないし50nmの厚さに成長させられ、底部スペーサ層として役立ち、10%から35%の間のGe含有量「x」を持ったSi1−xGe再成長バッファ層82と、再成長バッファ層上に3nmないし10nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSi層83と、ひずみSi層83上に3nmないし5nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層84と、スペーサ層84上に2nmないし8nmの厚さに成長させられ、1e18cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持ったエピタキシャルSi1−zGe供給層85と、供給層85上に0nmないし3nmの厚さに成長させられ、5e17cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持ったエピタキシャル引張ひずみSiキャップ層86とである。Si1−yGeスペーサ層84は、「a」が0から20%の間にあるものとして、y=x+aのGe含有量を有し、Si1−zGe供給層は、「b」が0から30%の間にあるものとして、z=x+bのGe含有量を有する。他の実施形態におけると同様に、Si1−zGe供給層はSi1−m−nGe層を含むが、ここで、m=x+cであり、「c」は0から20%の間であり、「n」は0.1から2%の間である。さらに、図5の第四の実施形態に関して、全てのゲート導体の形状及びそれぞれのソース/ドレーン領域への距離、ソース/ドレーン領域のドーパント濃度、及び、ゲート導体金属及びゲート誘電体の組成及び厚さは、第1の実施形態(図1)に示されたのと同じである。図5に示されているように、形成されたpMODFETの量子井戸構造部dQWは、n+型ドープSiキャップ層86、エピタキシャルSi1−zGe供給層85、及びスペーサ層84を含み、合計の深さがおおよそ16nmより小さいか又は等しい。
図6は、ボトム及びトップドープ型でSiGe再成長バッファ層を含んだ高ホール移動度MODFETデバイス90で描かれた本発明の第五の実施形態を示す。図6に示されるように、pMODFETデバイス90は以下の層を持つSGOI(絶縁体8上のSiGe層91)基板を有し、その層は、厚さが5nmから25nmの間であり、イオン注入又はp型その場ドーピングによる1e18cm−3から5e19cm−3の間のp型ドーピング濃度を持ち、供給層として役立つ、緩和エピタキシャルSi1−jGe供給層である。その代わりに、緩和Si1−jGe層は、SGOI基板の形成プロセスにおける層移動の前に、1e18から5e19までのホウ素atoms/cmの濃度レベルまでp型にプレドーピングしてもよい。SGOI基板は、供給層91上に3nmないし7nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi1−kGeスペーサ層92と、スペーサ層上に5nmないし15nmの厚さに成長させられたエピタキシャル圧縮ひずみSi1−mGeチャネル層93と、ひずみSi1−mGeチャネル層上に2nmないし10nmの厚さに成長させられたエピタキシャルひずみSi1−nGeキャップ層94とを有する。高ホール移動度層を持つ半導体構造90において、Si1−jGe供給層91は30から70%の間のGe含有量「j」を有する。Si1−kGeスペーサ層92は30から70%の間のGe含有量「k」を有し、Si1−mGeチャネル層93は60から100%の間のGe含有量「m」を有し、ひずみSi1−nGeキャップ層94は0から30%の間のGe含有量「n」を有する。
図6のpMODFETトランジスタ・デバイスを形成するためには、ゲート誘電体層95がひずみSiGeキャップ層94上に形成され、その厚さは1nmより小さい。ゲート導体18は、ゲート誘電体層95の上に形成されたT−ゲート形状、長方形状、又はマルチ・フィンガー形状を持つことができ、30nmから100nmの間の長さにおいて、Pt、Ir、W、Pd、Al、Au、Cu、Ti、Coを、単独に又は組合せて含んでよい。形成されたドレーン領域97は5e19cm−3より大きなp型ドーピング濃度を持ち、そして形成されたソース領域96は5e19cm−3より大きなp型ドーピング濃度を持つ。ゲート導体18とドレーン又はソースのどちらかの領域との距離は、約20nmから100nmまでである。図示されていないが、デバイスはさらにゲート電極20を囲む保護層であって、1から4の間の誘電率を持った保護層を含んでよい。図6に示されているように、形成されたpMODFET90の量子井戸構造部dQWは、おおよそ2nmから10nmの間の深さを持つSiGeキャップ層94を含む。
種々の層構造及び設計を持つ図1から図5に示される実施形態を含んだ完成したデバイスは、400℃から600℃の間、好ましくは500℃から550℃の範囲における成長温度条件において、そして1mTorrから20mTorrまでの圧力範囲において、UHVCVD法によって生産された。
図22−図23はデバイスの小型化(すなわち、G1及びG2デバイスに対する)に対する性能(観測されたf対Vgs)の曲線100を示す。例えば、図22−図23は、dQW=25nm,L=250nmを持つG1デバイスに対するf曲線を、dQW=15nm,L=70nmを持つG2デバイスと比較して示す。示されるように、さらに性能を改善するためには、図22−図23に示されるG2の例におけるように、デバイスを垂直寸法と横寸法の両方においてさらに縮小しなければならない。
図7−図10は、図1−図6の適切に縮小されたデバイスに関してシミュレートされたデバイス特性を示す。図7は、Lgs=L=Lgd=50nmのときの図1のG4デバイスに関するシミュレートされたI−Vgs曲線105を示す。図8は、図1のG4デバイスに関するシミュレートされたI−Vds曲線110を示し、図9は、図1(Lgs=L=Lgd=50nm)におけるG4デバイスに関するシミュレートされたg−Vgs曲線120を示す。図10に示されるように、図1におけるデバイスに関するシミュレートされたf及びfmaxのVgsに対する曲線130が示されていて、デバイスのシミュレーションによるとf=230GHz及びfmax=370GHzが達成できる。
以上に記載したように、リン(P)のドーピングがGe含有量及びUHVCVDシステムにおける成長速度によって制御できること、が実験的に見出されている。図12は、定常状態P濃度161対成長速度UHVCVD162システム、を表すグラフ160を示す。
図12の定常状態P濃度対成長速度のグラフに示されるように、特に、曲線165で示されるPドーピングの過渡的な組込みは、SiGe膜中のGe含有量167によって制御される。同様に、定常状態P濃度はSiGe膜の成長速度によって制御される。Pプロフィルの階段性を達成するための重要な方法は、高いGe含有量をしかし低減された成長速度において用いることであるが、このことは、高Ge含有が高められた又は高い成長速度を伴うことが良く知られているため、困難である。
SiGe(Ge含有量が30%)に関する成長速度校正曲線170が、図13に、例えば、図に示されるように、連続してより小さくなるピーク171、172を示すGe濃度プロフィルを用いて示されている。PH3を添加した同様の校正曲線を用いて、増加した定常状態P濃度175が図14に、曲線174で示される低減化SiGe成長速度の関数として示される。同様に、図15における低減化成長速度に対する過渡P組込み量を表すグラフに示されるように、より高いGe含有量177に対して、過渡P組込み速度もまた、図15のプロフィル曲線178に示されるように増加する。
SiHのGeHに対する(15sccm/17sccm)の低減化した流量組合せを用いて、G1ドーピング・プロフィルが、図11に示される二次イオン質量分析(SIMS)プロフィル201、202と同様に得られている。対応する断面透過型電子顕微鏡写真(XTEM)が図18に示される。
SiHのGeHに対するより低減化した流量組合せ(10/17)を用いて、図16に示されるSIMSプロフィルのPドーピング及びGe濃度プロフィルで示されるように、G2ドーピング・プロフィルが達成されている。対応するXTEM像が図19に示される。
さらに低いSiHのGeHに対する流量組合せ(8/10)を用いて、図17に示されるSIMSプロフィルのPドーピング及びGe濃度プロフィルで示されるように、G3ドーピング・プロフィルが達成されている。対応するXTEM像が図20に示される。図20は、特に、50nmの移動SiGe層を持ったSGOI基板上のG3層構造に関するXTEM像を示し、ここで、再成長界面における炭素及び酸素の影響を最小にするために、移動SiGe上の再成長SiGeは厚くなっている(例えば、約134.1nm)。しかし、薄いSGOI上にMODFETを作成するためには、一つの課題は再成長SiGe層を出来る限り薄くすることである。成長プロセスは、ここに組込まれている出願継続中の特許文献1に記述されているように、5%SiGeシード層を用いて発展させられている。
図21は、73nmの厚い移動SiGe層を用いてSGOI基板上に再成長された薄いSiGe層(例えば、約19.7nm)を持ったSGOI基板上のG2層構造に関するXTEM像を示す。出願継続中の特許文献1に記述されているように、ウエーハ・ボンディング及び薄化加工処理によって形成できる薄いSGOI基板から始めることが有利である。
本発明は、その実例となる好ましい実施形態に関して、詳しく示され、説明されているが、形態及び細部における前記及び他の変更が、添付の請求項の範囲だけによって限定される本発明の精神と範囲から外れることなしに、可能であることが、当業者によって理解されるであろう。
本発明に従って適切に縮小された、薄いSGOI基板(G1−G4)上の本発明によるSi/SiGeのn型MODFET構造を示す断面略図である。 本発明に従って適切に縮小された、薄いSGOI基板(G1−G4)上の本発明によるSi/SiGeのn型MODFET構造を示す断面略図である。 本発明に従って適切に縮小された、薄いSGOI基板(G1−G4)上の本発明によるSi/SiGeのn型MODFET構造を示す断面略図である。 本発明に従って適切に縮小された、薄いSGOI基板(G1−G4)上の本発明によるSi/SiGeのn型MODFET構造を示す断面略図である。 本発明に従って適切に縮小された、薄いSGOI基板(G1−G4)上の本発明によるSi/SiGeのn型MODFET構造を示す断面略図である。 薄いSGOI基板上のSi/SiGeのp−型MODFET構造を示す。 図1−図6に示されたデバイス(Lgs=Lg=Lgd=50nm)に関してシミュレートされたId−Vgs曲線を与えるグラフを示す。 図1−図6のG4デバイスに関してシミュレートされたId−Vds曲線を表す。 図1−図6のG4デバイスに関してシミュレートされたgm−Vgs曲線を表す。 図1−図6のG4デバイスに関してシミュレートされたf及びfmaxのVgsに対する曲線を表す。 G1(世代)層構造に関するリン(P)ドーピング・プロフィルのSIMSプロフィル、及び、G1層構造中に示された定常状態及び過渡Pドーピング量を表す。 本発明に従って、成長UHVCVD系に対する定常状態P濃度を表すグラフ160を示す。 本発明に従って、SiGe(30%のGe含有量)に対する成長速度低減を校正する方法を表すグラフ170を示す。 定常状態P濃度を、低減された成長速度の関数として表すプロットの例を示す。 過渡P組込み量の、低減された成長速度の関数としてのプロフィルを図解するグラフを示す。 G2層構造中に示されるリンPドーピングのSIMSプロフィル及びGe濃度を示す。 G3層構造中に示されるリンPドーピングのSIMSプロフィル及びGe濃度を示す。 図11に示されたSIMSプロフィルに対応するバルク上のG1層構造に関するXTEMを示す。 図16に示されたSIMSプロフィルに対応するバルク上のG2層構造に関するXTEM像を示す。 薄い再成長層を持ったSGOI基板上のG3層構造に関するXTEM像を示す。 SGOI基板上のG2層構造に関するXTEM像を示す。 QW=25nm,L=250nmを持つG1デバイスと、dQW=15nm,L=70nmを持つG2デバイスとに関して、測定されたf対Vgsのグラフを示す。 QW=25nm,L=250nmを持つG1デバイスと、dQW=15nm,L=70nmを持つG2デバイスとに関して、測定されたf対Vgsのグラフを示す。

Claims (96)

  1. 高電子移動度層包含半導体構造体であって、
    30から50%の間のGe含有量を持ち、厚さが20nmから30nmの間にあり、1e14cm−3から5e17cm−3の間のp型ドーピング濃度を持つSiGe層を絶縁体上に有するSGOI基板と、
    前記SiGe層上に0nmないし5nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi0.95Ge0.05シード層と、
    前記シード層上に20nmないし30nmの厚さに成長させられ、10%から40%の間のGe含有量を持つ、再成長Si1−xGeバッファ層と、
    前記バッファ層上に5nmないし7nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSi層と、
    前記ひずみSi層上に3nmないし5nmの厚さに成長させられ、30から40%の間のGe含有量を持つ、エピタキシャルSi1−yGeスペーサ層と、
    前記スペーサ層上に2nmないし8nmの厚さに成長させられ、2e18cm−3から2e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持ち、35から50%の間のGe含有量を持つ、エピタキシャルSi1−zGe供給層と、
    前記供給層上に0nmないし3nmの厚さに成長させられ、5e17cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持つ、エピタキシャル引張ひずみSiキャップ層と、
    を含む半導体構造体。
  2. 前記Si1−yGeスペーサ層が、「a」が0から20%の間にあるものとして、y=x+aのGe含有量を有する、請求項1に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  3. 前記Si1−zGe供給層が、「b」が0から30%の間にあるものとして、z=x+bのGe含有量を有する、請求項1に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  4. 前記Si1−zGe供給層が、m=x+c、「c」が0から20%の間、「n」が0.1から2%の間にあるものとして、Si1−m−nGe層を有する、請求項1に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  5. 前記引張ひずみSiキャップ層上に形成され、厚さが1nmより小さいゲート誘電体層と、
    前記ゲート誘電体層上に形成されるゲート導体と、
    5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つドレーン領域と、
    5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つソース領域と、
    をさらに有し、高電子移動度電界効果トランジスタを形成する、請求項1に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  6. 前記Si1−zGe供給層が、厚さが約5nmから8nmまでの範囲にあり、約3e12cm−2のシート・ドーピング濃度を持つ、請求項5に記載の高電子移動度電界効果トランジスタ。
  7. 前記Si1−zGe供給層が、約4nmの厚さで、約2.4e12cm−2のシート・ドーピング濃度を持つ、請求項5に記載の高電子移動度電界効果トランジスタ。
  8. 前記Si1−zGe供給層が、約1から1.5%のC含有量を持ったSiGeC層を含む、請求項6に記載の高電子移動度電界効果トランジスタ。
  9. 前記ゲート誘電体層が、シリコンの酸化物、窒化物、酸窒化物、及び、Hf、Al、Zr、La、Y、Taの酸化物及びケイ酸塩を含むグループから、単独に又はそれらを組合せて選択されたものである、請求項5に記載の高電子移動度電界効果トランジスタ。
  10. 前記ゲート導体が、Pt、Ir、W、Pd、Al、Au、Cu、Ti、Coを含むグループから、単独に又はそれらを組合せて選択されたものである、請求項5に記載の高電子移動度電界効果トランジスタ。
  11. 前記ゲートが、T型ゲート形状、長方形状又はマルチ・フィンガー形状のうちの一つを規定する、請求項5に記載の高電子移動度電界効果トランジスタ。
  12. 前記ゲート導体の長さが30nmから100nmの間である、請求項5に記載の高電子移動度電界効果トランジスタ。
  13. 前記ゲート導体と、前記ドレーン又はソース領域のいずれかとの距離が約20nmから100nmまでである、請求項5に記載の高電子移動度電界効果トランジスタ。
  14. 前記ゲート電極を囲む保護層をさらに有し、前記保護層が1から4の間の誘電率を持つ、請求項5に記載の高電子移動度電界効果トランジスタ。
  15. 高電子移動度電界効果トランジスタであって、
    30から40%の間のGe含有量を持ち、厚さが20nmから30nmの間であり、1e14cm−3から5e17cm−3の間のp型ドーピング濃度を持つSiGe層を絶縁体上に含むSGOI基板と、
    前記SiGe層上に20nmないし30nmの厚さに成長させられた再成長Si1−xGeバッファ層と、
    前記バッファ層上に5nmないし7nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSi層と、
    前記ひずみSi層上に3nmないし5nmの厚さに成長させられ、30から40%の間のGe含有量を持つ、エピタキシャルSi1−yGeスペーサ層と、
    前記スペーサ層上に2nmないし8nmの厚さに成長させられ、2e18cm−3から2e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持ち、35から50%の間のGe含有量を持つ、エピタキシャルSi1−zGe供給層と、
    前記供給層上に0nmないし3nmの厚さに成長させられ、5e17cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持つ、エピタキシャル引張ひずみSiキャップ層と、
    前記ひずみSiキャップ層上に1nmより小さい厚さに形成されたゲート誘電体層と、
    前記ゲート誘電体層上に形成されたゲート導体と、
    5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つドレーン領域と、
    5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つソース領域と、
    を含むトランジスタ。
  16. 高電子移動度層包含半導体構造体であって、
    絶縁体上に10nmないし50nmの厚さのSiGe層を有するSGOI基板と、
    前記SiGe層上に0nmないし5nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi0.95Ge0.05シード層と、
    前記シード層上に2nmないし8nmの厚さに成長させられ、1e18cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持つ、エピタキシャルSi1−zGe供給層と、
    前記供給層上に3nmないし5nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層と、
    前記スペーサ層上に3nmないし10nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSi層と、
    前記ひずみSi層上に1nmないし2nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層と、
    前記スペーサ層上に0nmないし2nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSiキャップ層と、
    を含む半導体構造体。
  17. 前記SGOI基板が、30から50%の間のGe含有量を有する、請求項16に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  18. 前記Si1−zGe供給層が、「a」が約0から30%の間であり、xが30から50%の間にあるものとして、z=x+aのGe含有量を有する、請求項16に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  19. 前記Si1−zGe供給層が、m=x+b、「b」が0から30%の間、「n」が0.1から2%の間にあるものとして、Si1−m−nGe層を含む、請求項16に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  20. 前記Si1−yGeスペーサ層が、「c」が0から20%の間にあるものとして、y=x+cのGe含有量を有する、請求項16に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  21. 前記引張ひずみSiキャップ層上に形成され、厚さが1nmより小さなゲート誘電体層と、
    前記ゲート誘電体層上に形成されるゲート導体と、
    5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つドレーン領域と、
    5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つソース領域と、
    をさらに有し、高電子移動度電界効果トランジスタを形成する、請求項16に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  22. 前記Si1−zGe供給層が、約5nmから8nmまでの厚さで、約3e12cm−2のシート・ドーピング濃度を持つ、請求項21に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  23. 前記Si1−zGe供給層が、約4nmの厚さで、約2.4e12cm−2のシート・ドーピング濃度を持つ、請求項21に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  24. 前記Si1−zGe供給層が、約1から1.5%までのC含有量を持ったSiGeC層を含む、請求項22に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  25. 前記ゲート誘電体層が、シリコンの酸化物、窒化物、酸窒化物、及び、Hf、Al、Zr、La、Y、Taの酸化物及びケイ酸塩を含むグループから、単独に又はそれらを組合せて選択されたものである、請求項21に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  26. 前記ゲート導体が、Pt、Ir、W、Pd、Al、Au、Cu、Ti、Coを含むグループから、単独に又はそれらを組合せて選択されたものである、請求項21に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  27. 前記ゲートが、T型ゲート形状、長方形状又はマルチ・フィンガー形状のうちの一つを規定する、請求項21に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  28. ゲート導体の長さが30nmから100nmの間にある、請求項21に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  29. 前記ゲート導体と前記ドレーン又はソース領域のいずれかとの距離が、約20nmから100nmまでである、請求項21に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  30. さらに、ゲート電極を囲む保護層を含み、前記保護層が1から4の間の誘電率を持つ、請求項21に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  31. 高電子移動度電界効果トランジスタであって、
    絶縁体上にあって30から40%の間のGe含有量を持ち、厚さが20nmから30nmの間のSiGe層、を有するSGOI基板と、
    前記SiGe層上に2.5nmないし8nmの厚さに成長させられ、2e18cm−3から2e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持ち、35から50%の間のGe含有量を持つ、エピタキシャルSi1−zGe供給層と、
    前記供給層上に3nmないし5nmの厚さに成長させられ、30から40%の間のGe含有量を持つ、エピタキシャルSi1−yGeスペーサ層と、
    前記スペーサ層上に5nmないし7nmの厚さに成長させられ、1e16cm−3より小さなドーピング濃度を持つ、エピタキシャル引張ひずみSiチャネル層と、
    前記Siチャネル層上に1nmないし2nmの厚さに成長させられ、30から40%の間のGe含有量を持つ、エピタキシャルSi1−yGeスペーサ層と、
    前記スペーサ層上に0nmないし2nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSiキャップ層と、
    前記ひずみSiキャップ層上に形成され、厚さが1nmより小さなゲート誘電体層と、
    前記ゲート誘電体層上に形成されるゲート導体と、
    5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つドレーン領域と、
    5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つソース領域と、
    を有するトランジスタ。
  32. 高電子移動度層包含半導体構造体であって、
    厚さが2nmから8nmの間であり、1e18cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持ったSi1−zGe供給層を含むSGOI基板と、
    前記供給層上に3nmないし5nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層と、
    前記スペーサ層上に3nmないし10nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSi層と、
    前記ひずみSi層上に1nmないし2nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層と、
    前記スペーサ層上に0nmないし2nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSiキャップ層と、
    を有する半導体構造体。
  33. 前記SGOI基板が30から50%の間のGe含有量「x」を有する、請求項32に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  34. 前記ドープ移動Si1−zGe供給層が、「a」が約0から30%の間にあるものとして、z=x+aのGe含有量を有し、そして、ウエーハ・ボンディング及びスマートカット・プロセスによって形成できる、請求項32に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  35. 前記ドープ移動Si1−zGe供給層が、m=x+b、「b」が0から30%の間、「n」が0.1から2%の間にあるものとして、Si1−m−nGe層を含む、請求項32に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  36. 前記Si1−yGeスペーサ層が、「c」が0から20%の間にあるものとして、y=x+cのGe含有量を有する、請求項32に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  37. 前記ひずみSiキャップ層上に1nmより小さい厚さに形成されたゲート誘電体層と、
    前記ゲート誘電体層上に形成されたゲート導体と、
    5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つドレーン領域と、
    5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つソース領域と、
    をさらに含む、請求項32に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  38. 前記ドープ移動Si1−zGe供給層が、約5nmから8nmまでの厚さで、約3e12cm−2のシート・ドーピング濃度を持つ、請求項37に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  39. 前記ドープ移動Si1−zGe供給層が、約4nmの厚さで、約2.4e12cm−2のシート・ドーピング濃度を持つ、請求項37に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  40. 前記ドープ移動Si1−zGe供給層が、約1から1.5%までのC含有量を持ったSiGeC層を含む、請求項38に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  41. 前記ゲート誘電体層が、シリコンの酸化物、窒化物、酸窒化物、及び、Hf、Al、Zr、La、Y、Taの酸化物及びケイ酸塩を含むグループから、単独に又はそれらを組合せて選択されたものである、請求項37に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  42. 前記ゲート導体が、Pt、Ir、W、Pd、Al、Au、Cu、Ti、Coを含むグループから、単独に又はそれらを組合せて選択されたものである、請求項37に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  43. 前記ゲートが、T型ゲート形状、長方形状又はマルチ・フィンガー形状のうちの一つを規定する、請求項37に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  44. ゲート導体の長さが30nmから100nmの間にある、請求項37に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  45. 前記ゲート導体と前記ドレーン又はソース領域のいずれかとの距離が、約20nmから100nmまでである、請求項37に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  46. さらに、ゲート電極を囲む保護層を含み、前記保護層が1から4の間の誘電率を持つ、請求項37に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  47. 高電子移動度層包含半導体構造体であって、
    絶縁体上にあって厚さが10nmから50nmの間であり、1e18cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持つSiGe層を含むSGOI基板と、
    前記SiGe層上に10nmないし50nmの厚さに成長させられ、底部スペーサ層として役立つ、Si1−xGe再成長バッファ層と、
    前記再成長バッファ層上に3nmないし10nmの厚さに成長させられたエピタキシャル引張ひずみSi層と、
    前記ひずみSi層上に3nmないし5nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層と、
    前記スペーサ層上に2nmないし8nmの厚さに成長させられ、1e18cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持つ、エピタキシャルSi1−zGe供給層と、
    前記供給層上に0nmないし3nmの厚さに成長させられ、5e17cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持つ、エピタキシャル引張ひずみSiキャップ層と、
    を含む半導体構造体。
  48. 前記SGOI基板が、30から50%の間のGe含有量を有する、請求項47に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  49. 前記Si1−xGe再成長バッファ層が、10から35%の間のGe含有量xを有する、請求項47に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  50. 前記Si1−yGeスペーサ層が、「a」が0から20%の間にあるものとして、Ge含有量y=x+aを有する、請求項47に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  51. 前記Si1−zGe供給層が、「b」が0から30%の間にあるものとして、Ge含有量z=x+bを有する、請求項47に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  52. 前記Si1−zGe供給層が、m=x+c、「c」が0から20%の間、「n」が0.1から2%の間にあるものとして、Si1−m−nGe層を含む、請求項47に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  53. 前記ひずみSiキャップ層上に1nmより小さい厚さに形成されたゲート誘電体層と、
    前記ゲート誘電体層上に形成されたゲート導体と、
    5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つドレーン領域と、
    5e19cm−3より大きなn型ドーピング濃度を持つソース領域と、
    をさらに含む、請求項47に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  54. 前記Si1−zGe供給層が、約5nmから8nmまでの厚さで、約3e12cm−2のシート・ドーピング濃度を持つ、請求項53に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  55. 前記Si1−zGe供給層が、約4nmの厚さで、約2.4e12cm−2のシート・ドーピング濃度を持つ、請求項53に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  56. 前記Si1−zGe供給層が、約1から1.5%までのC含有量を持ったSiGeC層を含む、請求項54に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  57. 前記ゲート誘電体層が、シリコンの酸化物、窒化物、酸窒化物、及び、Hf、Al、Zr、La、Y、Taの酸化物及びケイ酸塩を含むグループから、単独に又はそれらを組合せて選択されたものである、請求項53に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  58. 前記ゲート導体が、Pt、Ir、W、Pd、Al、Au、Cu、Ti、Coを含むグループから、単独に又はそれらを組合せて選択されたものである、請求項53に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  59. 前記ゲートが、T型ゲート形状、長方形状又はマルチ・フィンガー形状のうちの一つを規定する、請求項53に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  60. ゲート導体の長さが30nmから100nmの間である、請求項53に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  61. 前記ゲート導体と前記ソース又はドレーン領域のいずれかとの距離が、約20nmから100nmまでである、請求項53に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  62. さらに、ゲート電極を囲む保護層を含み、前記保護層が1から4の間の誘電率を持つ、請求項53に記載の高電子移動度層包含半導体構造体。
  63. 高ホール移動度層包含半導体構造体であって、
    厚さが5nmから25nmの間であり、1e18cm−3から5e19cm−3の間のp型ドーピング濃度を持つエピタキシャルSi1−jGe供給層を含むSGOI基板と、
    前記供給層上に3nmないし7nmの厚さに成長させられたエピタキシャルSi1−kGeスペーサ層と、
    前記スペーサ層上に5nmないし15nmの厚さに成長させられたエピタキシャル圧縮ひずみSi1−mGeチャネル層と、
    前記ひずみSi1−mGeチャネル層上に2nmないし10nmの厚さに成長させられたエピタキシャルひずみSi1−nGeキャップ層と、
    を含む半導体構造体。
  64. 前記Si1−jGe供給層が、30から70%の間のGe含有量jを有する、請求項63に記載の高ホール移動度層包含半導体構造体。
  65. 前記Si1−kGeスペーサ層が、30から70%の間のGe含有量kを有する、請求項63に記載の高ホール移動度層包含半導体構造体。
  66. 前記Si1−mGeチャネル層が、60から100%の間のGe含有量mを有する、請求項63に記載の高ホール移動度層包含半導体構造体。
  67. 前記ひずみSi1−nGeキャップ層が、0から30%の間のGe含有量nを有する、請求項63に記載の高ホール移動度層包含半導体構造体。
  68. 前記ゲート誘電体層上に形成されたゲート導体と、
    5e19cm−3より大きなp型ドーピング濃度を持つドレーン領域と、
    5e19cm−3より大きなp型ドーピング濃度を持つソース領域と、
    をさらに含む、請求項63に記載の高ホール移動度層包含半導体構造体。
  69. 前記ゲート誘電体層が、シリコンの酸化物、窒化物、酸窒化物、及び、Hf、Al、Zr、La、Y、Taの酸化物及びケイ酸塩を含むグループから、単独に又はそれらを組合せて選択されたものである、請求項68に記載の高ホール移動度層包含半導体構造体。
  70. 前記ゲート導体が、Pt、Ir、W、Pd、Al、Au、Cu、Ti、Coを含むグループから、単独に又はそれらを組合せて選択されたものである、請求項68に記載の高ホール移動度層包含半導体構造体。
  71. 前記ゲートが、T型ゲート形状、長方形状又はマルチ・フィンガー形状のうちの一つを規定する、請求項68に記載の高ホール移動度層包含半導体構造体。
  72. ゲート導体の長さが30nmから100nmの間である、請求項68に記載の高ホール移動度層包含半導体構造体。
  73. 前記ゲート導体と前記ドレーン又はソース領域のいずれかとの距離が、約20nmから100nmまでである、請求項68に記載の高ホール移動度層包含半導体構造体。
  74. さらに、ゲート電極を囲む保護層を含み、前記保護層が1から4の間の誘電率を持つ、請求項68に記載の高ホール移動度層包含半導体構造体。
  75. 高電子移動度層構造体を作成する方法であって、
    a)絶縁体上の緩和Si1−xGe層を持ったSGOI基板を作成するステップと、
    b)前記Si1−xGe層上に、Si0.95Ge0.05シード層を形成するステップと、
    c)前記Si0.95Ge0.05シード層上に再成長Si1−xGeバッファ層を形成するステップと、
    d)前記再成長Si1−xGe層上にひずみシリコンチャネル層を形成するステップと、
    e)前記ひずみシリコン層上にSi1−yGeスペーサ層を形成するステップと、
    f)前記Si1−yGeスペーサ層上にSi1−zGe供給層を形成し、前記Si1−zGe供給層を、1e18から5e19atoms/cmまでの範囲の濃度レベルまで、n型にドーピングするステップと、
    g)前記Si1−zGe供給層上にシリコンキャップ層を形成するステップと、
    を含む方法。
  76. 前記形成ステップb)からg)までが、UHVCVDプロセスの実行を含む、請求項75に記載の方法。
  77. 前記形成ステップb)からg)までが、MBEプロセス、RTCVDプロセス、LPCVDプロセスのうちの一つを実行することを含む、請求項75に記載の方法。
  78. 前記層形成ステップb)からg)までが、450℃から600℃の間の温度範囲において層を成長させる過程を含む、請求項75に記載の方法。
  79. 前記層形成ステップb)からg)までが、1mTorrから20mTorrまでの圧力範囲において層を成長させる過程を含む、請求項75に記載の方法。
  80. 絶縁体上の緩和Si1−xGe層を持ったSGOI基板を作成する前記ステップa)が、さらに、絶縁体上の緩和Si1−xGe層を、イオン注入又はその場ドーピングのいずれかを用いて、1e14cm−3から5e17cm−3までの濃度レベルまで、p型にドーピングするステップを含む、請求項75に記載の方法。
  81. 絶縁体上の緩和Si1−xGe層を持ったSGOI基板を作成する前記ステップa)が、さらに、緩和Si1−xGe層を、SGOI基板を形成するステップ中において前記層を移動する前に、1e14cm−3から5e17cm−3までの濃度レベルまでプレドーピングするステップを含む、請求項75に記載の方法。
  82. Si1−zGe供給層を形成する前記ステップf)が、さらに、前記Si1−zGe供給層を、ドーパント前駆物質としてフォスフィンガスを単独で、又はそれを、H、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Nを含むグループから選択された一つ又はそれ以上の元素を含んだ混合物中で用いて、その場ドーピングするステップを含む、請求項75に記載の方法。
  83. 前記Si1−zGe供給層を、より高いPの定常状態濃度をもたらすために低減した成長速度で成長させるステップと、SiH及びGeHガス流速を、SiH:GeHのガス流量比は一定に保ったまま、3より大きな縮小率で低減することによる過渡的組込みステップとを含む、請求項75に記載の方法。
  84. 前記フォスフィンガス・ドーパント前駆物質の流速が、前記その場ドーピングがエピタキシャル成長プロセスを妨害することなしに実行されるように、線形傾斜又は段階的なプロフィルを持つ、請求項82に記載の方法。
  85. 前記リン・ドープSi1−zGe層が、425℃から550℃の間の温度範囲において成長させられる、請求項82に記載の方法。
  86. 前記Si1−zGe供給層を、425℃から550℃までの温度範囲において、1から2%までのレベルで、炭素によりドーピングするステップをさらに含む、請求項82に記載の方法。
  87. n型Si1−zGe供給層を形成する前記ステップf)が、AsH又はSbHのどちらか一つの前駆物質を用いるステップをさらに含む、請求項75に記載の方法。
  88. 高電子移動度層構造体を作成する方法であって、
    a)絶縁体上の緩和Si1−xGe層を持ったSGOI基板を作成するステップと、
    b)前記緩和Si1−xGe層上に、再成長Si1−xGeバッファ層を形成するステップと、
    c)前記再成長Si1−xGe層上にひずみシリコンチャネル層を形成するステップと、
    d)前記ひずみシリコン層上にSi1−yGeスペーサ層を形成するステップと、
    e)前記Si1−yGeスペーサ層上にSi1−zGe供給層を形成し、前記Si1−zGe供給層を、1e18から5e19atoms/cmまでの範囲の濃度レベルまで、n型にドーピングするステップと、
    f)前記Si1−zGe供給層上にシリコンキャップ層を形成するステップと、
    を含む方法。
  89. 高電子移動度層構造体を作成する方法であって、
    a)絶縁体上の緩和Si1−xGe層を持つSGOI基板を作成するステップと、
    b)前記SiGe層上にエピタキシャルSi0.95Ge0.05シード層を形成するステップと、
    c)前記スペーサ層上にエピタキシャルSi1−zGe供給層を形成し、前記供給層を、1e18cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーパント濃度にドーピングするステップと、
    d)前記供給層上に、エピタキシャルSi1−yGeスペーサ層を、3nmないし5nmの厚さに形成するステップと、
    e)前記スペーサ層上に、エピタキシャル引張ひずみSi層を形成するステップと、
    f)前記ひずみSi層上に、エピタキシャルSi1−yGeスペーサ層を、1nmないし2nmの厚さに形成するステップと、
    g)前記供給層上に、引張ひずみSiキャップ層を、0nmないし2nmの厚さに形成するステップと、
    を含む方法。
  90. 高電子移動度層構造体を作成する方法であって、
    a)絶縁体上のSi1−xGe供給層を持ったSGOI基板を作成し、そのSi1−xGe供給層を、1e18から5e19atoms/cmの間の濃度レベルまで、n型にドーピングするステップと、
    b)上記ドープSi1−xGe層上にエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層を形成するステップと、
    c)前記スペーサ層上にエピタキシャル引張ひずみSiチャネル層を形成するステップと、
    d)前記ひずみSiチャネル層上にエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層を形成するステップと、
    e)前記スペーサ層上にエピタキシャルひずみSiキャップ層を形成するステップと、
    を含む方法。
  91. イオン注入又はその場ドーピングを用いて、絶縁体上のSi1−xGe層を1e18から5e19atoms/cmまでの濃度レベルまで、n型にドーピングするステップをさらに含む、請求項90に記載の方法。
  92. SGOI基板の作成ステップにおける層移動の前に、Si1−xGe層を1e18から5e19atoms/cmまでの濃度レベルまで、プレドーピングするステップをさらに含む、請求項90に記載の方法。
  93. 高電子移動度層構造体を作成する方法であって、
    a)絶縁体上にあって厚さが10nmから50nmの間の緩和SiGe層、を含むSGOI基板を作成し、前記緩和SiGe層を、1e14cm−3から5e17cm−3の間のn型ドーピング濃度にドーピングするステップと、
    b)前記SiGe層上に10nmないし50nmの厚さに成長させられるSi1−xGe再成長バッファ層を形成するステップと、
    c)前記再成長バッファ層上に、厚さが3nmから10nmの間のエピタキシャル引張ひずみSi層を形成するステップと、
    d)前記ひずみSi層上に、厚さが3nmから5nmの間のエピタキシャルSi1−yGeスペーサ層を形成するステップと、
    e)前記スペーサ層上に、厚さが2nmから8nmの間であり、1e18cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持つエピタキシャルSi1−zGe供給層を形成するステップと、
    f)前記供給層上に0nmないし3nmの厚さに成長させられ、5e17cm−3から5e19cm−3の間のn型ドーピング濃度を持つエピタキシャル引張ひずみSiキャップ層を形成するステップと、
    を含む方法。
  94. 高ホール移動度層構造体を作成する方法であって、
    a)絶縁体上の緩和Si1−jGe層を持つSGOI基板を作成するステップと、
    b)前記ドープSi1−jGe層上にSi1−kGeスペーサ層を形成するステップと、
    c)前記Si1−kGeスペーサ層上に圧縮ひずみSi1−mGeチャネル層を形成するステップと、
    d)前記ひずみシリコンチャネル層上にSi1−nGeスペーサ層を形成するステップと、
    を含む方法。
  95. イオン注入又はその場ドーピングを用いて、1e18から5e19atoms/cmの間の濃度レベルまで、Si1−jGe層をp型にドーピングするステップをさらに含む、請求項94に記載の方法。
  96. SGOI基板を作成するステップにおける層移動の前に、1e18から5e19boron・atoms/cmまでの濃度レベルまで、緩和Si1−jGe層をp型にプレドーピングしてもよい、請求項94に記載の方法。
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