JP3516623B2 - Manufacturing method of semiconductor crystal - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor crystal

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体結晶の製造
方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to the manufacture of semiconductor crystals.
About the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、Si基板上にヘテロ接合を利用し
た半導体デバイスを形成することにより、従来のホモ接
合型のSiデバイスよりも高速で動作するデバイスを作
製する試みがなされている。ヘテロ接合を形成する材料
としては、Siと同じIV族元素であるGe,Cを用いた
混晶半導体であるSiGeやSiGeCが有望と考えら
れている。
2. Description of the Related Art In recent years, attempts have been made to fabricate a semiconductor device utilizing a heterojunction on a Si substrate to manufacture a device that operates at a higher speed than a conventional homojunction Si device. As a material for forming the heterojunction, SiGe and SiGeC, which are mixed crystal semiconductors using Ge and C which are the same group IV elements as Si, are considered to be promising.

【0003】特に3種類の元素からなるSiGeC混晶
半導体は、3種類の元素の組成比を変えることにより、
バンドギャップと格子定数とを互いに独立に制御するこ
とが可能であることから、デバイス設計の自由度が高
く、Siとの格子整合も可能であるなどの理由により大
変注目されている。例えば、特開平10−116919
号公報に開示されるように、Si層とSiGeC層との
ヘテロ界面に生じる伝導帯不連続を利用して、界面に形
成される2次元電子ガスをキャリアとして用いることに
より、従来のSiデバイスよりも高速動作可能な電界効
果型トランジスタが可能といわれている。
Particularly in a SiGeC mixed crystal semiconductor composed of three kinds of elements, by changing the composition ratio of the three kinds of elements,
Since the band gap and the lattice constant can be controlled independently of each other, the device design has a high degree of freedom and the lattice matching with Si is possible, and therefore, it is receiving much attention. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-116919
As disclosed in Japanese Patent Publication (Kokai) No. Hei 11 (1999) -53242, by utilizing the conduction band discontinuity generated at the hetero interface between the Si layer and the SiGeC layer, the two-dimensional electron gas formed at the interface is used as a carrier, and It is said that a field-effect transistor capable of high-speed operation is possible.

【0004】そして、現在、SiGeC混晶の作製に
は、SiGe層のエピタキシャル成長中にCの原料ガス
を添加する方法や、SiGe層にイオン注入を行なうこ
とにより、Cを添加する方法が用いられている。
At present, a method of adding a source gas of C during the epitaxial growth of the SiGe layer or a method of adding C by performing ion implantation into the SiGe layer is used for producing the SiGeC mixed crystal. There is.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
Applied Physics Letters 第65巻(1994)2559頁に記載
されているように、SiGe層へのCの添加には固溶限
界が存在し、約4%程度以上のC原子を添加することに
より結晶性が著しく劣化し非晶質化することが知られて
いる。また、本発明者達の実験によると、SiGeC層
を種々の温度で熱処理(アニール)すると、結晶性が劣
化することがわかった。特に、C濃度を増加させるにつ
れて、結晶性の劣化が顕著になる傾向がみられた。
However, for example,
As described in Applied Physics Letters Vol. 65 (1994) p. 2559, there is a solid solution limit in the addition of C to the SiGe layer, and the crystallinity can be improved by adding about 4% or more of C atoms. Is significantly deteriorated and becomes amorphous. Further, according to the experiments conducted by the present inventors, it was found that crystallinity deteriorates when the SiGeC layer is heat-treated (annealed) at various temperatures. In particular, as the C concentration was increased, the crystallinity tended to deteriorate significantly.

【0006】図8は、本発明者達の実験によるデータで
あって、SiGe0.310.0012結晶層を種々の温度で熱
処理(アニール)した試料のX線回折スペクトルの変化
を示す図である。同図に示すように、800℃以下の温
度で熱処理された試料の回折ピークの位置はas-grownの
試料の回折ピークの位置とほとんど変わらない。しか
し、900℃で熱処理された試料の回折ピークの位置は
as-grownの試料の回折ピークの位置から少しシフトし始
めている。そして、950℃以上の温度で熱処理された
試料の回折ピークの位置は、as-grownの試料の回折ピー
クの位置から大きくずれ始める。また、1000℃以上
の温度で熱処理された試料の回折ピークは半値幅が大き
くなるとともに、as-grownで観測されているフリンジが
ほとんど消失している。この実験データからみると、温
度が約950℃以上の熱処理を行なうと、SiGe0.31
0.0012結晶層の結晶性が悪化していることがわかる。
FIG. 8 is data obtained by the experiments of the present inventors and is a diagram showing changes in the X-ray diffraction spectrum of a sample obtained by annealing (annealing) the SiGe 0.31 C 0.0012 crystal layer at various temperatures. As shown in the figure, the position of the diffraction peak of the sample heat-treated at a temperature of 800 ° C. or lower is almost the same as the position of the diffraction peak of the as-grown sample. However, the position of the diffraction peak of the sample heat-treated at 900 ° C is
A slight shift has started from the position of the diffraction peak of the as-grown sample. Then, the position of the diffraction peak of the sample heat-treated at a temperature of 950 ° C. or higher begins to largely shift from the position of the diffraction peak of the as-grown sample. Further, the diffraction peak of the sample heat-treated at a temperature of 1000 ° C. or higher has a wide half-value width, and almost no fringe observed in as-grown disappears. From this experimental data, it is found that when heat treatment at a temperature of about 950 ° C or higher is performed, SiGe 0.31
It can be seen that the crystallinity of the C 0.0012 crystal layer is deteriorated.

【0007】そこで、本発明者達は、このようなSiG
eC結晶層の結晶性劣化の原因を究明するための実験を
進め、SiGeC結晶層の熱処理による劣化は、主とし
て、混晶中のSi−C結合に比較してGe−C結合が著
しく不安定であることに起因することを見出した。
Therefore, the present inventors have made such SiG
The experiments for investigating the cause of the crystallinity deterioration of the eC crystal layer were conducted, and the deterioration of the SiGeC crystal layer due to the heat treatment was mainly due to the remarkable instability of the Ge—C bond as compared with the Si—C bond in the mixed crystal. It was found to be due to something.

【0008】図7(a),(b)は、Ge基板上にGe
0.980.02結晶層を、Si基板上にSi0.980.02結晶
層をそれぞれ成長させた試料に熱処理を加えたときのX
線回折スペクトルの変化を示す図である。ただし、Ge
0.980.02結晶層はGe基板へのCのイオン注入及び熱
処理により形成され、Si0.980.02結晶層はSi及び
Cの原料となるガスを用いてSi基板上にエピタキシャ
ル成長されている。
FIGS. 7A and 7B show Ge on a Ge substrate.
0.98 C 0.02 crystal layer, X when subjected to heat treatment Si 0.98 C 0.02 crystal layer to samples respectively grown on a Si substrate
It is a figure which shows the change of a line diffraction spectrum. However, Ge
The 0.98 C 0.02 crystal layer is formed by ion implantation of C into a Ge substrate and heat treatment, and the Si 0.98 C 0.02 crystal layer is epitaxially grown on a Si substrate using Si and a gas as a raw material of C.

【0009】図7(a)に示すように、Ge基板上のG
0.980.02結晶層の場合、475〜550℃の温度で
熱処理された試料からの回折ピ−クはほぼ同じ位置に観
測されているが、温度450℃以下の温度で熱処理され
た試料からの回折ピ−クは観測されていない。一方、6
00℃以上の温度で熱処理されたGe0.980.02結晶層
の回折ピーク位置がシフトし、特に、700℃以上の温
度で熱処理されたGe 0.980.02結晶層からのピークは
消失している。この結果は、600℃以上の温度で熱処
理を受けるとGeC結晶が何らかの変化を生じているこ
とを示し、特に、Ge−C結合が解離することを示して
いる。
As shown in FIG. 7A, G on the Ge substrate is
e0.98C0.02In the case of a crystal layer, at a temperature of 475 to 550 ° C
The diffraction peaks from the heat-treated sample were observed at almost the same position.
Although it is measured, it is heat treated at a temperature below 450 ° C.
No diffraction peak from the sample was observed. On the other hand, 6
Ge heat-treated at a temperature of 00 ° C or higher0.98C0.02Crystal layer
The diffraction peak position of is shifted, especially at temperatures above 700 ° C.
Heat treated in degrees 0.98C0.02The peak from the crystal layer is
It has disappeared. This result shows that heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C or higher.
If the GeC crystal undergoes a
And especially that the Ge-C bond is dissociated
There is.

【0010】一方、図7(b)に示すように、Si基板
上のSi0.980.02結晶層の場合、1000℃までの熱
処理においてSi0.980.02結晶層からの回折ピークが
明確に観測されている。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, in the case of the Si 0.98 C 0.02 crystal layer on the Si substrate, the diffraction peak from the Si 0.98 C 0.02 crystal layer was clearly observed during the heat treatment up to 1000 ° C. There is.

【0011】以上の結果を総合すると、SiGeC結晶
においてはGe−C結合の不安定性が結晶劣化の原因の
1つであり、Ge−C結合の形成を抑制することが結晶
性向上のカギを握っているといえる。
[0012] In summary of the above results, instability of Ge-C bond is one of the causes of crystal deterioration in SiGeC crystal, and suppressing the formation of Ge-C bond is the key to the improvement of crystallinity. Can be said.

【0012】本発明の目的は、SiGeC層の不安定性
の原因に着目し、Ge−C結合を含まずにSiGeC結
晶層とみなしうる短周期超格子層を形成することによ
り、結晶性が良好で、かつ、熱的にも安定な半導体結晶
の製造方法を提供することにある。
The object of the present invention is to pay attention to the cause of the instability of the SiGeC layer, and to form a short-period superlattice layer that does not contain a Ge—C bond and can be regarded as a SiGeC crystal layer, thereby providing good crystallinity. and to provide a manufacturing how a stable semiconductor crystal <br/> thermally.

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】 本発明の半導体結晶の製
造方法は、SiとGeとを主成分とするSi1-xGex
(0<x<1)のエピタキシャル成長と、Siを主成分
とするSi層のエピタキシャル成長とを交互に2回ずつ
以上繰り返してSi1-xGex/Si超格子体を形成する
工程(a)と、上記Si1-xGex/Si超格子体内にC
のイオン注入を行なう工程(b)と、Cが導入された上
記Si1-xGex/Si超格子体に熱処理を施して、上記
Si 1-x Ge x 層に含まれるC原子を上記Si層に移動さ
せてSi 1-x Ge x /Si 1-y y 超格子体(0<y<1)
を形成する工程(c)とを含み、Si1-xGex/Si
1-yy 超格子体からなり、単一のSiGeC層として機
能する半導体結晶を形成する方法である。
Means for Solving the Problems The method of the present onset Ming semiconductor crystal, epitaxial growth of Si 1-x Ge x layer mainly composed of Si and Ge (0 <x <1) , the Si A step (a) of alternately repeating the epitaxial growth of the Si layer as a main component twice or more to form a Si 1-x Ge x / Si superlattice body ; and the above - mentioned Si 1-x Ge x / Si superlattice. C in the body
Ion implantation is performed to process and (b), C is to facilities heat treatment to the Si 1-x Ge x / Si superlattice material introduced, the
C atoms contained in the Si 1-x Ge x layer are transferred to the Si layer.
Allowed by Si 1-x Ge x / Si 1-y C y superlattice material (0 <y <1)
And a step (c) of forming Si, wherein Si 1-x Ge x / Si
1-y C y consists superlattice material, machine as a single SiGeC layer
It is a method of forming a semiconductor crystal that can function .

【0022】この方法により、熱処理に伴うGe−C結
合の破壊によってC原子がSi層に移動する現象を利用
して、エピタキシャル成長時にはCをドープするための
ガスを不要とすることで清浄な基板表面を維持しつつ、
種々の応用が可能なSi1-xGex /Si1-yy 積層
体を得ることができる。
According to this method, by utilizing the phenomenon that C atoms move to the Si layer due to the breakage of the Ge—C bond due to the heat treatment, the gas for doping C is not required during the epitaxial growth, and the clean substrate surface is obtained. While maintaining
It is possible to obtain a Si 1-x Ge x / Si 1-y C y laminated body which can be applied in various ways.

【0023】上記工程(a)では、上記Si1-xGex
Si1-yy 超格子体中のSi1-xGex層とSi1-yy
とが離散化された量子化準位が生じる厚みを有するよう
にSi1-xGex層とSi層とを形成することにより、量
子素子を構成するために有用な多重量子障壁層などとし
て機能する半導体結晶が得られる。
In the step (a), the Si 1-x Ge x /
Si 1-y C y Si 1 -x Ge x layer and the Si 1-y C y layer and the Si 1-x Ge x layer so as to have a thickness of discrete quantization levels occurs superlattice material in By forming the Si layer and the Si layer, a semiconductor crystal functioning as a multiple quantum barrier layer useful for forming a quantum device can be obtained.

【0024】上記工程(a)では、上記Si1-xGex
Si1-yy 超格子体中のSi1-xGex層とSi1-yy
とが離散化された量子化準位が生じる厚みよりも薄い厚
みを有するようにSi1-xGex層とSi層とを形成する
ことにより、ヘテロ接合型半導体素子を構成するために
有用な単一のSiGeC層として機能しうる半導体結晶
が得られる。
In the step (a), the Si 1-x Ge x /
Si 1-y C y Si 1 -x superlattice body in Ge x layer and the Si 1-y C y layer and has to have a thickness less than the thickness discrete quantized levels occurs Si 1- by forming a x Ge x layer and the Si layer, the semiconductor crystal <br/> is obtained which can function as a single SiGeC layer useful for forming the hetero junction type semiconductor device.

【0025】その場合、上記工程(c)における熱処理
温度が700℃を越える温度であることが好ましい。
In that case, the heat treatment temperature in the step (c) is preferably higher than 700 ° C.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明による半導体結晶お
よびその製造方法に関する実施形態と、半導体装置への
応用例に関する実施形態とについて、図面を参照しなが
ら説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a semiconductor crystal and a method of manufacturing the same according to the present invention and embodiments of application to a semiconductor device will be described below with reference to the drawings.

【0027】(第1の実施形態)図1(a),(b)
は、第1の実施形態に係るSiGeC混晶体(Si1-x
Gex /Si1-yy 短周期超格子)の巨視的な積層構
造と、その短周期超格子の微視的な積層構造(原子配
列)とを概略的に示す図である。
(First Embodiment) FIGS. 1A and 1B.
Is a SiGeC mixed crystal (Si 1-x ) according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a macroscopic laminated structure of Ge x / Si 1-y C y short-period superlattice) and a microscopic laminated structure (atomic arrangement) of the short-period superlattice.

【0028】図1(a)に示すように、本実施形態のS
iGeC混晶体は、Si基板101の上に、Si0.68
0.32層102と、Si0.960.04層103とを200
周期分交互に積層して構成されている。図1(b)に示
すように、各層102,103は、いずれも3原子層を
有している。
As shown in FIG. 1A, S of the present embodiment is
The iGeC mixed crystal is composed of Si 0.68 G on the Si substrate 101.
e 0.32 layer 102 and Si 0.96 C 0.04 layer 103 to 200
It is constituted by alternately laminating for a period. As shown in FIG. 1B, each of the layers 102 and 103 has a triatomic layer.

【0029】SiGeC混晶体の形成は、Si(00
1)基板101の上に、超高真空化学的気相成長法(U
HV−CVD法)(Ultra High Vacuum Chemical Vapor
Deposition )法により、3原子層からなるSi0.68
0.32層102と3原子層からなるSi0.960.04層1
03とを交互にエピタキシャル成長させ、これを200
周期繰り返している。そして、SiGeC混晶体全体の
膜厚は約160nmである。Si,Ge,Cの原料ガス
には、それぞれSi26 ,GeH4 ,SiH3CH3
を用い、成長温度は約550℃である。
The formation of the SiGeC mixed crystal is performed by using Si (00
1) Ultra high vacuum chemical vapor deposition (U
HV-CVD method) (Ultra High Vacuum Chemical Vapor
Deposition) method to form Si 0.68 G consisting of 3 atomic layers
e 0.96 C 0.04 layer 1 consisting of 0.32 layer 102 and 3 atomic layers
And 03 are alternately epitaxially grown to obtain 200
It repeats the cycle. The film thickness of the entire SiGeC mixed crystal is about 160 nm. The source gases for Si, Ge, and C are Si 2 H 6 , GeH 4 , and SiH 3 CH 3 , respectively.
And the growth temperature is about 550 ° C.

【0030】形成した短周期超格子体における実際の原
子配列はダイヤモンド構造を形成しているが、図1
(b)では発明の概念を分かり易く説明するために、正
方晶を用いて原子の積層を示している。このように、G
e原子とC原子とが互いに共通の層に存在することがな
いので、Ge−C結合の形成はほとんど存在しない。し
かも、以下に説明するように、この短周期超格子体は、
1つのSiGeC結晶体として機能する。
The actual atomic arrangement in the formed short-period superlattice forms a diamond structure.
In (b), in order to explain the concept of the invention in an easy-to-understand manner, tetragonal crystals are used to indicate stacking of atoms. Thus, G
Since the e atom and the C atom do not exist in the layer common to each other, there is almost no formation of Ge—C bond. Moreover, as explained below, this short period superlattice
It functions as one SiGeC crystal.

【0031】図2は、文献(Semiconductor and Semime
tals Vol.24(ACADEMIC PRESS,INC.)p.29 Volume Editor
RAYMOND DINGLE)(C.Weisbuch著)の図18に記載され
ている,ある積層体の井戸層及び障壁層の厚みを変えた
ときのエネルギーバンド構造の変化を示す図である。同
図において、横軸は井戸層,障壁層の厚み(nm)を表
し、縦軸はポテンシャルエネルギー(eV)を表してい
る。同図に示されるように、この積層体では、井戸層,
障壁層の厚みが約10nmの時には、離散的な量子化準
位が形成されているのに対し、井戸層,障壁層の厚みが
約1.5nm以下になると、離散的な量子化準位がなく
なり、1つのバルク的なバンドに変化する。つまり、量
子効果がなくなることで、キャリアが短周期超格子層全
体を1つの層と認識して動作することになる。これと同
様に、図1(a),(b)に示す短周期超格子体は、各
層の厚みが約1nmレベルになると、離散的な量子化準
位がなくなり、単一のSiGeC層として機能すること
になる。
FIG. 2 shows a document (Semiconductor and Semime).
tals Vol.24 (ACADEMIC PRESS, INC.) p.29 Volume Editor
It is a figure which shows the change of an energy band structure when changing the thickness of the well layer of a certain laminated body and the barrier layer described in FIG. 18 of RAYMOND DINGLE) (written by C. Weisbuch). In the figure, the horizontal axis represents the thickness (nm) of the well layer and the barrier layer, and the vertical axis represents the potential energy (eV). As shown in the figure, in this laminated body, the well layer,
When the thickness of the barrier layer is about 10 nm, the discrete quantization levels are formed, whereas when the thickness of the well layer and the barrier layer is about 1.5 nm or less, the discrete quantization levels are formed. It disappears and changes into one bulk band. That is, since the quantum effect is eliminated, the carriers operate by recognizing the entire short period superlattice layer as one layer. Similarly, in the short-period superlattice body shown in FIGS. 1A and 1B, when the thickness of each layer reaches the level of about 1 nm, the discrete quantization levels disappear, and the short-period superlattice functions as a single SiGeC layer. Will be done.

【0032】よって、本実施形態のSi1-x Gex /S
1-yy 短周期超格子体(0<x,y<1)は、各層
の平均的な厚みが約0.8nmであるので、Ge−C結
合をほとんど含まないことによる結晶性の安定性を維持
しつつ、SiGeC層としての機能を発揮することがで
きる。
Therefore, the Si 1-x Ge x / S of this embodiment is
Since the average thickness of each layer of the i 1-y C y short-period superlattice (0 <x, y <1) is about 0.8 nm, the crystallinity due to almost no Ge—C bond is included. The function as the SiGeC layer can be exhibited while maintaining the stability.

【0033】つまり、本実施形態の製造方法は、従来の
SiGeC層における不具合の原因がGe−C結合の不
安定性にあることに着目し、このGe−C結合を含まず
に、かつ、SiGeC層として機能しうるSi1-x Ge
x /Si1-yy 短周期超格子体を形成する方法といえ
る。
That is, the manufacturing method of the present embodiment focuses on the fact that the cause of the problem in the conventional SiGeC layer is the instability of the Ge—C bond, and does not include this Ge—C bond, and the SiGeC layer is not included. That can function as Si 1-x Ge
It can be said that this is a method of forming a x / Si 1-y C y short-period superlattice body.

【0034】(第2の実施形態)本実施形態では、Si
/Si1-x Gex 積層膜(0<x<1)へのCイオンの
注入,熱処理にによって、Si1-x Gex /Si1-y
y 短周期超格子体(0<y<1)の形成にも利用しうる
Si1-x Gex /Si1-yy 積層体の製造方法につい
て説明する。図3(a),(b)は、本実施形態におけ
るSi1-x Gex/Si1-yy 積層体の製造工程を示
す断面図である。
(Second Embodiment) In the present embodiment, Si
Of Si 1-x Ge x / Si 1-y C by implanting C ions into the / Si 1-x Ge x laminated film (0 <x <1) and heat treatment.
A method of manufacturing a Si 1-x Ge x / Si 1-y C y laminated body that can be used for forming a y short-period superlattice (0 <y <1) will be described. 3A and 3B are cross-sectional views showing a manufacturing process of the Si 1-x Ge x / Si 1-y C y laminated body in the present embodiment.

【0035】まず、図3(a)に示す工程で、Si(0
01)基板101の上に、UHV−CVD法により、厚
みが10nmのSi層105と、厚みが10nmのSi
0.8Ge0.2 層106とを交互にエピタキシャル成長さ
せ、合計10周期のSi/Si0.8 Ge0.2 超格子体を
形成する。
First, in the step shown in FIG. 3A, Si (0
01) Si layer 105 having a thickness of 10 nm and Si having a thickness of 10 nm are formed on the substrate 101 by the UHV-CVD method.
The 0.8 Ge 0.2 layers 106 are alternately epitaxially grown to form a total of 10 periods of Si / Si 0.8 Ge 0.2 superlattice bodies.

【0036】次に、図3(b)に示す工程で、この超格
子体に、Cのイオン注入を加速エネルギーが約45ke
V,ドーズ量が約1×1015cm-2の条件で行なう。そ
の後、950℃,15秒の間熱処理を行なう。
Next, in the step shown in FIG. 3 (b), the ion implantation of C into this superlattice body has an acceleration energy of about 45 ke.
V and dose amount is about 1 × 10 15 cm -2 . After that, heat treatment is performed at 950 ° C. for 15 seconds.

【0037】図4(a),(b),(c)は、それぞれ
順に、超格子体における熱処理前後のGe原子及びC原
子の濃度分布,Cイオン注入直後における超格子体中の
C原子の分布状態,熱処理後の超格子体中におけるC原
子の分布状態を示す図である。
FIGS. 4A, 4B and 4C respectively show concentration distributions of Ge atoms and C atoms before and after heat treatment in the superlattice, and C atoms in the superlattice immediately after C ion implantation. It is a figure which shows a distribution state and the distribution state of C atom in the superlattice body after heat processing.

【0038】図4(a)において、横軸は超格子体中の
深さを表し、縦軸は濃度を表している。また、曲線Ger
はGe濃度を、曲線Cimplはイオン注入直後熱処理前の
C濃度を、曲線Caneaは熱処理後におけるC濃度をそれ
ぞれ表している。同図の曲線Cimplに示すように、熱処
理前においては、Si層105とSi0.8 Ge0.2 層1
06とにおいて、Cが約1×1020cm-3の濃度でほぼ
均一に分布している。それに対し、同図の曲線Caneaに
示すように、熱処理後においては、Si層105ではC
濃度が濃くなり、Si0.8 Ge0.2 層106ではC濃度
が薄くなることがわかる。このことは、図4(b),
(c)に示すごとく、熱処理中にSi0.8Ge0.2 層内
のC原子が隣接するSi層へ移動したことを示してい
る。
In FIG. 4A, the horizontal axis represents the depth in the superlattice and the vertical axis represents the concentration. Also, the curve Ger
Represents the Ge concentration, the curve Cimpl represents the C concentration immediately after the ion implantation and before the heat treatment, and the curve Canea represents the C concentration after the heat treatment. As shown by the curve Cimpl in the figure, before the heat treatment, the Si layer 105 and the Si 0.8 Ge 0.2 layer 1 are formed.
At 06, C is distributed almost uniformly at a concentration of about 1 × 10 20 cm -3 . On the other hand, as shown by the curve Canea in the same figure, after the heat treatment, the Si layer 105 has C
It can be seen that the concentration becomes higher and the C concentration becomes lower in the Si 0.8 Ge 0.2 layer 106. This is shown in FIG.
As shown in (c), it is shown that the C atoms in the Si 0.8 Ge 0.2 layer moved to the adjacent Si layer during the heat treatment.

【0039】従って、Si/Si0.8 Ge0.2 超格子体
へのCイオン注入および熱処理を用いることにより、エ
ピタキシャル成長中にCをドープしなくても、Si1-y
y/Si0.8 Ge0.2 超格子体を形成できることがわ
かる。
Therefore, by using C ion implantation and heat treatment to the Si / Si 0.8 Ge 0.2 superlattice, Si 1-y can be obtained even if C is not doped during epitaxial growth.
It can be seen that a C y / Si 0.8 Ge 0.2 superlattice body can be formed.

【0040】図5は、図3(a),(b)に示す工程を
経た超格子体に対し、熱処理温度を変えてアニールを行
なった時のC濃度の分布の相違を示す図である。同図に
おいて、曲線Gerは超格子体中のGe濃度を、曲線Cas
imはイオン注入直後で熱処理を施していない超格子体中
のC濃度を、曲線C700 は700℃の熱処理を施した超
格子体中のC濃度を、曲線C950 は950℃の熱処理を
施した超格子体中のC濃度を、曲線C1000は1000℃
の熱処理を施した超格子体中のC濃度を、それぞれ示し
ている。熱処理時間はいずれも15秒間である。同図か
らわかるように、700℃の熱処理によってはC原子が
十分移動しておらず、950℃と1000℃とでは、C
原子の移動作用は十分得られ、かつ、両者ではC濃度の
分布がほとんど変わらない。したがって、この方法によ
って形成されたSiC/SiGe界面の構造は安定なも
のであると推定される。
FIG. 5 is a diagram showing the difference in the C concentration distribution when the superlattice body subjected to the steps shown in FIGS. 3A and 3B is annealed at different heat treatment temperatures. In the figure, the curve Ger represents the Ge concentration in the superlattice, and the curve Cas
im is the C concentration in the superlattice body not subjected to the heat treatment immediately after the ion implantation, curve C700 is the C concentration in the superlattice body subjected to the heat treatment at 700 ° C., and curve C950 is the superconducting heat treatment at the temperature of 950 ° C. The C concentration in the grid is 1000 ° C for the curve C1000.
The respective C concentrations in the superlattice body subjected to the heat treatment of are shown. The heat treatment time is 15 seconds in each case. As can be seen from the figure, the C atoms did not move sufficiently by the heat treatment at 700 ° C., and the C atoms at 950 ° C. and 1000 ° C.
A sufficient transfer effect of atoms is obtained, and the distribution of C concentration is almost the same in both cases. Therefore, the structure of the SiC / SiGe interface formed by this method is presumed to be stable.

【0041】本実施形態の製造方法によると、Si1-x
Gex 層とSi1-yy 層とを交互にエピタキシャル成
長させて、Si1-x Gex /Si1-yy 積層体を形成
する方法に比べ、以下のような利点が得られる。
According to the manufacturing method of the present embodiment, Si 1-x
The following advantages can be obtained as compared with the method of forming a Si 1-x Ge x / Si 1-y C y laminate by alternately epitaxially growing a Ge x layer and a Si 1-y C y layer.

【0042】Si1-x Gex 層とSi1-yy 層とを交
互に形成する場合には、Si1-y y 層を形成した後に
C原料が成長室内に残留することにより清浄な基板表面
が得られないなどの不具合を招くことがある。一方、イ
オン注入を用いてCを添加する場合、積層体を構成する
2つの層のうち一方の層のみに選択的にCをドープする
ことは不可能と考えられていた。それに対し、本実施形
態のSi1-x Gex /Si1-yy 積層体の製造方法で
は、まず、Si/Si1-x Gex 積層体を形成してお
き、このSi/Si1-x Gex 積層体にCをイオン注入
してから、熱処理の際に生じるC原子のSi層への移動
現象を利用することによって、Si1-x Gex /Si
1-yy 積層体を形成することができる。
Si1-x Gex Layers and Si1-y Cy Intersect layers
When forming with each other, Si1-y C y After forming the layers
Clean substrate surface due to C raw material remaining in the growth chamber
May lead to problems such as not being obtained. On the other hand,
When C is added by using ON implantation, a laminated body is formed.
Selectively dope C in only one of the two layers
It was considered impossible. In contrast, this embodiment
State Si1-x Gex / Si1-y Cy With the manufacturing method of the laminated body
First, Si / Si1-x Gex Form a laminate
This Si / Si1-x Gex Ion implantation of C into the laminate
After that, the transfer of C atoms generated in the heat treatment to the Si layer
By utilizing the phenomenon, Si1-x Gex / Si
1-y Cy Laminates can be formed.

【0043】つまり、本実施形態の製造方法において
は、従来のSiGeC層における不具合の原因がGe−
C結合の不安定性にあることに着目し、このGe−C結
合の不安定性によるC原子の移動を利用することによ
り、Si1-x Gex /Si1-y y 積層体を形成するこ
とができる。
That is, in the manufacturing method of this embodiment,
Is the cause of the defect in the conventional SiGeC layer is Ge-
Focusing on the instability of the C bond,
By utilizing the movement of C atoms due to the instability of
, Si1-x Gex / Si1-y C y Forming a laminate
You can

【0044】そして、このSi1-x Gex /Si1-y
y 積層体中のSi1-x Gex 層とSi1-yy 層とが、
離散した量子化準位が生じる程度の厚みを有する場合
(本実施形態の場合など)には、多重量子化障壁層(M
QB)などとして機能しうるSi1-x Gex /Si1-y
y 超格子体を得ることができる。
This Si 1-x Ge x / Si 1-y C
and y Si 1-x Ge x layer of the laminate in the Si 1-y C y layer is,
When the thickness is such that discrete quantization levels occur (such as in the case of this embodiment), the multiple quantization barrier layer (M
Si 1-x Ge x / Si 1-y that can function as QB)
A C y superlattice can be obtained.

【0045】一方、このSi1-x Gex /Si1-yy
積層体中のSi1-x Gex 層とSi 1-yy 層とが、離
散した量子化準位が生じる厚みよりも薄い厚みを有する
場合には、上記第1の実施形態と同様に、単一のSiG
eC層として機能しうるSi 1-x Gex /Si1-yy
短周期超格子体(0<x,y<1)を得ることができ
る。その理由について、以下に説明する。
On the other hand, this Si1-x Gex / Si1-y Cy 
Si in the laminate1-x Gex Layers and Si 1-y Cy Layers and
Has a thickness less than the thickness at which the scattered quantization levels occur
In this case, a single SiG is used as in the first embodiment.
Si that can function as an eC layer 1-x Gex / Si1-y Cy 
Short period superlattice (0 <x, y <1) can be obtained
It The reason will be described below.

【0046】本実施形態で説明したC原子の移動現象は
厚みが1nmレベルのSi層と、厚みが1nmレベルの
Si0.8 Ge0.2 層とを用いても同様に生じることが、
定性的には確認されている。また、SiGe層における
任意のGe含有比,任意のCイオン注入条件に対して
も、熱処理によるC原子の移動作用が確認されている。
The C atom migration phenomenon described in the present embodiment similarly occurs even when using a Si layer having a thickness of 1 nm level and a Si 0.8 Ge 0.2 layer having a thickness of 1 nm level.
Confirmed qualitatively. Further, it has been confirmed that the C atom transfer action by the heat treatment is performed with respect to an arbitrary Ge content ratio in the SiGe layer and an arbitrary C ion implantation condition.

【0047】よって、本実施形態の方法を応用して、当
初1nmレベルの厚みを有するSi層とSi1-x Gex
層を形成しておいて、その後Cのイオン注入,熱処理を
順次行なうことにより、上記第1の実施形態と同様に、
1つのSiGeC層として機能するSi0.8 Ge0.2
SiC短周期超格子体を形成することができる。
Therefore, by applying the method of this embodiment, the Si layer initially having a thickness of 1 nm level and the Si 1-x Ge x are formed.
After the layer is formed, the ion implantation of C and the heat treatment are sequentially performed to obtain the same as in the first embodiment.
Si 0.8 Ge 0.2 / which functions as one SiGeC layer
A SiC short period superlattice body can be formed.

【0048】第1の実施形態の製造方法を用いる場合、
Si1-x Gex 層とSi1-yy 層とを交互に形成する
が、上述のように、Si1-yy 層を形成した後にC原
料が成長室内に残留することにより清浄な基板表面が得
られないなどの不具合がある。それに対し、まず、Si
/Si1-x Gex 超格子体を形成しておき、このSi/
Si1-x Gex 超格子体にCをイオン注入してから、熱
処理の際に生じるC原子のSi層への移動現象を利用し
て、Si1-x Gex /Si1-yy 短周期超格子体を形
成することにより、SiGeC層として機能しうるSi
1-x Gex /Si1-yy 短周期超格子体を容易かつ迅
速に製造することができる。
When the manufacturing method of the first embodiment is used,
The Si 1-x Ge x layer and the Si 1-y C y layer are formed alternately, but as described above, the C raw material remains clean in the growth chamber after the Si 1-y C y layer is formed. There is a problem such as not obtaining a good substrate surface. On the other hand, first, Si
/ Si 1-x Ge x superlattice is formed in advance, and this Si /
Si 1-x Ge x superlattice body the C after ion implantation, using the transfer phenomenon of the Si layer of the C atoms generated during the heat treatment, Si 1-x Ge x / Si 1-y C y Si that can function as a SiGeC layer by forming a short-period superlattice
A 1-x Ge x / Si 1-y C y short-period superlattice body can be easily and quickly manufactured.

【0049】(第3の実施形態)図6は、第3の実施形
態の短周期超格子体を利用した半導体装置であるヘテロ
接合型電界効果トランジスタ(HMOSFET)の構造
を示す断面図である。本実施形態の短周期超格子体は、
上記第1,第2の実施形態のうちのいずれかの方法によ
って形成されるものである。また、本実施形態において
は、nチャネル型HMOSFETへの応用について説明
するが、pチャネル型HMOSFETに対しても適用す
ることができることはいうまでもない。
(Third Embodiment) FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a heterojunction field effect transistor (HMOSFET) which is a semiconductor device utilizing the short period superlattice body of the third embodiment. The short period superlattice body of this embodiment is
It is formed by one of the methods of the first and second embodiments. Further, in the present embodiment, the application to the n-channel type HMOSFET will be described, but it goes without saying that it can also be applied to the p-channel type HMOSFET.

【0050】同図に示すように、本実施形態のHMOS
FETは、Si基板111と、Si基板上に設けられた
高濃度のp型不純物を含むSiからなるp型ウェル11
2と、p型ウェル112の上に形成されたi-Si層11
3と、i-Si層112内の表面に近い領域かつ表面とは
一定の間隔を隔てた領域に高濃度のn型不純物(ヒ素な
ど)をドープしてなるδドープ層114と、i-Si層1
14の上に形成されたSi0.68Ge0.32/Si0.96
0.04短周期超格子からなるSiGeC層116と、Si
GeC層116の上に形成されたイントリンシックSi
からなるSiキャップ層117と、Siキャップ層11
7の上に形成されたシリコン酸化膜からなるゲート絶縁
膜118と、ゲート絶縁膜118の上に設けられたポリ
シリコンからなるゲート電極119とを備えている。ま
た、ゲート電極119をマスクとするイオン注入によ
り、上記i-Si層114,SiGeC層116,Siキ
ャップ層117に亘る領域に高濃度のn型不純物(ヒ素
など)をドープして形成されたソース領域120とドレ
イン領域121とが設けられている。
As shown in the figure, the HMOS of this embodiment is
The FET includes a Si substrate 111 and a p-type well 11 formed on the Si substrate and made of Si containing high-concentration p-type impurities.
2 and the i-Si layer 11 formed on the p-type well 112
3, a δ-doped layer 114 obtained by doping a region near the surface in the i-Si layer 112 and a region spaced apart from the surface with a high concentration of n-type impurities (arsenic, etc.); Layer 1
Si 0.68 Ge 0.32 / Si 0.96 C formed on 14
0.04 SiGeC layer 116 consisting of a short-period superlattice and Si
Intrinsic Si formed on GeC layer 116
Si cap layer 117 and Si cap layer 11
7 is provided with a gate insulating film 118 made of a silicon oxide film, and a gate electrode 119 made of polysilicon provided on the gate insulating film 118. A source formed by doping the region extending over the i-Si layer 114, the SiGeC layer 116, and the Si cap layer 117 with high-concentration n-type impurities (arsenic etc.) by ion implantation using the gate electrode 119 as a mask. A region 120 and a drain region 121 are provided.

【0051】図6の左側にはこのHMOSFETのゲー
ト電極下方の各層113,114,116,117にお
ける伝導帯端のエネルギーレベルEcが表示されてい
る。つまり、Si0.68Ge0.32/Si0.960.04短周期
超格子からなるSiGeC層116と、i-Si層113
との間に存在する伝導帯端のバンド不連続によっていわ
ゆるヘテロ障壁が形成され、SiGeC層116のうち
Si/SiGeCヘテロ障壁に接する領域に電子を閉じ
こめられる。そして、この領域に二次元電子ガスによる
nチャネルが形成され、このnチャネルを電子が高速で
走行することが可能になる。
On the left side of FIG. 6, the energy level Ec at the conduction band edge in each of the layers 113, 114, 116 and 117 below the gate electrode of this HMOSFET is displayed. That is, the SiGeC layer 116 made of the Si 0.68 Ge 0.32 / Si 0.96 C 0.04 short period superlattice and the i-Si layer 113.
A so-called hetero barrier is formed by the band discontinuity at the conduction band edge existing between and, and electrons are confined in the region of the SiGeC layer 116 in contact with the Si / SiGeC heterobarrier. Then, an n-channel is formed by the two-dimensional electron gas in this region, and electrons can travel through the n-channel at high speed.

【0052】すなわち、本実施形態のHMOSFETに
よると、Si/SiGeCヘテロ障壁に沿ってnチャネ
ル115が形成され、電子が高速でnチャネル115を
走行することができる。その場合、SiGeC層におい
てはSi層に比べて電子の移動度が大きく,かつ,nチ
ャネルには不純物ドーピングを行なわなくても済むため
に、イオン化不純物散乱が抑制され、高速動作が可能で
ある。
That is, according to the HMOSFET of this embodiment, the n-channel 115 is formed along the Si / SiGeC hetero barrier, and electrons can travel through the n-channel 115 at high speed. In that case, the SiGeC layer has a higher electron mobility than the Si layer, and since it is not necessary to perform impurity doping on the n-channel, ionized impurity scattering is suppressed and high-speed operation is possible.

【0053】次に、本実施形態のSiGeC層116
は、すでに説明した第1の実施形態のごとく、Si1-x
Gex 層とSi1-yy 層(0<x,y<1)とを交互
にエピタキシャル成長させることにより、Si1-x Ge
x /Si1-yy 短周期超格子体を形成する方法によっ
てもよいし、第2の実施形態のごとく、Si1-x Gex
層(0<x<1)とSi層とを交互にエピタキシャル成
長させることによりSi/Si1-x Gex 短周期超格子
体を形成した後、Cのイオン注入を行ない、さらに熱処
理を行なうことにより、Si1-x Gex /Si1-yy
短周期超格子体(0<y<1)を形成する方法によって
もよい。
Next, the SiGeC layer 116 of the present embodiment.
Is the Si 1-x as in the first embodiment already described.
By alternately epitaxially growing the Ge x layer and the Si 1-y C y layer (0 <x, y <1), the Si 1-x Ge layer is formed.
x / Si 1-y C y may be formed by a method of forming a short-period superlattice, or as in the second embodiment, Si 1-x Ge x
Layer (0 <x <1) and Si layer are alternately epitaxially grown to form a Si / Si 1-x Ge x short-period superlattice, and then C ion implantation is performed, followed by heat treatment. , Si 1-x Ge x / Si 1-y C y
A method of forming a short period superlattice (0 <y <1) may be used.

【0054】なお、Si1-x Gex /Si1-yy 短周
期超格子体からなるSiGeC層とヘテロ接合を形成す
るための半導体層としては、本実施形態におけるSi層
だけでなく、SiGe層,SiC層などのSiを含む層
があり、いずれを用いてもよいものとする。
The semiconductor layer for forming a heterojunction with the SiGeC layer composed of the Si 1-x Ge x / Si 1-y C y short-period superlattice is not limited to the Si layer in this embodiment, There are layers containing Si such as a SiGe layer and a SiC layer, and any of them may be used.

【0055】また、Si1-x Gex /Si1-yy 短周
期超格子体にn型もしくはp型不純物がドープされてい
ても、Si1-x Gex /Si1-yy 短周期超格子体の
単一のSiGeC層としての機能が損なわれることはな
い。
Even if the Si 1-x Ge x / Si 1-y C y short-period superlattice is doped with n-type or p-type impurities, Si 1-x Ge x / Si 1-y C y The function of the short period superlattice as a single SiGeC layer is not impaired.

【0056】なお、図2に示す特性において、Si1-x
Gex /Si1-yy 短周期超格子体中に離散した量子
化準位がわずかに生じていても、全体としてSiGeC
層として機能しうるエネルギー範囲があればよい。
In the characteristics shown in FIG. 2, Si 1-x
Ge x / Si 1-y C y Even if a few discrete quantized levels occur in the short-period superlattice, SiGeC as a whole
It only needs to have an energy range that can function as a layer.

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明によれば、SiGeC系半導体結
晶の結晶性の向上、SiGeC系半導体結晶を用いたデ
バイスの高速性向上を実現することができるという顕著
な効果が得られる。
According to the present invention, the remarkable effect that the crystallinity of the SiGeC-based semiconductor crystal and the speedup of the device using the SiGeC-based semiconductor crystal can be improved can be obtained.

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

【図1】(a),(b)は、第1の実施形態に係るSi
1-x Gex /Si1-yy 短周期超格子の巨視的な積層
構造と、その短周期超格子の微視的な積層構造とを概略
的に示す図である。
1A and 1B are Si according to a first embodiment.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a macroscopic laminated structure of a 1-x Ge x / Si 1-y C y short-period superlattice and a microscopic laminated structure of the short-period superlattice.

【図2】積層体の井戸層及び障壁層の厚みを変えたとき
のエネルギーバンド構造の変化を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing changes in the energy band structure when the thicknesses of the well layer and the barrier layer of the laminated body are changed.

【図3】(a),(b)は、第2の実施形態におけるS
1-x Gex /Si1-yy 積層体の製造工程を示す断
面図である。
3A and 3B are S in the second embodiment.
i is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the 1-x Ge x / Si 1 -y C y multilayer body.

【図4】(a),(b),(c)は、それぞれ順に、超
格子体における熱処理前後のGe原子及びC原子の濃度
分布,Cイオン注入直後における超格子体中のC原子の
分布状態,熱処理後の超格子体中におけるC原子の分布
状態を示す図である。
4 (a), (b), and (c) are, respectively, the concentration distribution of Ge atoms and C atoms before and after heat treatment in the superlattice, and the distribution of C atoms in the superlattice immediately after C ion implantation. FIG. 3 is a diagram showing a state and a distribution state of C atoms in a superlattice body after heat treatment.

【図5】図3(a),(b)に示す工程を経た超格子体
に対し、熱処理温度を変えてアニールを行なった時のC
濃度の分布の相違を示す図である。
FIG. 5 is a C of a superlattice body that has undergone the steps shown in FIGS. 3A and 3B when annealed at different heat treatment temperatures.
It is a figure which shows the difference of distribution of density.

【図6】第3の実施形態の短周期超格子体を利用した半
導体装置であるヘテロ接合型電界効果トランジスタ(H
MOSFET)の構造を示す断面図である。
FIG. 6 is a heterojunction field effect transistor (H which is a semiconductor device using the short period superlattice body of the third embodiment.
It is a sectional view showing the structure of (MOSFET).

【図7】(a),(b)は、Ge基板上にGe0.98
0.02結晶層を、Si基板上にSi 0.980.02結晶層をそ
れぞれ成長させた試料に熱処理を加えたときのX線回折
スペクトルの変化を示す図である。
7 (a) and (b) show Ge on a Ge substrate.0.98C
0.02The crystal layer is formed on the Si substrate by Si 0.98C0.02Remove the crystal layer
X-ray diffraction when heat-treated each grown sample
It is a figure which shows the change of a spectrum.

【図8】SiGe0.310.0012結晶層を種々の温度で熱
処理(アニール)した試料のX線回折スペクトルの変化
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a change in X-ray diffraction spectrum of a sample in which a SiGe 0.31 C 0.0012 crystal layer is heat-treated (annealed) at various temperatures.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 Si基板 102 Si0.68Ge0.32層 103 Si0.960.04層 105 Si層 106 Si0.8 Ge0.2 層 111 Si基板 112 p型ウェル 113 i-Si層 114 δドープ層 115 nチャネル 116 SiGeC層 117 Siキャップ層 118 ゲート絶縁膜 119 ゲート電極 120 ソース領域 121 ドレイン領域101 Si substrate 102 Si 0.68 Ge 0.32 layer 103 Si 0.96 C 0.04 layer 105 Si layer 106 Si 0.8 Ge 0.2 layer 111 Si substrate 112 p-type well 113 i-Si layer 114 δ-doped layer 115 n-channel 116 SiGeC layer 117 Si cap layer 118 gate insulating film 119 gate electrode 120 source region 121 drain region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 能澤 克弥 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 菅原 岳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 久保 実 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−278597(JP,A) 特開 平5−102177(JP,A) 特開 昭61−230374(JP,A) Perez−Rodriguez,A et.al.,Ion beam s ynthesis and recry stallization of am orphous SiGe/SiC s tructures,Nuclear Instruments and Me thods in Physics R esearch B,Elsevier Science,1996年12月 2日, Vol.120,pp.151−155 P.Zaumseil et.a l.,Comparison of t he thermal stabili ty of Si0.603Ge0.397 /Si and Si0.597Ge0. 391C0.012/Si superlat tice,Journal of Ap plied Physics,1997年 5月 1日,vol.81 no.9,p p.6134−6140 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/06 601 H01L 21/205 H01L 21/363 H01L 21/265 602 H01L 29/78 C30B 29/68 Web of Science(IS I) Science Derect(Els evier)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Katsuya Nozawa 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Takeshi Sugawara 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Company (72) Inventor Minoru Kubo 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) Reference JP-A-9-278597 (JP, A) JP-A-5-102177 (JP, A ) JP-A-61-230374 (JP, A) Perez-Rodriguez, A et. al. , Ion beams synthesis and recovery stallization of am orthomorphic SiGe / SiC structures, Nuclear Instruments and verses December, 1996, 2nd year of Esb. 120, pp. 151-155 P. Zaumsel et. a. , Comparison of the thermal stability of Si0.603Ge0.397 / Si and Si0.597Ge0.391C0.012 / Si superlattice, Journal of April, 1997 April. 81 no. 9, pp. 6134-6140 (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/06 601 H01L 21/205 H01L 21/363 H01L 21/265 602 H01L 29/78 C30B 29/68 Web of Science (IS I) Science Direct (Els avier)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 SiとGeとを主成分とするSi1-x
x層(0<x<1)のエピタキシャル成長と、Siを
主成分とするSi層のエピタキシャル成長とを交互に2
回ずつ以上繰り返してSi1-xGex/Si超格子体を形
成する工程(a)と、 上記Si1-xGex/Si超格子体内にCのイオン注入を
行なう工程(b)と、 Cが導入された上記Si1-xGex/Si超格子体に熱処
理を施して、上記Si 1-x Ge x 層に含まれるC原子を上
記Si層に移動させてSi 1-x Ge x /Si 1-y y 超格子
体(0<y<1)を形成する工程(c)とを含む、上記 Si1-xGex/Si1-yy 超格子体からなり、単一
のSiGeC層として機能する半導体結晶の製造方法。
1. Si 1-x G containing Si and Ge as main components
2 and the epitaxial growth of e x layer (0 <x <1), the epitaxial growth of the Si layer containing Si as the main component alternately
(A) forming a one by more repeating Si 1-x Ge x / Si superlattice material times, the Si 1-x Ge x / Si step of performing C ion implantation in the superlattice body and (b) , C is to facilities heat treatment to the Si 1-x Ge x / Si superlattice material introduced, on the C atoms contained in the Si 1-x Ge x layer
It is moved to the serial Si layer Si 1-x Ge x / Si 1-y C y superlattice
Body and a step (c) to form a (0 <y <1), made from the Si 1-x Ge x / Si 1-y C y superlattice material, single
A method of manufacturing a semiconductor crystal that functions as a SiGeC layer .
【請求項2】 請求項1記載の半導体結晶の製造方法に
おいて、 上記工程(a)では、上記Si1-xGex/Si1-yy
格子体中のSi1-xGex層とSi1-yy層とが離散化さ
れた量子化準位が生じる厚みを有するようにSi1-x
x層とSi層とを形成する半導体結晶の製造方法。
2. The method for producing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein in the step (a), the content of Si 1-x Ge x / Si 1-y C y is larger than that.
Si 1-x G so as to have a thickness of Si 1-x Ge x layers and Si 1-y C y layer and has discrete quantization levels in the grid in the results
forming a e x layer and the Si layer, the manufacturing method of the semiconductor crystal.
【請求項3】 請求項1記載の半導体結晶の製造方法に
おいて、 上記工程(a)では、上記Si1-xGex/Si1-yy
格子体中のSi1-xGex層とSi1-yy層とが離散化さ
れた量子化準位が生じる厚みよりも薄い厚みを有するよ
うにSi1-xGex層とSi層とを形成する半導体結晶
の製造方法。
3. The method for producing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein in the step (a), the content of Si 1-x Ge x / Si 1-y C y is larger than that.
Si 1-x Ge x layer and the Si layer so as to have a thickness less than the thickness of the Si 1-x Ge x layer and the Si 1-y C y layer and has discrete quantization levels in the grid in the results And a method of manufacturing a semiconductor crystal, the method comprising:
【請求項4】 請求項1〜3に記載の半導体結晶の製造
方法において、 上記工程(c)における熱処理温度が700℃を越える
温度である半導体結晶の製造方法。
4. A method for producing a semiconductor crystal according to claims 1 to 3, the temperature at which the heat treatment temperature in the step (c) exceeds 700 ° C., the manufacturing method of the semiconductor crystal.
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