JP2009188388A - 局所的にＧｅを濃縮するステップを含む、絶縁層上に半導体を製造するステップ - Google Patents

Abstract

【課題】半導体オンインシュレータ基板を、表面シリコン層を埋め込み絶縁層と呼ばれる電気絶縁層の上に含むＳＯＩ基板を利用して形成する方法を提供する。
【解決手段】積層体をエッチングが埋め込み絶縁層１２に達するまで行なうことにより、積層体の少なくとも一つのアイランド１４を有するエッチング済み構造を得る。または表面シリコン層に達するまで行なうことにより積層体の少なくとも一つのシリコン領域及び少なくとも一つのアイランド１４を有するエッチング済み構造が得られるようにする工程、酸化防止保護マスク１７をエッチング済み構造の上に形成し、保護マスクによって、アイランドのシリコン酸化膜層のみが露出して残されるようにする工程、アイランドのＳｉ１−ＸＧｅＸ層１５のゲルマニウムを濃縮して、ゲルマニウムリッチ層を得られるようにする。
【選択図】図５

Description

本発明は、局所的にＧｅを濃縮するステップを含む、絶縁層上に半導体を製造するステップに関する。

今日まで、マイクロエレクトロニクス技術は主として、シリコンを使用する技術を利用してきた。この材料は現在、ＭＯＳＦＥＴ素子の寸法を継続的に縮小するための当該材料の使用限界に達しつつある。

益々高速化する素子を形成するためには、シリコンを、キャリアの移動度が高い半導体材料に置き換えることが特に考えられる。ゲルマニウムは理論的にはこの要件を満たして、正孔及び電子の両方の移動度を高める。

実験から、ゲルマニウムは高性能ｐＭＯＳＦＥＴ（正孔による電気伝導）に特に適合するものと考えられる。しかしながら、ｎＭＯＳＦＥＴ（電子による電気伝導）用の基板としてのゲルマニウムの利点は、実験的に未だ立証されておらず、現在議論の主題となっている。従って、高性能ＣＭＯＳ（「Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（相補型金属酸化物半導体）」）技術を用いた製造では、シリコン基板とゲルマニウム基板の混載集積（ｃｏ−ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が、マイクロエレクトロニクス分野における革新的な基板の開発において鋭意研究が行なわれている。これにより、ｎＭＯＳＦＥＴオンシリコン（シリコンにｎＭＯＳＦＥＴが形成される構造）とｐＭＯＳＦＥＴオンゲルマニウム（ゲルマニウムにｐＭＯＳＦＥＴが形成される構造）の混載集積が可能になる。

トランジスタの電気特性を更に向上させるためには、シリコン−ゲルマニウムを一緒に絶縁体の上に形成した構造（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｃｏ−ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を想到することもできる。従って、ｎＭＯＳＦＥＴをＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：シリコンオンインシュレータ）基板に設け、そしてｐＭＯＳＦＥＴをＧｅＯＩ（Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：ゲルマニウムオンインシュレータ）基板に設ける。絶縁層の上にシリコン材料及びゲルマニウム材料を設けることにより、それぞれの基板のリーク電流を減らすことができるので、２つの導電型のトランジスタ、すなわち、ｎ型トランジスタ及びｐ型トランジスタの電気特性を最適化することができる。

種々のゲルマニウムオンインシュレータ基板製造技術またはシリコン−ゲルマニウムオンインシュレータ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｇｅｒｕｍａｎｉｕｍ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：ＳＧＯＩ）基板製造技術、すなわち、ＳＭＡＲＴ ＣＵＴ（登録商標）法、ＲＭＧ（Ｒａｐｉｄ Ｍｅｌｔ Ｇｒｏｗｔｈ：高速融解成長）技術、及び「ｇｅｒｍａｎｉｕｍ ｅｎｒｉｃｈｅｄ（ゲルマニウムを濃縮する）」方法が先行技術において提案されている。この技術に関する刊行物では、この方法は「ゲルマニウム濃縮（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）」と呼ばれることがある。

この最後に挙げた技術によって、全面にゲルマニウムが設けられるゲルマニウムオンインシュレータ基板を製造する、または局所的にゲルマニウムが設けられるゲルマニウムオンインシュレータ基板を製造することができる。当該技術によって更に、シリコン−ゲルマニウムオンインシュレータ（ＳＧＯＩ）基板構造を形成することができる。この方法では、ゲルマニウムに対してシリコンのみを高温の乾燥雰囲気中で選択的に酸化する工程、及びシリコン−ゲルマニウム合金中のゲルマニウム及びシリコンを、この合金中のゲルマニウムの濃度に関係なく全て混和する工程を行なう（非特許文献１を参照されたい）。

この方法の第１工程では、ＳｉＧｅ層をシリコンオンインシュレータ基板の上にエピタキシー成長させる。エピタキシーＳｉＧｅ層の濃度及び膜厚は、ＳｉＧｅ層が準安定歪み状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｐｓｅｕｄｏ−ｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｔｒａｉｎ）になるように選択されることが好ましい。第２工程では、乾燥雰囲気中の酸化を高温（９００℃超）で行なって、ＧｅＯ_２の形成エンタルピーの絶対値よりもＳｉＯ_２の形成（負の）エンタルピーの絶対値が大きいことに起因してＳｉＯ_２酸化膜のみを形成することができる。酸化中、ゲルマニウムは２つのバリアの間で、すなわち、固定された埋め込み酸化膜（ｂｕｒｉｅｄ ｏｘｉｄｅ：ＢＯＸ）との界面と、酸化により移動する界面との間で捕獲される。酸化が高温で行なわれるために、ゲルマニウムは、これらの２つのバリアによって画定されるＳｉＧｅ層内に拡散するので、ＳｉＧｅ合金が均質になる。ＳｉＧｅの厚さが薄いので、ゲルマニウムの濃度は酸化中に高くなって、ＳＧＯＩ（シリコン−ゲルマニウムオンインシュレータ）基板が形成される。Ｇｅの濃度は、この方法を使用して１００％に到達するので、ＧｅのみからなるＧｅＯＩ（ゲルマニウムオンインシュレータ）基板を適切な酸化時間で形成することができる。

図１Ａ〜１Ｄはこの方法を示している。図１Ａは、シリコン基板１が埋め込み酸化膜層ＢＯＸ２、及び高い電子的特性を有するシリコン薄膜層３を支持する様子を示している。ＳｉＧｅ層４がエピタキシー法によって薄膜層３の上に堆積している。次に、シリコン酸化膜層５を、高温の乾燥雰囲気中の酸化を行なってＳｉＧｅ層４の上に形成する（図１Ｂ参照）。従って、ＳｉＧｅ合金のゲルマニウムが埋め込み酸化膜層２上で濃縮される。図１Ｃに示す構造がこのようにして得られ、この構造はゲルマニウム層６を、シリコン酸化膜層５を支持する埋め込み酸化膜層２の上に含む。従って、酸化膜層５を除去することによりゲルマニウム層６を露出させることができる。この様子を図１Ｄに示す。

濃縮方法（ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）は、ＧｅＯＩ（ゲルマニウムオンインシュレータ）基板形成方法またはＳＧＯＩ（シリコン−ゲルマニウムオンインシュレータ）基板形成方法であり、この方法では、ＳＯＩ基板とＧｅＯＩ基板の平板状の混載集積、またはＳＯＩ基板とＳＧＯＩ基板の平板状の混載集積が可能になる。この方法は２つの手法を使用して行なうことができる。

第１の手法では、局所酸化を行なう。局所的に濃縮される領域（ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｚｏｎｅｓ）は、ＳｉＧｅオンＳＯＩ構造（ＳｉＧｅ層がＳＯＩ基板の上に配設される構造）の上に予め堆積させた酸化保護マスクの開口によって画定される。

第２の手法では、ＳＯＩ構造上のＳｉＧｅ層をエピタキシー成長させた後にエッチング形成される、局所的なアイランド（島）状のＳｉＧｅオンＳＯＩ構造を酸化する。この手法は、非特許文献２に記載されている。

この第２の手法では、２つの問題が実験によって注目されている。これらの問題を図２に示す。第１の問題は、複数のパターンが、これらのパターンが横方向に酸化されるために横方向に狭くなることによって生じる。これらのパターンが狭くなることによって更に、これらのパターンの初期サイズに応じてゲルマニウムが様々な量に濃縮される、すなわち、幅狭パターンは実際には幅広パターンよりも相対的に速く濃縮が進む。第２の問題は、Ｓｉ基板が、活性領域の外側の埋め込み酸化膜を介して酸化されることによって生じる。この問題は、埋め込み酸化膜が非常に薄い場合に一層深刻になる。薄い埋め込み酸化膜は、埋め込み酸化膜の局所的変形に影響を与えることにより、ゲルマニウムの濃縮層が活性領域のエッジで変形する（隆起する）。

第１の問題（横方向酸化）が生じる場合、ＩＢＭが提案する（特許文献１を参照）ＳｉＧｅ／Ｓｉ活性領域の両側に設けられるスペーサ（シリコン窒化膜のような酸素を透過しない材料により形成される）を形成することにより、この問題を解決することができる。

図３は、このような構造、すなわちスペーサ付きのＳｉＧｅ／Ｓｉアイランドにおける濃縮の様子を示している。スペーサによって構造が横方向に酸化される現象を防止するが、これらの活性領域の外側の埋め込み酸化膜を介しての酸化が行なわれることによって生じる層の変形は防止することはできない。実際、図３では、埋め込み酸化膜が８０ｎｍだけ膨張することにより、スペーサ近傍の濃縮ＳｉＧｅ層の端部が変形する様子を観察することができる。

先行技術においては、この第２の問題を解決することができない。しかしながら、この問題は、局所的に濃縮する方法に関して、この方法が構造の平坦性に影響するので非常に深刻になる。図４は、濃縮後の２つの隣接するアイランド（島）に対して行なわれる走査型電子顕微鏡観察によるＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）像を示している。埋め込み酸化膜がこれらの２つのアイランドの間で膨張している様子から、最終構造の平坦性が失われている状態が判明し、この状態は、トランジスタを形成する後続の工程において深刻な影響をもたらす。

米国特許出願公開第２００３／０１３３０５号公報には、ＳｉＧｅオンインシュレータ層を形成する方法が開示されている。埋め込みシリコン酸化膜層を特徴とするＳＯＩ基板では、表面シリコン層の上に、ＳｉＧｅ層、シリコン層、シリコン酸化膜層、多結晶シリコン層、及びシリコン酸化膜層を連続的に堆積させる。従って、ＳｉＧｅ層は２つのシリコン層の間に位置する。次に、トレンチを積層体に、埋め込み酸化膜層に達するまで形成して複数のアイランドを絶縁する。次に、シリコン酸化膜層を形成して各アイランドを取り囲む。このシリコン酸化膜層の目的は、複数のアイランドから成る構造を後続の高温熱処理中に保護して、これらのアイランドが球形に変形してしまう現象を回避することにある。熱処理中、ＳｉＧｅ層のゲルマニウムが隣接するシリコン層に拡散し、これによって単一のＳｉＧｅ層が形成される。この方法では、ゲルマニウムのみから成るゲルマニウムオンインシュレータ層を形成することができない。

米国特許第７０６７４００号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１３３０５号公報

Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， Ｖｏｌ． ４０ （２００１）， ｐａｇｅｓ ２８６６〜２８７４に掲載されたＴ． ＴＥＺＵＫＡらによる論文 Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ． ８０， ｎｏ． １９， １３ Ｍａｙ ２００２， ｐａｇｅｓ ３５６０〜３５６２に掲載されたＴ． ＴＥＺＵＫＡらによる「緩和ＳｉＧｅを絶縁層上に転位を生じることなく形成する」と題する論文

提案する発明によって、ＧｅＯＩ及びＳＧＯＩの局所領域をエピタキシーＳｉＧｅオンＳＯＩの局所領域を酸化することにより形成することができ、これらの領域のサイズを小さくすることがなく、かつ積層体を構成する複数の層（埋め込み酸化膜またはゲルマニウム層）を変形することがないので、確実に、層の平坦性を維持することができる。

本発明は、酸化マスク（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｍａｓｋ）によって取り囲まれる局所エピタキシーＳｉＧｅオンＳＯＩ構造を濃縮する（ｅｎｒｉｃｈｉｎｇ）方法から成る。このマスクは、濃縮領域（ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｚｏｎｅｓ）を横方向酸化から保護し、かつ濃縮領域の外部の埋め込み酸化膜が酸化することがないように、埋め込み酸化膜を保護する（好ましくは、このマスクはシリコン窒化膜により形成される）。

濃縮の前の初期構造では、酸化膜層を初期ＳｉＧｅ層の上に使用することにより、ゲルマニウムの部分酸化膜が、温度が濃縮温度（ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）にまで上昇する間に形成される現象を全て回避することが好ましい。

従って、本発明の目的は、半導体オンインシュレータ基板を、表面シリコン層を埋め込み絶縁層と呼ばれる電気絶縁層の上に含む構造を特徴とするＳＯＩ基板を利用して形成する方法であり、この方法では、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層を表面シリコン層の上に形成し、そして本方法は次の工程を含み、これらの工程は、
−シリコン酸化膜層をＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の上に形成する工程、
−表面シリコン層、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層、及びシリコン酸化膜層により形成される積層体をエッチングし、エッチングを埋め込み絶縁層に達するまで行なうことにより、前記積層体の少なくとも一つのアイランドを有するエッチング済み構造が得られる、またはエッチングを表面シリコン層に達するまで行なうことにより、前記積層体の少なくとも一つのシリコン領域及び少なくとも一つのアイランドを有するエッチング済み構造が得られるようにする工程、
−酸化防止保護マスクをエッチング済み構造の上に形成し、保護マスクによって、アイランドのシリコン酸化膜層のみが露出して残されるようにする工程、
−アイランドのＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層のゲルマニウムを濃縮して、ゲルマニウムリッチ層を含む、またはゲルマニウム層さえも含むアイランドを埋め込み絶縁層の上に、シリコン酸化膜層がゲルマニウムリッチ層またはゲルマニウム層の上に位置する状態で得られるようにする工程である。

一の特定の実施形態によれば、酸化防止保護マスクを形成する工程は、
−酸化防止保護層をエッチング済み構造の上に堆積させて、酸化防止保護層が、表面シリコン層及びＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の合計膜厚よりも厚く、かつ積層体の膜厚よりも薄くなるようにする工程と、
−酸化防止保護層を、アイランドのシリコン酸化膜層が露出するまで平坦化する工程とを含む。

この特定の実施形態では、本方法は更に、酸化防止保護層を堆積させた後、被覆層を酸化防止保護層の上に堆積させる工程を含み、平坦化する工程は、被覆層を化学的機械研磨して、研磨が、酸化防止保護層の内、アイランド上に位置する部分で停止するようにする工程と、次に酸化防止保護層でエッチングが停止するように、かつ前記マスクが得られるまで酸化防止保護層及び被覆層を同時にエッチングする工程とを含む。

本方法は更に、ゲルマニウムを濃縮する工程の後に、酸化防止保護マスクと、そしてゲルマニウムリッチ層上のシリコン酸化膜層とを除去する工程を含むことができる。

本発明による方法によって、シリコンゲルマニウム層を基板の電気絶縁層の上に含む、またはゲルマニウム層さえも基板の電気絶縁層の上に含む少なくとも一つのアイランド（または、メサ）を実現することができる。本発明による方法によって更に、シリコン及びシリコンゲルマニウムを絶縁体の上に同時に形成することができる（または、単にゲルマニウムのみを絶縁体の上に形成することができる）。

一の特定の実施形態によれば、ゲルマニウムを濃縮する工程では、酸化工程及び還元（ｄｅ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）工程を繰り返す。酸化工程及び還元工程のこの繰り返しは、前記ゲルマニウムリッチ層上の前記シリコン酸化膜層が酸化防止保護マスクよりも飛び出すことがないように行なわれる。酸化防止保護マスクは、引っ張り歪み状態、または圧縮歪み状態で形成することができる。

非制限的な例を挙げて行なわれ、かつ添付の図面を参照しながら行なわれる以下の記述を一読することにより、本発明を更に明瞭に理解することができ、かつ他の利点及び特徴について考察することができる。
既に説明が為されている図１Ａ〜１Ｄは、先行技術による「ゲルマニウムを濃縮する」方法を示している。 ＳＯＩ基板の部分断面図であり、ＳＯＩ基板において、先行技術に従って、ＳｉＧｅ層をエピタキシー成長させた後に、エッチング済みのＳｉＧｅの局所アイランド状構造を酸化している。 ＳＯＩ基板の部分断面図であり、ＳＯＩ基板において、先行技術に従って、図２と同様にＳｉＧｅの局所アイランド状構造を酸化しているが、この場合はこの構造にスペーサが形成されている。 先行技術による構造において、ゲルマニウム濃縮後の２つの隣接するアイランドに対して行なわれる走査型電子顕微鏡観察によるＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）像を示している。 図５Ａ及び５Ｂは、本発明による形成方法の原理を示し、この場合、実施形態の第１の変形例に従って横方向酸化防止保護マスクを用い、そして埋め込み絶縁層を介した酸化が行なわれる。 図６Ａ〜６Ｇは、特定の実施形態による本発明の方法の種々の工程を示している。 図７Ａ及び７Ｂは、本発明による形成方法の原理を示し、この場合、実施形態の第２の変形例に従って横方向酸化防止保護マスクを用い、そして埋め込み絶縁層を介した酸化が行なわれる。

形成方法では、ＳＯＩ基板を利用し、ＳＯＩ基板は、シリコン酸化膜層または埋め込み酸化膜層を支持するシリコン支持体、及び表面シリコン層により形成される。最初の基板はｓＳＯＩ（「歪みＳＯＩ（ｓｔｒａｉｎｅｄ ＳＯＩ）」）基板とすることもできる。最初の基板はＸｓＳＯＩ（「歪みが極めて大きいＳＯＩ（ｅＸｔｒｅｍｅ ｓｔｒａｉｎｅｄ ＳＯＩ）」）基板とすることもできる。これらの基板によって、濃縮後の引っ張り歪みＳＯＩ／圧縮歪みＧｅＯＩ（またはＳＧＯＩ）の混載集積（ｃｏ−ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が可能になるので有利である。表面シリコン層の上には、単結晶ＳｉＧｅ（または、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ）層がエピタキシー法により形成される。ＳｉＧｅ層の濃度及び膜厚は、ＳｉＧｅ層が準安定歪み状態になるように選択されることが好ましい。成長直後のＳｉＧｅ層の上には、シリコン酸化膜層を堆積させる。この酸化膜は高温熱酸化膜またはＨＴＯ（Ｈｉｇｈ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄｅ：高温酸化膜）であることが好ましい。

本発明の実施形態の第１の変形例によれば、アイランド（またはメサ）をエッチングにより形成し、この場合、エッチングは埋め込み酸化膜層で停止させる。従って、各アイランドは、埋め込み酸化膜層の上に表面シリコン層の一部分を含み、表面シリコン層の一部分が、ＳｉＧｅエピタキシー層の一部分、及びシリコン酸化膜層の一部分を支持する。

次に、形成される構造の上に酸化防止保護層を堆積させる。この保護層は、窒化物系（ＳｉＮまたはＳｉ_３Ｎ_４）から成ることが好ましく、そして下地の積層体が耐えられる温度を利用するＰＥＣＶＤ（プラズマ支援化学気相堆積）法またはＬＰＣＶＤ（低圧化学気相堆積）法、或いは別のＣＶＤ（化学気相堆積）法により堆積させる。保護層は被エッチング構造の形状に厳密に沿って形成される。

保護層の上には、上部シリコン酸化膜層を堆積させる。好適には、この酸化膜はＨＤＰ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ：高密度プラズマ）酸化膜である。新規の保護層は、既に形成されている構造の形状に厳密に沿って形成される。

次に、上部シリコン酸化膜層の化学的機械研磨（ＣＭＰ）を行ない、研磨は酸化防止保護層で停止する。

次に、共通エッチングを、酸化防止保護層の突出部分、及び上部シリコン酸化膜層の材料に対して、酸化防止保護層の材料エッチング速度及び上部シリコン酸化膜層の材料のエッチング速度が同じになる化学エッチングを用いて行なう。この共通エッチングは、エッチングが保護層の内、埋め込み酸化膜層の上に位置する部分で停止して、酸化防止保護マスクが形成されるまで行なわれる。

形成される構造を図５Ａに示す。この図は、ＳＯＩ基板のシリコン支持体１１と、埋め込み酸化膜層１２と、そして表面シリコン層の残留部分１３とを示している。参照番号１４は、アイランド群（またはメサ群）を示し、これらのアイランドは、シリコンの残留部分１３、ＳｉＧｅの残留部分１５、及びシリコン酸化膜の残留部分１６を重ねた構造を含む。参照番号１７は、アイランド群１４を取り囲む酸化防止保護マスクを示し、これらのアイランドの表面には、シリコン酸化膜層１６のみが設けられる。

次に、アイランド群によって画定される局所領域に対するゲルマニウム濃縮を、高温の乾燥雰囲気中での酸化により行なう。図５Ｂに示すように、アイランドの改質（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）は、表面シリコンの残留部分をゲルマニウム（Ｇｅ）リッチとすることによって行なわれ、アイランド毎にＳｉＧｅ層１８が、埋め込み酸化膜層１２の上に形成される。この濃縮は、層１８がゲルマニウムによってのみ形成されるように行なうことができる。アイランドの残りの部分はシリコン酸化膜１９によって形成される。シリコン酸化膜１９及びマスク１７を除去することにより、ＳｉＧｅオンインシュレータ構造が得られる、またはゲルマニウムオンインシュレータ構造さえも得られる。

図６Ａ〜６Ｄは、この特定の実施形態による本発明の方法の種々の工程を更に詳細に示している。

図６ＡはＳＯＩ基板を示し、ＳＯＩ基板は、シリコン支持体２１がシリコン酸化膜層２２及び表面シリコン層２３を支持する構造により構成される。表面シリコン層２３は、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘエピタキシー層２５、及びシリコン酸化膜層２６を連続的に支持する。この実施形態では、酸化膜層２６は、堆積させる保護マスク（図６Ｃの参照番号２７）の膜厚と、シリコン層２３及びエピタキシー層２５を積層することにより形成される２重層の膜厚との差よりも厚い。保護マスク２７の膜厚は２重層の膜厚よりも厚い。

図６Ｂは、積層させた層２３，２５，及び２６をエッチングした後に得られるアイランド群２４（またはメサ群）を示している。

図６Ｃは、酸化防止保護層２７を堆積させた後に上部シリコン酸化膜層２０を堆積させた後に得られる構造を示している。この層２０に関して、保護層２７の膜厚の少なくとも２〜３倍の厚さの膜厚を選択することにより適切な研磨が可能になる。

例えば、エピタキシーＳｉＧｅ層は７５ｎｍの膜厚、及び１０％のＧｅ原子濃度を有し、そしてＳＯＩ基板の表面シリコン層は２０ｎｍの膜厚を有する。この事例では、４０ｎｍの膜厚の酸化膜層２６、１２０ｎｍの膜厚の保護マスク２７、及び３００ｎｍの膜厚の酸化膜層２０が選択される。

次に、化学的機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）工程を上部酸化膜層２０に対して、研磨が酸化防止保護層２７の上側部分で停止するように行なう。この様子を図６Ｄに示す。

次に、上部酸化膜層２０、及び酸化防止保護層２７の突出部分（この部分はアイランド２４の上に位置する）に対する同時エッチングを、エッチングがマスク２７を構成する保護層で停止するように行なう。図６Ｅに示す構造が得られる。酸化膜層２６がこのようにして露出する。

ゲルマニウム（Ｇｅ）を濃縮することにより、埋め込み酸化膜層２２上にＳｉＧｅ層２８が得られる、またはゲルマニウムのみから成るＧｅ層さえも得られる。層２８は、シリコン酸化膜層２９を層２８の上に有する。この様子を図６Ｆに示す。

次に、シリコン酸化膜層２９及びマスク２７をエッチングによって除去することにより、図６Ｇに示す構造が得られる。

上に説明した方法では、研磨が図５Ａの実施形態におけるＳｉＧｅ層の上の酸化膜層で停止するように酸化膜マスクを化学的機械研磨する工程を無くすことができる。実際、この方式の平坦化は技術的に重要である。これとは異なり、研磨がマスクで停止するように酸化膜を化学的機械研磨する工程、及び酸化膜及びマスクを同じ速度でエッチングする工程は、技術的に可能な工程である。

高温の乾燥雰囲気中での酸化を利用するゲルマニウム（Ｇｅ）濃縮工程が行なわれている間、「バーズビーク（ｂｉｒｄｓ’ ｂｅａｋｓ）」と呼ばれる領域をゲルマニウム（Ｇｅ）リッチ層において、かつ酸化防止保護マスクの近傍で露出させることができる。これらの領域は酸化が相対的に遅く進行する領域に対応する。これらの領域では、ＳｉＧｅ層が相対的に厚くなるのでＧｅ濃縮が相対的に進行し難い。酸化の動力学では、酸化が酸化防止保護マスクの近傍で遅く進行するが、この現象は、保護マスクによって誘起される歪みが原因で発生し、これによって酸化がこのように遅くなる。これらの不均一な濃縮領域は、ゲルマニウム（Ｇｅ）リッチ層を有するアイランドの密度を高くする必要がある場合に、出来る限り小さくする必要がある。

これらの不均一領域を小さくするために、ゲルマニウム濃縮（ゲルマニウムリッチにする）方法は、酸化工程及び還元工程を繰り返して、形成されるシリコン酸化膜層が酸化防止保護マスクの膜厚よりも厚くならないようにすることにより使用することができる。各酸化工程の後に、アイランド上に、数ナノメートルの膜厚のシリコン酸化膜層を堆積させて、各酸化工程が開始されるときにゲルマニウムが酸化されることがないようにゲルマニウムを保護することが好ましい。一の実施形態では、バーズビークの幅を１７１ｎｍから２０ｎｍに狭くすることができた。

これらの不均一領域を小さくすることができる別の方法では、酸化防止保護マスクを、引っ張り歪みの状態で、または圧縮歪みの状態で堆積させる。これにより、酸化領域に誘起される歪みを変化させることができ、従って酸化動力学の不均一性を小さくすることができる。

本発明の第２の実施形態によれば、本方法によって、シリコンオンインシュレータ領域またはシリコン／ゲルマニウムオンインシュレータ領域を横方向に並べて混載集積する（ｓｉｄｅ ｂｙ ｓｉｄｅ ｃｏ−ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）ことができる。この第２の変形例を図７Ａ及び７Ｂに示す。第１の変形例との唯一の違いは、アイランド群（またはメサ群）をエッチング形成している間において、エッチング停止層が、埋め込み絶縁層によって形成されるのではなく、ＳＯＩ基板の表面シリコン層によって形成されることである。

図７Ａを図５Ａと比較する必要がある。図７Ａは、シリコン支持体３１が埋め込み酸化膜層３２及び表面シリコン層３３を支持する様子を示している。参照番号３４はアイランド群を示し、各アイランドは、表面シリコン層領域、ＳｉＧｅ（または、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ）をエッチングした後の残留部分３５、及びシリコン酸化膜の残留部分３６を重ねた構造を含む。参照番号３７はアイランド群３４を取り囲む酸化防止保護マスクを示し、これらのアイランドの表面には、シリコン酸化膜層３６のみが設けられる。この変形例では、マスクがシリコン層３３の上に載っている。

次に、アイランド群によって画定される局所領域をゲルマニウムリッチにする処理は、高温の乾燥雰囲気中での酸化により行なわれる。図７Ｂに示すように、アイランド群の改質は、これらのアイランドに対応するシリコン領域群のゲルマニウム（Ｇｅ）濃度を高くすることにより行なわれ、アイランド毎にＳｉＧｅ層３８が（または、ゲルマニウムのみから成るゲルマニウム層でさえも）、埋め込み酸化膜層３２に載るようにして設けられる。アイランドの残りの部分はシリコン酸化膜３９により形成される。シリコン酸化膜３９及びマスク３７を除去することにより、ＳｉＧｅ（またはＧｅ）オンインシュレータ領域をＳｉオンインシュレータ領域に隣接するように備える構造が得られる。

Claims (13)

1. 半導体オンインシュレータ基板を、表面シリコン層（１３，２３，３３）を埋め込み絶縁層と呼ばれる電気絶縁層（１２，２２，３２）の上に含むＳＯＩ基板を利用して形成する方法であって、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層（１５，２５，３５）が表面シリコン層の上に形成され、前記方法は次の工程、
   −シリコン酸化膜層（１６，２６，３６）をＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層の上に形成する工程、
   −表面シリコン層、Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層、及びシリコン酸化膜層により形成される積層体をエッチングし、エッチングを埋め込み絶縁層に達するまで行なうことにより、前記積層体の少なくとも一つのアイランド（１４，２４）を有するエッチング済み構造が得られる、またはエッチングを表面シリコン層（３３）に達するまで行なうことにより、前記積層体の少なくとも一つのシリコン領域（３３）及び少なくとも一つのアイランド（３４）を有するエッチング済み構造が得られるようにする工程、
   −酸化防止保護マスク（１７，２７，３７）をエッチング済み構造の上に形成し、保護マスクによって、アイランドのシリコン酸化膜層（１６，２６，３６）のみが露出して残されるようにする工程、
   −アイランドのＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層のゲルマニウムを濃縮して、ゲルマニウムリッチ層（１８，２８，３８）を含む、またはゲルマニウム層さえも含むアイランドを埋め込み絶縁層の上に、シリコン酸化膜層（１９，２９，３９）がゲルマニウムリッチ層またはゲルマニウム層の上に位置する状態で得られるようにする工程を含む、方法。
2. 酸化防止保護マスクを形成する工程が、
   −酸化防止保護層（２７）をエッチング済み構造の上に堆積させて、酸化防止保護層が、表面シリコン層（２３）及びＳｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層（２７）の合計膜厚よりも厚く、かつ積層体の膜厚よりも薄くなるようにする工程と、
   −酸化防止保護層（２７）を、アイランド（２４）のシリコン酸化膜層（２６）が露出するまで平坦化する工程とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 酸化防止保護層（２７）を堆積させた後、被覆層（２０）を酸化防止保護層の上に堆積させる工程を行ない、平坦化する工程は、被覆層（２０）を化学的機械研磨して、研磨が、酸化防止保護層（２７）の内、アイランド（２４）上に位置する部分で停止するようにする工程と、次に酸化防止保護層（２７）でエッチングが停止するように、かつ前記マスクが得られるまで酸化防止保護層（２７）及び被覆層（２０）を同時にエッチングする工程とを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 被覆層（２０）はシリコン酸化膜層であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 被覆層（２０）はＨＤＰ（高密度プラズマ）シリコン酸化膜層であることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. ゲルマニウムを濃縮する工程の後に、酸化防止保護マスク（１７，２７，３７）と、そしてゲルマニウムリッチ層（１８，２８，３８）上のシリコン酸化膜層（１９，２９，３９）とを除去する工程を設けることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層（１５，２５，３５）はエピタキシー法により形成されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. Ｓｉ_１−ＸＧｅ_Ｘ層（１５，２５，３５）上に形成されるシリコン酸化膜層（１６，２６，３６）が、高温の熱酸化により形成される（ＨＴＯ酸化膜）ことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層はシリコン酸化膜層であることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
10. 酸化防止保護マスク（１７，２７，３７）はシリコン窒化膜により形成されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. ゲルマニウムを濃縮する工程では、酸化工程及び還元工程を繰り返すことを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 酸化工程及び還元工程の繰り返しは、前記ゲルマニウムリッチ層上の前記シリコン酸化膜層が酸化防止保護マスクよりも飛び出すことがないように行なわれることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 酸化防止保護マスクは、引っ張り歪み状態、または圧縮歪み状態で形成されることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。

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