JP4282579B2 - Semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、高速、低消費電力の電界効果トランジスタ、特にひずみGeもしくはひずみ
SiGeをチャネル層として有する電界効果トランジスタを備える半導体装置を得るため
に必要な半導体基板の製造方法、及び半導体装置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 necessary for obtaining a semiconductor device including a field effect transistor having a high-speed and low power consumption, in particular, a field effect transistor having strained Ge or strained SiGe as a channel layer. About.

基板に平行な面内で圧縮ひずみを受けたGeの正孔および電子移動度は、適切な面方位
を選択することにより、p、n両チャネルにおいてSiの正孔および電子移動度を上回る
事が知られている。
Ge hole and electron mobility subjected to compressive strain in a plane parallel to the substrate may exceed Si hole and electron mobility in both p and n channels by selecting an appropriate plane orientation. Are known.

図13は、このひずみGeをチャネルとして用いた従来技術のトランジスタ構造の1つ
である(第1の従来例)(特許文献1参照)本構造は、n型Si基板61上にp−Si
0.5 Ge 0.5 バッファ層62、i−Si 0.5 Ge 0.5 Geスペーサ層63、i−
Geチャネル層64、i−Si 0.5 Ge 0.5 Geスペーサ層65、p−Si 0.5
0.5 層66、i−Si 1−x Ge 層(x=0.5→0)(SiGeキャップ層)6
7、Tiショットキーゲート電極68が積層されている。また、ソース・ドレイン領域6
9がゲート電極68直下の両端に形成されている。
FIG. 13 shows one of conventional transistor structures using this strained Ge as a channel (first conventional example) (see Patent Document 1) . In this structure, p-Si is formed on an n-type Si substrate 61.
0.5 Ge 0.5 buffer layer 62, i-Si 0.5 Ge 0.5 Ge spacer layer 63, i-
Ge channel layer 64, i-Si 0.5 Ge 0.5 Ge spacer layer 65, p-Si 0.5 G
e 0.5 layer 66, i-Si 1-x Ge x layer (x = 0.5 → 0) (SiGe cap layer) 6
7. A Ti Schottky gate electrode 68 is stacked. The source / drain region 6
9 is formed at both ends immediately below the gate electrode 68.

本構造は、いわゆる変調ドープFET(MODFET)であり、i−Geチャネル層6
4から離れたドーピング層であるp−Si 0.5 Ge 0.5 バッファ層62、i−Si
.5 Ge 0.5 Geスペーサ層65からチャネル層64にキャリアが供給されるため、
ーピングされた不純物による散乱で正孔移動度が低下する事はない。したがって、ひずみ
Geの正孔の高移動度を生かした高速動作が可能であるとされている。この構造と類似の
構造は非特許文献1においても開示されている。
This structure is a so-called modulation doped FET (MODFET), i-Ge channel layer 6
P-Si 0.5 Ge 0.5 buffer layer 62, i-Si 0 , which is a doping layer away from 4
. Since carriers are supplied from the 5 Ge 0.5 Ge spacer layer 65 to the channel layer 64 , the hole mobility does not decrease due to scattering by the doped impurities. Therefore, it is said that high speed operation utilizing the high mobility of positive holes of strained Ge is possible. Non-patent document 1 discloses a structure similar to this structure.

また、別の従来技術として、面内に引張りひずみをうけたひずみSiをチャネルとして
用いたトランジスタも公知となっている。ひずみSiのキャリア移動度も、上記のひずみ
Geと同様に、p、n両チャネルにおいてSiを上回る事が知られているので、これらの
トランジスタにおいてはSiチャネルのトランジスタに比べ同じゲートサイズにおいてよ
り大きな駆動力が得られる。その中で、もっとも実用性が高いと考えられるトランジスタ
構造を図14に示す(第2の従来例)。本構造は、本発明者を含む研究グループによって
提案および動作実証された構造である(非特許文献2参照)。
As another conventional technique, a transistor using strained Si subjected to in-plane tensile strain as a channel is also known. The carrier mobility of strained Si is also known to exceed that of Si in both p and n channels, as in the case of strained Ge. Therefore, these transistors are larger at the same gate size than Si channel transistors. Driving force can be obtained. Among them, a transistor structure considered to be most practical is shown in FIG. 14 (second conventional example). This structure is a structure proposed and verified by a research group including the present inventors (see Non-Patent Document 2).

本構造ではSiまたはSiGe層71上に埋め込み酸化膜72、SiGeバッファ層7
3、ひずみSiチャネル層74、ゲート酸化膜75、ゲート電極76が順次積層されてS
iGeバッファ層73、ひずみSiチャネル層74にソース・ドレイン領域77が形成さ
れている。
In this structure, the buried oxide film 72 and the SiGe buffer layer 7 are formed on the Si or SiGe layer 71.
3, a strained Si channel layer 74, a gate oxide film 75, and a gate electrode 76 are sequentially stacked to form S
Source / drain regions 77 are formed in the iGe buffer layer 73 and the strained Si channel layer 74.

本構造では、ひずみSiチャネル74による高キャリア移動度のほか、埋め込み酸化膜
72の存在により、寄生容量の低下や、不純物濃度を低く抑えたまま微細化が出来るので
駆動力が上げられる、等のメリットを併せ持つ。したがって、本構造でCMOS論理回路
を構成すれば、より高速かつ低消費電力の動作が可能となる。
In this structure, in addition to the high carrier mobility due to the strained Si channel 74, the existence of the buried oxide film 72 reduces the parasitic capacitance, and the miniaturization can be performed while keeping the impurity concentration low, so that the driving force can be increased. It has both advantages. Therefore, if a CMOS logic circuit is configured with this structure, it is possible to operate at higher speed and with lower power consumption.

また、図14に示したような酸化膜上のSiGeバッファ層73のごとく酸化膜上に高
Ge組成のSiGe層を有する半導体基板の製造方法として、(1)薄膜SOI(Silicon
on Insulator )上にSiGeをエピタキシャル成長する方法(非特許文献3参照)、(
2)Si基板上に形成した酸化膜と、Si基板上にエピタキシャル成長したSiGeの積
層構造を対向してはりあわせ、後にSiGe積層構造の一部を除去する方法(特許文献2
,3参照)、(3)前記第2の従来例を作成する過程で用いられた酸素イオン打ち込みと
アニールによる(SIMOX法)酸化膜上のSiGe結晶の製造方法などが提案されてい
る。
特開平2−196436号 E. Murakami et al., IEEETransaction on Electron Devices, Vol.41, p.857 (1994)、およびY. H. Xie et al., Applied Physics Letters Vol.63,p.2263 (1994) T. Mizuno, S. Takagi, N. Sugiyama, J. Koga, T. Tezuka, K. Usuda, T.Hatakeyama, A. Kurobe, and A. Toriumi, IEDM Technical Digests p.934 (1999) A. R. Powell et al., Appl. Phys. Lett. 64, 1856 (1994) 特許第3037934号 特許第2908787号
Further, as a method of manufacturing a semiconductor substrate having a SiGe layer having a high Ge composition on an oxide film like the SiGe buffer layer 73 on the oxide film as shown in FIG. 14, (1) a thin film SOI (Silicon
on Insulator) (see Non-Patent Document 3),
2) A method in which an oxide film formed on a Si substrate and a laminated structure of SiGe epitaxially grown on the Si substrate face each other and a part of the SiGe laminated structure is removed later (Patent Document 2)
3), and (3) a method of manufacturing a SiGe crystal on an oxide film by oxygen ion implantation and annealing (SIMOX method) used in the process of creating the second conventional example has been proposed.
Japanese Patent Laid-Open No. 2-196436 E. Murakami et al., IEEE Transaction on Electron Devices, Vol. 41, p.857 (1994), and YH Xie et al., Applied Physics Letters Vol. 63, p. 2263 (1994) T. Mizuno, S. Takagi, N. Sugiyama, J. Koga, T. Tezuka, K. Usuda, T. Hatakeyama, A. Kurobe, and A. Toriumi, IEDM Technical Digests p.934 (1999) AR Powell et al., Appl. Phys. Lett. 64, 1856 (1994) Japanese Patent No. 3037934 Japanese Patent No. 2908787

まず、第1の従来例を実用に供する際に生じる問題点は、ソース・ドレインの接合リー
クが大きいという問題である。この第1の従来例の構造においては、SiGeバッファ層
62の厚さは500nmというかなり大きい値になっているが、他の類似の従来例におい
ても数100nmから1μm程度以上の厚さとなっている。これはSiGeバッファ層6
2の転位密度を充分低減し、もってチャネル層64に及ぶ転位密度を低減させるために必
要な厚さである。このとき、ソース・ドレイン拡散領69域下部とSiGeバッファ層6
2との界面には、 −n接合面(pチャネルの場合)またはn −p接合面(nチャネ
ルの場合)が形成される。
First, the problem that arises when the first conventional example is put to practical use is that the source / drain junction leakage is large. In the structure of the first conventional example, the thickness of the SiGe buffer layer 62 is a considerably large value of 500 nm, but in other similar conventional examples, the thickness is several hundred nm to about 1 μm or more. . This is the SiGe buffer layer 6
2 is a thickness necessary for sufficiently reducing the dislocation density of 2 and thus reducing the dislocation density reaching the channel layer 64. At this time, the lower portion of the source / drain diffusion region 69 and the SiGe buffer layer 6
2 is connected to the p + -n junction surface (in the case of p channel) or the n + -p junction surface (n channel).
In the case of a le) .

ここで、SiGeバッファ層62のGe組成は50atm%程度以上と高いため、バン
ドギャップの値がSiのバンドギャップの値の75−60%程度になる。pn接合の逆バ
イアス飽和電流は、拡散電流と再結合電流の和で表される。それぞれの成分は真性キャリ
ア密度の2乗、1乗にそれぞれ比例する。真性キャリア密度は、バンドギャップエネルギ
ーが小さいほど大きくなり、例えばGeの真性キャリア密度はSiの千倍以上大きな値で
ある。したがって、第1の従来例におけるソース・ドレイン領域69とSiGeバッファ
層62の間の接合リークあるいはオフ電流はSiに比べ2桁から4桁も大きくなるという
問題が生じる。SiGeバッファ層62中の転位を介したリーク電流も考えると、さらに
オフ電流は大きくなる。これは、大規模な回路を形成したときの消費電力の大幅な増大と
いう問題を引き起こす。もし仮に、このリークを低減するため、Ge組成の低いSiGe
バッファ層62を使うと、今度はGeチャネル層64との間の格子定数差が大きくなり、
チャネルに転位が生じるか、あるいはひずみを解放するために表面に凹凸が出来てしまう
。したがって、第1の従来例においては、Ge組成が50atm%以上の厚いSiGeバ
ッファ層62を使用せざるを得ないため、ソース−ドレイン間、あるいはドレイン−基板
間のリークはSiベースのトランジスタに比べて数桁大きくなる事は避けられない。
Here, since the Ge composition of the SiGe buffer layer 62 is as high as about 50 atm% or more, the band gap value is about 75-60% of the Si band gap value. The reverse bias saturation current of the pn junction is expressed as the sum of the diffusion current and the recombination current. Each component is proportional to the square of the intrinsic carrier density. The intrinsic carrier density increases as the band gap energy decreases. For example, the intrinsic carrier density of Ge is a value that is 1000 times or more that of Si. Therefore, there arises a problem that the junction leakage or off-current between the source / drain region 69 and the SiGe buffer layer 62 in the first conventional example is 2 to 4 digits larger than Si. Considering the leakage current through dislocations in the SiGe buffer layer 62, the off current is further increased. This causes a problem of a significant increase in power consumption when a large-scale circuit is formed. In order to reduce this leakage, SiGe with a low Ge composition
When the buffer layer 62 is used, the lattice constant difference from the Ge channel layer 64 is increased.
Dislocation occurs in the channel, or the surface becomes uneven to release the strain. Therefore, in the first conventional example, a thick SiGe buffer layer 62 having a Ge composition of 50 atm% or more must be used. Therefore, leakage between the source and drain or between the drain and substrate is smaller than that of a Si-based transistor. It is unavoidable that it becomes several orders of magnitude larger.

次に、第2の従来例の問題点について述べる。図3(b)に、第2の従来例のチャネル
近傍におけるバンド構造を示す。図3(b)から分かるように、ひずみSiチャネル層7
4の価電子帯のエネルギーはSiGeバッファ層73の価電子帯端のエネルギーよりも低
いため、正孔チャネルを形成するためにゲートに負のバイアスをかけると、表面チャネル
が形成するより先にひずみSiチャネル層74とSiGeバッファ層73界面に埋め込み
チャネルが形成されてしまう。
Next, problems of the second conventional example will be described. FIG. 3B shows a band structure in the vicinity of the channel of the second conventional example. As can be seen from FIG. 3B, the strained Si channel layer 7
Since the energy of the valence band of 4 is lower than the energy of the valence band edge of the SiGe buffer layer 73, if a negative bias is applied to the gate to form the hole channel, the strain is strained before the surface channel is formed. A buried channel is formed at the interface between the Si channel layer 74 and the SiGe buffer layer 73.

図15に第2の従来例のトランジスタとSi−MOSFETの電流(log(Id)−
電圧(Vg)曲線を示す。前述の埋め込みチャネルの存在により、図15に示すように、
閾値電圧付近の特性が悪化する(Sファクターが増加する)。この埋め込みチャネルの影
響はひずみSiチャネル層74の膜厚が薄くなるほど顕著になる。即ち、微細化するほど
影響が大きくなる。したがって、微細MOSFETを作製した際に、閾値電圧を低く設定
する事は難しい。
FIG. 15 shows the current (log (Id) − of the second conventional transistor and the Si-MOSFET.
A voltage (Vg) curve is shown. Due to the presence of the aforementioned buried channel, as shown in FIG.
The characteristic near the threshold voltage is deteriorated (S factor is increased). The influence of the buried channel becomes more prominent as the strained Si channel layer 74 becomes thinner. In other words, the effect increases as the size is reduced. Therefore, it is difficult to set the threshold voltage low when a fine MOSFET is manufactured.

また、図16に第2の従来例のトランジスタとSi−MOSFETの(Vg(ゲート電
圧)−Vth(閾値電圧))−電流特性を示す。この埋め込みチャネルの移動度はSiG
eバッファ層における合金散乱の影響で移動度が低い。従って、図16に示すように、通
常の表面チャネルSi−MOSFETの駆動力に比べ、第2の従来例においては、低ゲー
ト電圧においては駆動力が低くなってしまう。以上の理由により、第2の従来例において
は低消費電力化が困難である。
FIG. 16 shows (Vg (gate voltage) -Vth (threshold voltage))-current characteristics of the transistor of the second conventional example and the Si-MOSFET. The mobility of this buried channel is SiG
The mobility is low due to the influence of alloy scattering in the e-buffer layer. Therefore, as shown in FIG. 16, in the second conventional example, the driving power is low at a low gate voltage as compared with the driving power of a normal surface channel Si-MOSFET. For the above reasons, it is difficult to reduce power consumption in the second conventional example.

本発明は、ソース−ドレイン間、あるいはドレイン、基板間のリーク電流が小さく、ま
た、低消費電力化が可能な電界効果トランジスタを提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a field effect transistor which has a small leakage current between a source and a drain or between a drain and a substrate and can reduce power consumption.

また、本発明は上記電界効果トランジスタが容易に得られる半導体基板を提供すること
を目的とする。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor substrate from which the field effect transistor can be easily obtained.

また、酸化膜上のSiGe層の製造方法についてみると、まず(1)の方法においては
、下地のSOIが必要なので、その分酸化膜上の半導体層の厚さが増加し、FETを作製
する際の短チャネル化の妨げとなる。また、SOI上にSiGeをエピタキシャル成長し
、緩和させるためにアニール処理すると、SOI層中に転位が生じる。
As for the method of manufacturing the SiGe layer on the oxide film, first, the method (1) requires a base SOI, so that the thickness of the semiconductor layer on the oxide film increases accordingly, and an FET is manufactured. This hinders the shortening of the channel. Further, when SiGe is epitaxially grown on the SOI and annealed for relaxation, dislocation occurs in the SOI layer.

また、(2)の方法においては、Si基板上に数μmの厚さのSiGeバッファ層を成
長し、その上に所望の組成のSiGe薄膜を形成している。この場合、必然的にクロスハ
ッチと呼ばれる1μm程度の周期の表面のうねりが生じる。更に、バッファ層中に残留し
ている転位を完全に取り除く事は難しく、表面付近で10 cm −2 程度の密度で転位が
生じてしまうという問題がある。Ge組成が高くなるほど、転位密度は増加する傾向があ
る。
In the method (2), a SiGe buffer layer having a thickness of several μm is grown on a Si substrate, and a SiGe thin film having a desired composition is formed thereon. In this case, undulation of the surface having a period of about 1 μm, which is inevitably called a cross hatch, occurs. Furthermore, it is difficult to completely remove the dislocations remaining in the buffer layer, and there is a problem that dislocations occur at a density of about 10 6 cm −2 near the surface. As the Ge composition increases, the dislocation density tends to increase.

(3)においてはGe組成を高くするとアニール時にGeが酸素と結合して蒸発し連続
的な埋め込み酸化膜が形成されなかったり表面が荒れてしまったりする。
In (3), when the Ge composition is increased, Ge is combined with oxygen during evaporation to evaporate, and a continuous buried oxide film is not formed or the surface becomes rough.

本発明は、酸化膜上にSiGe層を製造するにあたりGe組成を高く(30atm%以
上)しても、酸化膜上の積層構造膜厚の増加、転位の発生、あるいは表面の荒れを抑制す
ることができる半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention suppresses the increase in the thickness of the laminated structure on the oxide film, the occurrence of dislocations, or the surface roughness even when the Ge composition is increased (30 atm% or more) in manufacturing the SiGe layer on the oxide film. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate that can be manufactured.

本発明の第1の半導体基板の製造方法は、SOI基板上に、第1SiGe層をエピタキシャル成長させる工程と、酸化処理を施すことにより、第1SiGe層の表面にSi酸化膜を生成するとともにSi酸化膜から第1SiGe層にGeを拡散させ、よりGe組成の高い第2SiGe層を生成せしめる工程と、Si酸化膜を剥離する工程と、CVD法またはMBE法を用いて、第2SiGe層上に、この第2SiGe層よりGe組成の高い第3SiGe層積層する工程を行うことを特徴とする。 The first method of a semiconductor substrate of manufacture of the present invention, on the SOI substrate, and epitaxially growing a first 1SiGe layer, by performing an oxidation treatment, so as to generate an Si oxide film on the surface of the 1SiGe layer, Si oxide A step of diffusing Ge from the film to the first SiGe layer to form a second SiGe layer having a higher Ge composition, a step of peeling the Si oxide film, and a CVD method or an MBE method on the second SiGe layer, and performing the step of laminating the first 3 SiGe layer higher Ge composition than the first 2SiGe layer.

本発明の第2の半導体基板の製造方法は、SOI基板上に、第1SiGe層をエピタキシャル成長させる工程と、第1SiGe層上に、Si層をエピタキシャル成長させる工程と、酸化処理を施すことにより、Si層および第1SiGe層の積層の表面にSi酸化膜を生成するとともに、Si酸化膜から第1SiGe層にGeを拡散させ、よりGe組成の高い第2SiGe層を生成せしめる工程と、Si酸化膜を剥離する工程と、CVD法またはMBE法を用いて、第2SiGe層上に、この第2SiGe層よりGe組成の高い第3SiGe層とGe層とを順次積層する工程を行うことを特徴とする。 The second method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention includes a step of epitaxially growing a first SiGe layer on an SOI substrate, a step of epitaxially growing a Si layer on the first SiGe layer, and an oxidation treatment to thereby form an Si layer. And forming a Si oxide film on the surface of the first SiGe layer stack, diffusing Ge from the Si oxide film to the first SiGe layer to form a second SiGe layer having a higher Ge composition, and peeling the Si oxide film using the method, a CVD method or a MBE method, on the 2SiGe layer, and performing the step of laminating the the higher Ge composition than the 2SiGe layer first 3SiGe layer and the Ge layer sequentially.

また、本発明は、第1の半導体基板の製造方法にて得られた半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極膜を順次積層する工程と、ゲート絶縁膜及びゲート電極膜に、ゲート絶縁膜及びゲート電極加工及びソース・ドレイン領域の形成を行う工程とを行い、半導体基板の第3SiGe層にチャネルが形成される電界効果トランジスタを形成することを特徴とする。 The present invention also includes a step of sequentially stacking a gate insulating film and a gate electrode film on a semiconductor substrate obtained by the first method for manufacturing a semiconductor substrate, and a gate insulating film and a gate electrode film on the gate insulating film and the gate electrode film. A step of performing gate electrode processing and forming source / drain regions is performed to form a field effect transistor in which a channel is formed in a third SiGe layer of a semiconductor substrate .

また、本発明は、第2の半導体基板の製造方法にて得られた半導体基板の製造方法にて得られた半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極膜を順次積層する工程と、ゲート絶縁膜及びゲート電極膜に、ゲート絶縁膜及びゲート電極加工及びソース・ドレイン領域の形成を行う工程とを行い、半導体基板のGe層にチャネルが形成される電界効果トランジスタを形成することを特徴とする。 The present invention also includes a step of sequentially laminating a gate insulating film and a gate electrode film on a semiconductor substrate obtained by the semiconductor substrate manufacturing method obtained by the second semiconductor substrate manufacturing method, And a step of forming a gate insulating film and a gate electrode and forming a source / drain region on the gate electrode film to form a field effect transistor having a channel formed in a Ge layer of a semiconductor substrate .

本発明にて得られる半導体装置及び半導体基板によればSi−MOSFETよりも低消
費電力で高速動作が可能なMISFETを得ることが出来る。また、これらのMISFE
Tを用いて、従来よりも低消費電力で高速動作が可能な集積回路が得られる。
According to the semiconductor device and the semiconductor substrate obtained by the present invention, it is possible to obtain a MISFET capable of operating at high speed with lower power consumption than Si-MOSFET. Also, these MISFE
Using T, an integrated circuit capable of high-speed operation with lower power consumption than in the past can be obtained.

本発明の半導体基板の製造方法によれば、転位密度の低い、かつ格子緩和した高Ge組
成のSiGe層が形成される。
According to the semiconductor substrate manufacturing method of the present invention, a SiGe layer having a low dislocation density and a lattice relaxation is formed.

本発明の半導体装置の製造方法を適用して得られる電界効果トランジスタの実施形態は
、支持基体と、前記支持基体上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、かつソ
ース領域及びドレイン領域が形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されたゲート
絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備えた電界効果トランジスタ
であって、前記半導体層は、前記絶縁膜と接する側に設けられたGe組成が30atm%
以上のSiGe領域と、前記絶縁膜と反対側の表面に設けられた、前記SiGe領域より
高Ge組成のSiGeもしくはGeのチャネル領域を備えている。
An embodiment of a field effect transistor obtained by applying the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a supporting base, an insulating film formed on the supporting base, a source region formed on the insulating film, and A field effect transistor comprising a semiconductor layer in which a drain region is formed, a gate insulating film formed on the semiconductor layer, and a gate electrode formed on the gate insulating film, wherein the semiconductor layer includes: The Ge composition provided on the side in contact with the insulating film is 30 atm%
The SiGe region described above and a SiGe or Ge channel region having a higher Ge composition than the SiGe region provided on the surface opposite to the insulating film are provided.

Ge組成が30atm%以上のSiGeとはSi 1−x Ge (1>x≧0.3)で表
される化合物である。
SiGe having a Ge composition of 30 atm% or more is a compound represented by Si 1-x Ge x (1> x ≧ 0.3) .

電界効果トランジスタの一例を示す概略図を図1に示す。支持基体1上に絶縁膜2が形
成され、その絶縁膜2上に半導体層が形成されている。絶縁膜2は支持基体1と前記半導
体層とを電気的に絶縁するものであり、例えばSi酸化膜などが挙げられる。前記半導体
層は、Ge組成が30atm%以上の高Ge組成のSiGeバッファ層3(第1の半導体
層)と、第1の半導体層より高いGe組成のSiGe層もしくはGe層からなるチャネル
層4(第2の半導体層)が積層されてなるものが挙げられる。基板5は、前記支持基体1
、絶縁膜2、第1の半導体層、及び第2の半導体層が積層してなるものである。前記基板
5にはソース・ドレイン領域6が形成され、それぞれソース電極(図示せず)、ドレイン
電極(図示せず)に接続されている。さらにゲート絶縁膜7およびゲート電極8が積層さ
れて電界効果トランジスタを構成している。
A schematic diagram showing an example of a field effect transistor is shown in FIG. An insulating film 2 is formed on the support base 1, and a semiconductor layer is formed on the insulating film 2. The insulating film 2 electrically insulates the support base 1 and the semiconductor layer, and examples thereof include a Si oxide film. The semiconductor layer includes a SiGe buffer layer 3 (first semiconductor layer) having a high Ge composition with a Ge composition of 30 atm% or more, and a channel layer 4 (SiGe layer or Ge layer having a Ge composition higher than that of the first semiconductor layer). A layer formed by laminating a second semiconductor layer) can be given. The substrate 5 is the support base 1
The insulating film 2, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer are stacked. Source / drain regions 6 are formed on the substrate 5 and connected to a source electrode (not shown) and a drain electrode (not shown), respectively. Further, the gate insulating film 7 and the gate electrode 8 are laminated to constitute a field effect transistor.

すなわち上記電界効果トランジスタは、絶縁膜2上に高Ge組成のSiGeバッファ層
3とGe層もしくはSiGe層からなるチャネル層4が積層されている。それにより、従
来問題であったソース、ドレイン間のリーク電流を実用可能なレベルまで抑制する事が出
来る。また、GeもしくはSiGeチャネルの高移動度を生かした低消費電力・高速動作
が可能な集積回路を得ることができる。
That is, in the field effect transistor, a SiGe buffer layer 3 having a high Ge composition and a channel layer 4 made of a Ge layer or a SiGe layer are stacked on an insulating film 2. As a result, the leakage current between the source and drain, which has been a problem in the past, can be suppressed to a practical level. Further, an integrated circuit capable of low power consumption and high speed operation utilizing the high mobility of the Ge or SiGe channel can be obtained.

以下さらに詳細に説明する。   This will be described in more detail below.

SiGeバッファ層3上に形成されるチャネル層4にはSiGeバッファ層3とチャネ
ル層4との格子定数の差に起因し結晶構造にひずみが導入される。それによりチャネル層
4における正孔および電子の移動度がSiの正孔および電子移動度を大幅に上回り、素子
を高速化できる。チャネル層4においてはひずみが導入されない場合であっても良く、そ
の場合でも電子、正孔の移動度はSiに比べ十分大きくなる。しかしながらひずみが導入
されていた方が電子、正孔の移動度がより高くなる。
In the channel layer 4 formed on the SiGe buffer layer 3, strain is introduced into the crystal structure due to the difference in lattice constant between the SiGe buffer layer 3 and the channel layer 4. Thereby, the hole and electron mobility in the channel layer 4 greatly exceeds the hole and electron mobility of Si, and the device speed can be increased. In the channel layer 4, no strain may be introduced, and even in that case, the mobility of electrons and holes is sufficiently higher than that of Si. However, the mobility of electrons and holes is higher when strain is introduced.

また、図2に、第1の従来技術と本実施形態に係る電界効果トランジスタにおけるソー
ス領域またはドレイン領域部分のpn接合部分の拡大図を示す。図2(a)は、図13に
示す第1の従来例に係る電界効果トランジスタのソース領域又はドレイン領域のpn接合
部分の拡大図である。図2(b)は図1に示す本実施形態に係る電界効果トランジスタの
基板におけるソース領域又はドレイン領域のpn接合部分の拡大図である。図2(b)に
示す本発明の電界効果トランジスタにおいては、絶縁膜2上に形成されたSiGeバッフ
ァ層3とチャネル層4とにソース・ドレイン領域6が形成されている。絶縁膜2の存在に
より、支持基体へのリーク電流は完全に抑制される。また、pn接合面の面積が大幅に減
少すること、およびゲート電圧をかけることによりチャネル層4、SiGeバッファ層3
がいずれも空乏化されることにより、ソース−ドレイン間のリーク電流は第1の従来例に
比べ著しく減少する。
FIG. 2 shows an enlarged view of the pn junction portion of the source region or the drain region in the field effect transistor according to the first prior art and this embodiment. FIG. 2A is an enlarged view of the pn junction portion of the source region or drain region of the field effect transistor according to the first conventional example shown in FIG. FIG. 2B is an enlarged view of the pn junction portion of the source region or drain region in the substrate of the field effect transistor according to the present embodiment shown in FIG. In the field effect transistor of the present invention shown in FIG. 2B, source / drain regions 6 are formed in the SiGe buffer layer 3 and the channel layer 4 formed on the insulating film 2. Due to the presence of the insulating film 2, the leakage current to the support substrate is completely suppressed. Further, the area of the pn junction surface is greatly reduced, and a gate voltage is applied, whereby the channel layer 4 and the SiGe buffer layer 3
Since both are depleted, the leakage current between the source and the drain is significantly reduced as compared with the first conventional example.

これに対し、図2(a)に示す第1の従来例の電界効果トランジスタの基板においては
、厚い(>500nm)バッファ層62上にi−Geチャンネル層64及びSiGeキャ
ップ層67が積層されている。また、ソースあるいはドレイン領域69が形成されている
。図2(a)では図2(b)の如くの絶縁膜2が存在しないため、支持基体へのリークが
生じる。また、pn接合の面積が大きいこと、バッファ層62中に残存する転移のためソ
ース、ドレイン間のリーク電流は本実施形態に比べ著しく大きくなる。
In contrast, in the first conventional field effect transistor substrate shown in FIG. 2A, an i-Ge channel layer 64 and a SiGe cap layer 67 are stacked on a thick (> 500 nm) buffer layer 62. Yes. A source or drain region 69 is also formed. In FIG. 2A, since the insulating film 2 as shown in FIG. 2B does not exist, leakage to the support base occurs. Further, since the area of the pn junction is large and the transition remaining in the buffer layer 62, the leakage current between the source and the drain is remarkably larger than that in the present embodiment.

また、図3(a)に、本実施形態に係る電界効果トランジスタのチャネル層近傍におけ
るバンド構造を示す。本発明の如くの構成にすると図3(a)から分かるように、チャネ
ル層4の価電子帯のエネルギーはSiGeバッファ層(Si 0.3 Ge 0.7 3の価電
子帯端のエネルギーよりも高くなるため、正孔チャネルを形成するためにゲート電極に負
のバイアスをかけると、表面チャネルのみが形成される。したがって第2の従来例の如く
埋め込みチャネルが存在しないことにより、閾値電圧付近の特性が悪化せず、閾値電圧を
低く設定する事ができる。また、低ゲート電圧においての駆動力を高くすることができる
。以上の理由により、本発明において低消費電力化が実現できる。
FIG. 3A shows a band structure in the vicinity of the channel layer of the field effect transistor according to the present embodiment. 3A, the energy of the valence band of the channel layer 4 is higher than the energy of the valence band edge of the SiGe buffer layer (Si 0.3 Ge 0.7 ) 3. Therefore, when a negative bias is applied to the gate electrode to form a hole channel, only the surface channel is formed. Accordingly, since there is no buried channel as in the second conventional example, the characteristics near the threshold voltage are not deteriorated, and the threshold voltage can be set low. Further, the driving force at a low gate voltage can be increased. For the above reasons, low power consumption can be realized in the present invention.

なお、従来のSi−MOSFETにおいても、同様な構造のSOI基板が使用されてい
るが、これは主に基板−配線間の寄生容量や領域の接合容量を小さくする事による高速化
を目的としている。本実施形態における絶縁膜2の役割は、SiGeもしくはGeチャネ
ル層に対してはオフ電流の抑制であり、実用上本質的であるのに対し、従来のSi−MO
SFETに対しては、付加的な機能を与えるに過ぎない。
In the conventional Si-MOSFET, an SOI substrate having a similar structure is used, but this is mainly aimed at speeding up by reducing the parasitic capacitance between the substrate and the wiring and the junction capacitance of the region. . The role of the insulating film 2 in this embodiment is to suppress the off-current for the SiGe or Ge channel layer, which is practically essential, whereas the conventional Si-MO
For the SFET only an additional function is provided.

本実施形態の電界効果トランジスタにおいては、SiGeバッファ層3(第1の半導体
層)の転位密度が10 cm −2 以下であることが望ましい。それにより素子あるいはL
SIの歩留まりを実用的なレベルにすることが出来る。転位密度はより好ましくは10
cm −2 以下である。
In the field effect transistor of the present embodiment, it is desirable that the dislocation density of the SiGe buffer layer 3 (first semiconductor layer) is 10 6 cm −2 or less. Element or L
The yield of SI can be made a practical level. The dislocation density is more preferably 10 4.
cm −2 or less.

また、SiGeバッファ層3(第1の半導体層)のGe組成の深さ方向分布が実質的に
均一であるとSiGeバッファ層3中にひずみが蓄積しないので転移が発生しにくい。よ
って転位密度を低減するためにはSiGeバッファ層3(第1の半導体層)のGe組成の
深さ方向分布が実質的に均一であることが望ましい。
In addition, if the Ge composition depth direction distribution of the SiGe buffer layer 3 (first semiconductor layer) is substantially uniform, no distortion is accumulated in the SiGe buffer layer 3, and therefore, a transition is unlikely to occur. Therefore, in order to reduce the dislocation density, it is desirable that the Ge composition depth direction distribution of the SiGe buffer layer 3 (first semiconductor layer) is substantially uniform.

本実施形態の電界効果トランジスタにおいて、チャネル層4(第2の半導体層)とゲー
ト絶縁膜7間にはSiキャップ層が設けられていることが望ましい。これにより電界効果
トランジスタの製造工程におけるSiGeもしくはGe表面の酸化を防ぐ。さらに、ゲー
ト絶縁膜7との界面がSiGeもしくはGe中に形成される事を防ぎ、もって界面準位の
増大を防ぐことができる。さらに、Siキャップ層の膜厚がSiGeバッファ層3に対す
る臨界膜厚(格子定数の不整合により転位の発生する最小の厚さ)以下であると、転位が
発生しない。これらの効果により、キャリアの移動度を高く保つ事ができる。
In the field effect transistor of this embodiment, it is desirable that a Si cap layer is provided between the channel layer 4 (second semiconductor layer) and the gate insulating film 7. This prevents oxidation of the SiGe or Ge surface in the field effect transistor manufacturing process. Furthermore, it is possible to prevent the interface with the gate insulating film 7 from being formed in SiGe or Ge, thereby preventing an increase in interface state. Furthermore, when the film thickness of the Si cap layer is not more than the critical film thickness with respect to the SiGe buffer layer 3 (the minimum thickness at which dislocation occurs due to mismatch of lattice constant), dislocation does not occur. Due to these effects, the carrier mobility can be kept high.

また、本実施形態の半導体基板は、上記本実施形態に係る電界効果トランジスタを製造
するために用いられ、SiGeバッファ層3及びチャネル層4に相当する高Ge組成の層
を2層有する半導体基板であり、本実施形態の半導体基板を用いて電界効果トランジスタ
を製造すれば、ソース−ドレイン間、あるいはドレイン−基板間のリーク電流が小さく、
また、高速動作、低消費電力化が可能な電界効果トランジスタを提供することができる。
The semiconductor substrate of the present embodiment is a semiconductor substrate that is used for manufacturing the field effect transistor according to the present embodiment and has two layers having a high Ge composition corresponding to the SiGe buffer layer 3 and the channel layer 4. Yes, if a field effect transistor is manufactured using the semiconductor substrate of this embodiment, the leakage current between the source and drain or between the drain and substrate is small.
In addition, a field effect transistor capable of high-speed operation and low power consumption can be provided.

本実施形態の半導体基板においては、SiGeバッファ層3(第1の半導体層)の転位
密度が10 cm −2 以下であることが望ましい。それにより半導体装置あるいはLSI
の歩留まりを実用的なレベルにすることが出来る。転位密度はより好ましくは10 cm
−2 以下である。
In the semiconductor substrate of this embodiment, the dislocation density of the SiGe buffer layer 3 (first semiconductor layer) is desirably 10 6 cm −2 or less. Semiconductor device or LSI
Yield can be brought to a practical level. The dislocation density is more preferably 10 4 cm.
-2 or less.

本実施形態の半導体基板においては、SiGeバッファ層3(第1の半導体層)のGe
組成の深さ方向分布が実質的に均一であることがのぞましい。
In the semiconductor substrate of the present embodiment, the Ge of the SiGe buffer layer 3 (first semiconductor layer).
It is desirable that the depth distribution of the composition is substantially uniform.

また、例えば本実施形態に係る電界効果トランジスタ用にはSiGeバッファ層として
高Ge組成(30atm%以上)のSiGe層が形成された半導体基板が必要である。そ
の高Ge組成のSiGe層を有する半導体基板を製造するために用いられる第1及び第2
の半導体基板の製造方法においては、支持基体上に形成された絶縁膜上に直接、もしくは
前記絶縁膜に上形成されたSi層またはSiGe層上に、低Ge組成のSiとGe層を含
む半導体層を作成し酸化処理、具体的には酸化性雰囲気で加熱処理することによりSi酸
化膜の生成と同時にGeが濃縮された高Ge組成のSiGe層の生成を行うものである。
For example, for the field effect transistor according to the present embodiment, a semiconductor substrate on which a SiGe layer having a high Ge composition (30 atm% or more) is formed as a SiGe buffer layer is required. First and second used for manufacturing a semiconductor substrate having the SiGe layer of the high Ge composition
In this semiconductor substrate manufacturing method, a semiconductor including a Si and Ge layer having a low Ge composition directly on an insulating film formed on a support base or on a Si layer or SiGe layer formed on the insulating film. A layer is formed and subjected to an oxidation treatment, specifically, a heat treatment in an oxidizing atmosphere to produce a SiGe layer having a high Ge composition in which Ge is concentrated simultaneously with the formation of a Si oxide film.

すなわち低Ge組成のSiとGe層を含む半導体層に酸化処理を施すことにより、低G
e組成のSiとGe層を含む半導体層の表面からSi原子が選択的に酸化されてSi酸化
膜を形成し、さらに形成されたSi酸化膜からGe原子が吐き出され、前記半導体層の内
部のSiとGeを含む半導体層中に蓄積される。これは、SiO Si−O間の結合が
GeO またはGeOのGe−O結合に比べて化学的に安定であるため、酸素原子が優先
的にSi原子と結合するためである。したがってGeが濃縮されて高Ge組成のSiGe
層とSi酸化膜が生成する。
That is, by applying an oxidation treatment to a semiconductor layer including a Si and Ge layer having a low Ge composition, a low G
Si atoms are selectively oxidized from the surface of the semiconductor layer including the Si and Ge layers of e composition to form a Si oxide film, and Ge atoms are discharged from the formed Si oxide film. Accumulated in a semiconductor layer containing Si and Ge. This is because the bond between the SiO 2 SiO
This is because oxygen atoms are preferentially bonded to Si atoms because they are chemically stable as compared with Ge—O bonds of GeO 2 or GeO. Therefore, Ge is concentrated to have a high Ge composition SiGe
A layer and a Si oxide film are formed.

このとき生成したSi酸化膜を必要に応じて除去すればよい。さらに必要に応じてチャ
ネル層等を形成する工程を行う。
What is necessary is just to remove the Si oxide film produced | generated at this time as needed. Further, a step of forming a channel layer or the like is performed as necessary.

本発明の第1及び第2の製造方法によれば、SiとGeを含む半導体層に対し酸化処理
、具体的には酸化性雰囲気で加熱処理することによりGe原子がSiとGeを含む半導体
層中で十分に拡散し、生成したSiGe層中のGe濃度が均一になる。この層を例えば本
実施形態に係る電界効果トランジスタにおけるSiGeバッファ層として用いれば、Ge
組成の不均一によるSiGeバッファ層内部のひずみは生じない。その結果、十分格子緩
和した上で、転位密度を10 cm −2 以下に抑制する事が出来る。
According to the first and second manufacturing methods of the present invention, a semiconductor layer containing Si and Ge is obtained by subjecting a semiconductor layer containing Si and Ge to an oxidation treatment, specifically, a heat treatment in an oxidizing atmosphere. The Ge concentration in the generated SiGe layer becomes uniform due to sufficient diffusion. If this layer is used as a SiGe buffer layer in the field effect transistor according to the present embodiment, for example, Ge
No distortion occurs in the SiGe buffer layer due to non-uniform composition. As a result, the dislocation density can be suppressed to 10 6 cm −2 or less after sufficient lattice relaxation.

図4、図5を用いてこれを説明する。図4は本発明にかかる半導体基板の製造方法にお
いて前記SiとGeを含む半導体層の酸化中のGe組成分布を説明する図である。Ge原
子がSiとGeを含む半導体層(Si 1−x Ge )中でGe原子が界面に蓄積するか拡
散するかは、大雑把に言えば、単位時間あたりのGeの拡散長と、酸化によってSiGe
が消費される厚さ(消費率)の大小関係によってきまると考えてよい。拡散長が消費率よ
り大きければ、GeはSiGe層中に拡散しGe組成は深さ方向に均一になり、逆であれ
ば界面に蓄積する(図4)。
This will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a view for explaining the Ge composition distribution during oxidation of the semiconductor layer containing Si and Ge in the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention. In general, whether a Ge atom accumulates or diffuses at an interface in a semiconductor layer ( Si 1-x Ge x ) containing Si and Ge depends on the diffusion length of Ge per unit time and oxidation. SiGe
It can be considered that it depends on the size of consumption (consumption rate). If the diffusion length is larger than the consumption rate, Ge diffuses into the SiGe layer and the Ge composition becomes uniform in the depth direction, and if it is reversed, it accumulates at the interface (FIG. 4).

図5はSi中のGe原子の拡散長と、酸化により単位時間あたりにSiGeが消費され
る厚さとの関係を示す図である。図5(a)を見ると、雰囲気ガスが100% である
場合950℃以上であれば、拡散長が消費率を常に上回っていることがわかる。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the diffusion length of Ge atoms in Si and the thickness at which SiGe is consumed per unit time due to oxidation. As can be seen from FIG. 5A, when the atmospheric gas is 100% O 2 , the diffusion length always exceeds the consumption rate at 950 ° C. or higher.

ただし、酸化直後の消費率を見ると、950℃以上においても拡散長と同程度の値であ
り、酸化直後においては界面にGeがある程度蓄積する。蓄積領域の膜厚が臨界膜厚より
十分薄ければ問題ないが、同程度か厚くなった場合には転位が発生する。この様な酸化直
後における転位発生のリスクを低減するためには、温度を変えずに(即ち拡散長を変えず
に)消費率を小さくしてやればよい。そのために、雰囲気ガスとして不活性ガスで希釈し
た酸素ガスを用いることが望ましい。消費率はほぼ酸素分圧に比例するので、50%に希
釈した酸素ガスを用いると消費率はほぼ半分になり、拡散長に対して十分大きなマージン
が得られる(図5(b))。そのため50%以下に希釈した酸素ガスを用いることが望ま
しい。
However, looking at the consumption rate immediately after oxidation, the diffusion length is similar to that at 950 ° C. or higher, and Ge accumulates to some extent at the interface immediately after oxidation. There is no problem if the film thickness of the accumulation region is sufficiently smaller than the critical film thickness, but dislocation occurs when the film thickness is about the same or thicker. In order to reduce the risk of occurrence of dislocation immediately after such oxidation, the consumption rate may be reduced without changing the temperature (that is, without changing the diffusion length). Therefore, it is desirable to use oxygen gas diluted with an inert gas as the atmospheric gas. Since the consumption rate is almost proportional to the oxygen partial pressure, when oxygen gas diluted to 50% is used, the consumption rate is almost halved, and a sufficiently large margin is obtained for the diffusion length (FIG. 5B). Therefore, it is desirable to use oxygen gas diluted to 50% or less.

また、本発明の第1及び第2の製造方法によれば、Si酸化膜が粘性流体的になり、S
iGe層とSi酸化膜との界面が滑りよくなり、SiGe層のGe組成の増大に伴う格子
定数の増大が妨げられない。これらの効果により、転位を発生することなくGe濃縮と薄
膜化と格子緩和を同時に達成できる。また、表面の荒れも少なくなる。
Further, according to the first and second manufacturing methods of the present invention, the Si oxide film becomes viscous fluid, and S
The interface between the iGe layer and the Si oxide film becomes slippery, and the increase in the lattice constant accompanying the increase in the Ge composition of the SiGe layer is not hindered. With these effects, Ge concentration, thinning, and lattice relaxation can be achieved simultaneously without generating dislocations. Further, the surface roughness is reduced.

以上の結果、得られたSiGe層上にさらにチャネル層を形成した際に従来の方法に比
べて転位密度の低いチャネル層を得ることが出来るので、キャリアの移動度を高く保つ事
ができ、かつリーク電流を抑制できる電界効果トランジスタを提供することができる。
As a result, when a channel layer is further formed on the obtained SiGe layer, a channel layer having a lower dislocation density compared to the conventional method can be obtained, so that carrier mobility can be kept high, and A field effect transistor capable of suppressing leakage current can be provided.

(実施例1)
図6に、第1の実施例の電界効果トランジスタの概略図を示す。本実施例は、支持基体
11として(001)Si基板を用い前記支持基体上に絶縁膜12である埋め込み酸化膜
、第1の半導体層であるSiGeバッファ層13、第2の半導体層であるひずみGeから
なるチャネル層14、Siキャップ層15が積層されてなる半導体基板16にゲート絶縁
膜17、ゲート電極18が順次積層されている。SiGeバッファ層13とチャネル層1
4におけるゲート領域の両端にはソース、ドレイン電極にオーミック接触を得るためのソ
ース領域及びドレイン領域19および金属との反応層20が形成されている。
Example 1
FIG. 6 shows a schematic diagram of the field effect transistor of the first embodiment. In this embodiment, a (001) Si substrate is used as the support base 11, and a buried oxide film as an insulating film 12, a SiGe buffer layer 13 as a first semiconductor layer, and a strain as a second semiconductor layer are formed on the support base. A gate insulating film 17 and a gate electrode 18 are sequentially stacked on a semiconductor substrate 16 in which a channel layer 14 made of Ge and a Si cap layer 15 are stacked. SiGe buffer layer 13 and channel layer 1
4, a source region and a drain region 19 for obtaining an ohmic contact with the source and drain electrodes and a metal reaction layer 20 are formed at both ends of the gate region.

本実施例に係る電界効果トランジスタにおいては、支持基体11として用いるSi基板
11の面方位としては、(001)だけではなく、他の面方位、例えば(111)基板、
(110)基板を用いても良い。
In the field effect transistor according to this example, the plane orientation of the Si substrate 11 used as the support base 11 is not limited to (001), but other plane orientations, for example, a (111) substrate,
(110) A substrate may be used.

本実施例に係る電界効果トランジスタにおいては、チャネル層14の厚さは3nm以上
の厚さがあることが望ましい。3nm以上の厚さが必要である理由は、キャリアの大部分
をチャネル層14中に閉じ込めるためである。すなわち、ゲート絶縁膜17直下に形成さ
れる反転層チャネルの深さ方向の幅が5nm程度であり、Siキャップ層15の厚さを考
慮してもチャネル層14の厚さは少なくとも3nmは必要となる。
In the field effect transistor according to this embodiment, it is desirable that the channel layer 14 has a thickness of 3 nm or more. The reason why a thickness of 3 nm or more is necessary is to confine most of the carriers in the channel layer 14. That is, the width in the depth direction of the inversion layer channel formed immediately below the gate insulating film 17 is about 5 nm, and even if the thickness of the Si cap layer 15 is taken into consideration, the thickness of the channel layer 14 needs to be at least 3 nm. Become.

また、チャネル層14の膜厚はSiGeバッファ層13のGe組成に応じた臨界膜厚に
よって上限が存在する。例えば、Ge組成が70atm%の時、チャネル層14厚の上限
は5nmとなる。
In addition, the channel layer 14 has an upper limit depending on the critical film thickness according to the Ge composition of the SiGe buffer layer 13. For example, when the Ge composition is 70 atm%, the upper limit of the channel layer 14 thickness is 5 nm.

本発明に係る電界効果トランジスタにおいては、SiGeバッファ層13の厚さは原理
的には任意に設定しえる。しかしゲート長が100nm以下の電界効果トランジスタを作
製する場合、短チャネル効果を抑制するためにチャネル層14とSiGeバッファ層13
を合わせた膜厚はチャネル領域において35nm以下であることが望ましい。
In the field effect transistor according to the present invention, the thickness of the SiGe buffer layer 13 can be arbitrarily set in principle. However, when a field effect transistor having a gate length of 100 nm or less is manufactured, the channel layer 14 and the SiGe buffer layer 13 are used to suppress the short channel effect.
The total film thickness is preferably 35 nm or less in the channel region.

本実施例の電界効果トランジスタは、SiGeバッファ層13のGe組成は30atm
%以上である。SiGeバッファ層13に含まれるGe組成が30atm%未満であると
チャネル層14のひずみが大きくなり3nm以上の厚さで平坦な膜が得られなくなるから
である。
In the field effect transistor of this example, the Ge composition of the SiGe buffer layer 13 is 30 atm.
% Or more. This is because if the Ge composition contained in the SiGe buffer layer 13 is less than 30 atm%, the strain of the channel layer 14 increases and a flat film cannot be obtained with a thickness of 3 nm or more.

さらに望ましくは60atm%以上が望ましい。SiGeバッファ層13のGe組成が
60atm%未満の場合、チャネル層14を3nm以上積層すると、チャネル層4に転位
が生じる可能性があるからである。これは、SiGeバッファ層13のGe組成60at
m%に対するGeの熱力学的臨界膜厚が3nmだからである。
More desirably, 60 atm% or more is desirable. This is because, when the Ge composition of the SiGe buffer layer 13 is less than 60 atm%, dislocation may occur in the channel layer 4 when the channel layer 14 is stacked by 3 nm or more. This is because the Ge composition of the SiGe buffer layer 13 is 60 at.
This is because the thermodynamic critical film thickness of Ge with respect to m% is 3 nm.

更に望ましいGe組成の範囲は、60atm%以上80atm%以下である。この上限
値80atm%は、ひずみによる正孔移動度の増大の効果を享受するための設定値である
。すなわち、Ge組成が80atm%以下であると、正孔のフォノン散乱移動度が、チャ
ネル層14に加えられるひずみの影響で、無ひずみのGeに対する移動度の2倍以上にな
る。
A more desirable Ge composition range is 60 atm% or more and 80 atm% or less. This upper limit value of 80 atm% is a set value for enjoying the effect of increasing hole mobility due to strain. That is, when the Ge composition is 80 atm% or less, the phonon scattering mobility of holes becomes more than twice that of unstrained Ge due to the strain applied to the channel layer 14.

本実施例の電界効果トランジスタにおいてはチャネル層14はGe層であるが、Geの
かわりにSiGeバッファ層13より高Ge組成のSiGe層であってもよい。チャネル
層14のGe組成が高いほどキャリア移動度が高くなるのでGe層からなるチャネル層が
最も望ましい。
In the field effect transistor of this embodiment, the channel layer 14 is a Ge layer, but may be a SiGe layer having a higher Ge composition than the SiGe buffer layer 13 instead of Ge. The higher the Ge composition of the channel layer 14, the higher the carrier mobility. Therefore, a channel layer made of a Ge layer is most desirable.

本実施例に係る電界効果トランジスタにおいては、チャネル層14の表面を保護するた
めにチャネル層14とゲート絶縁膜17との間に極薄のSiキャップ層15が積層されて
いることが望ましい。チャネル層14上のSiキャップ層15は、トランジスタの製造工
程におけるGe表面の酸化を防ぐ。さらに、ゲート絶縁膜17との界面がチャネル層14
中に形成される事を防ぎ、もって界面準位の増大を防ぐ。またSiキャップ層15の膜厚
は、転位を生じさせないため、2nm以下であることが望ましい。これはSiGeバッフ
ァ層13のGe組成が80atm%の場合のSiキャップ層の熱力学的臨界膜厚は2nm
であるからである。
In the field effect transistor according to this example, it is desirable that an extremely thin Si cap layer 15 is laminated between the channel layer 14 and the gate insulating film 17 in order to protect the surface of the channel layer 14. The Si cap layer 15 on the channel layer 14 prevents oxidation of the Ge surface in the transistor manufacturing process. Further, the interface with the gate insulating film 17 is the channel layer 14.
It is prevented from being formed inside, thereby preventing an increase in interface state. The film thickness of the Si cap layer 15 is preferably 2 nm or less in order not to cause dislocation. This is because when the Ge composition of the SiGe buffer layer 13 is 80 atm%, the thermodynamic critical film thickness of the Si cap layer is 2 nm.
Because.

さらに、このSiキャップ層15厚は薄いほど好ましいが、膜厚の揺らぎ等を考慮する
と0.5nm以上の膜厚であることが望ましい。
Further, the thickness of the Si cap layer 15 is preferably as small as possible, but it is desirable that the thickness of the Si cap layer 15 be 0.5 nm or more in consideration of fluctuations in the film thickness.

Siキャップ層15のない構造も可能である。この場合、ゲート絶縁膜17として、後
述する材料のほか、Ge窒化膜を用いる事も出来る。このGe窒化膜は、CVDによる堆
積の他、Ge表面を直接アンモニアガスや窒素ガスを用いて窒化することでも得られる。
A structure without the Si cap layer 15 is also possible. In this case, a Ge nitride film can be used as the gate insulating film 17 in addition to the material described later. This Ge nitride film can be obtained by nitriding the Ge surface directly using ammonia gas or nitrogen gas, in addition to deposition by CVD.

本実施例に係る電界効果トランジスタにおいてゲート絶縁膜17としては、図7のよう
なZrシリケート/ZrO の積層膜を用いることができる。図7においてZrシリケー
ト層21上にZrO 22が積層されている。ここでシリケートとはSiO 中にZr
,Hf,Laなどの金属が固溶した物質である。
In the field effect transistor according to this embodiment, as the gate insulating film 17, a Zr silicate / ZrO 2 laminated film as shown in FIG. 7 can be used. In FIG. 7, a ZrO 2 layer 22 is laminated on the Zr silicate layer 21. Here, silicate means Zr in SiO 2.
, Hf, La and other metals in solid solution.

また、ゲート絶縁膜17の材料としてはSi酸化膜(SiO はもちろん、Si窒化
(Si 、Si酸窒化膜(SiO Al Ta TiO
Ya 等の高誘電体ゲート絶縁膜も用いる事が出来る。
The material of the gate insulating film 17 is not only the Si oxide film (SiO 2 ) but also the Si nitride film (Si 3 N 4 ) , Si oxynitride film (SiO x N y ) , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5. TiO 2
A high dielectric gate insulating film such as Ya 2 O 3 can also be used.

ソース領域及びドレイン領域19の膜厚はゲート長100nm以下の場合35nm以下
に抑えなければならない。このときそのままではソース・ドレイン領域が薄いことに起因
する寄生抵抗が増加する。これを抑えるため、ソース・ドレイン領域はゲート側壁下部近
傍までSiおよびGeと金属(Co,Ti,Ni)との化合物20(シリサイド、ジャー
マナイド)とすることにより抵抗を低く抑えることができる。
The film thickness of the source region and drain region 19 must be suppressed to 35 nm or less when the gate length is 100 nm or less. At this time, the parasitic resistance due to the thin source / drain region increases. In order to suppress this, the resistance of the source / drain regions can be kept low by using the compound 20 (silicide, germanide) of Si, Ge and metal (Co, Ti, Ni) to the vicinity of the lower portion of the gate sidewall.

ゲート電極18としては、p型またはn型にドーピングされたポリSiまたはポリSi
Geを用いる事ができる。Wなどの金属を用いる事も可能である。
As the gate electrode 18, p-type or n-type doped poly-Si or poly-Si
Ge can be used. It is also possible to use a metal such as W.

次に、本実施例の電界効果トランジスタの製造方法を図8を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the field effect transistor of this example will be described with reference to FIG.

まず、支持基体であるSi層31上に埋め込み酸化膜32およびSOI膜33が形成さ
れたSOI基板34(SOI膜33の厚さ20nm)上に、UHV−CVD法またはMB
E法またはLP−CVD法にてSi 0.9 Ge 0.1 35を56nm、Si層36を5
nmエピタキシャル成長する。この時、各膜厚は成長温度における臨界膜厚未満とするこ
とにより、転位は生じない[図8(1)]。このときSOI基板34の代わりにSi基板
上に酸化膜を形成した基板、Si基板上に酸化膜及びSiGe層を順次形成した基板を用
いても良い。
First, a UHV-CVD method or MB is performed on an SOI substrate 34 (the thickness of the SOI film 33 is 20 nm) in which the buried oxide film 32 and the SOI film 33 are formed on the Si layer 31 which is a support base.
The Si 0.9 Ge 0.1 film 35 is 56 nm and the Si layer 36 is 5 by the E method or the LP-CVD method.
nm epitaxial growth. At this time, dislocation does not occur by making each film thickness less than the critical film thickness at the growth temperature [FIG. 8 (1)]. At this time, instead of the SOI substrate 34, a substrate in which an oxide film is formed on a Si substrate, and a substrate in which an oxide film and a SiGe layer are sequentially formed on the Si substrate may be used.

つぎに、このウェハーを酸化炉に投入して加熱し、酸化処理を行う。それによりSi
.9 Ge 0.1 35よりも多くGeを含有するSiGe層(Si 0.3 Ge 0.7
37とSi酸化膜38が形成される。加熱は窒素で50%に希釈した酸素ガスを用いて1
000℃にて16時間、生成したSiGe層37が8nmになるまで酸化を行う。あるい
は、1000℃、50%酸素で3時間酸化後、100%酸素に切り替えてあと8時間20
分酸化する。あるいは、1050℃、50%酸素で1時間23分酸化後、温度を1000
℃に下げ、100%酸素で8時間20分酸化する。酸化の結果、SiGe層37のGe組
成は70atm%に濃縮される[図8(2)]。
Next, this wafer is put into an oxidation furnace and heated to carry out an oxidation treatment. Thereby, Si 0
. SiGe layer containing more Ge than the 9 Ge 0.1 film 35 ( Si 0.3 Ge 0.7 layer )
37 and a Si oxide film 38 are formed. Heating is performed using oxygen gas diluted to 50% with nitrogen.
Oxidation is performed at 000 ° C. for 16 hours until the generated SiGe layer 37 reaches 8 nm. Alternatively, after oxidation at 1000 ° C. and 50% oxygen for 3 hours, switch to 100% oxygen for another 8 hours and 20 hours.
Oxidize. Alternatively, after oxidation for 1 hour and 23 minutes at 1050 ° C. and 50% oxygen, the temperature is 1000
Reduce to 0 ° C. and oxidize with 100% oxygen for 8 hours and 20 minutes. As a result of the oxidation, the Ge composition of the SiGe layer 37 is concentrated to 70 atm% [FIG. 8 (2)].

ここで、酸化温度はSiGe層37の融点を超えないように注意しなければならない。
本実施例のように、Ge組成70atm%のGeを含有するSiGe層37を得るために
は、最終的な酸化温度は1025℃以下でなければならない。酸化時間を短縮するために
は、SiGe層37中のGe組成に応じた融点を超えない範囲で、始めは温度を高く設定
し、徐々に、あるいは段階的に温度を下げていくのが有効である。
Here, care must be taken that the oxidation temperature does not exceed the melting point of the SiGe layer 37.
As in this example, in order to obtain the SiGe layer 37 containing Ge with a Ge composition of 70 atm%, the final oxidation temperature must be 1025 ° C. or lower. In order to shorten the oxidation time, it is effective to set a high temperature at first and then gradually or gradually decrease the temperature within a range not exceeding the melting point corresponding to the Ge composition in the SiGe layer 37. is there.

次に、Si酸化膜38を剥離、表面洗浄の後、再びUHV−CVD法またはMBE法ま
たはLP−CVD法にて厚さ5nmのSi 0.3 Ge 0.7 の組成を有するSiGeバッ
ファ層37´、厚さ5nmのGeからなるGeチャネル層39を順次形成する。
Next, after removing the Si oxide film 38 and cleaning the surface, the SiGe buffer layer 37 having a composition of Si 0.3 Ge 0.7 having a thickness of 5 nm is again formed by the UHV-CVD method, the MBE method, or the LP-CVD method. The Ge channel layer 39 made of Ge with a thickness of 5 nm is sequentially formed.

引き続き、Geチャネル層39上にSiキャップ層としてアモルファスSi層40を2
nm堆積する。アモルファスSiを堆積するためには、基板温度を300℃以下に下げて
からSi原料(Si原子またはシランガスまたはジシランガス)を供給すればよい[図8
(3)]。Geチャネル層39上にSi層40をアモルファス状態で堆積することにより
、格子不整合に起因する表面の凹凸やアイランドの形成を防ぎ、平坦な表面を得ることが
出来る。このアモルファスSi層は後工程で結晶化するが、その際Si層表面は酸化膜で
覆われているため、Siが結晶化する際にも表面の平坦性は保たれる。したがって、電界
効果トランジスタを形成した際、キャリアの移動度を高く保つ事ができる。
Subsequently, an amorphous Si layer 40 is formed as a Si cap layer on the Ge channel layer 39 by 2
nm deposition. In order to deposit amorphous Si, the substrate temperature is lowered to 300 ° C. or lower, and then Si raw material (Si atoms, silane gas, or disilane gas) is supplied [FIG.
(3)]. By depositing the Si layer 40 in an amorphous state on the Ge channel layer 39, it is possible to prevent the formation of surface irregularities and islands due to lattice mismatch and to obtain a flat surface. The amorphous Si layer is crystallized in a later step. At that time, the surface of the Si layer is covered with an oxide film, so that the flatness of the surface is maintained even when Si is crystallized. Therefore, when a field effect transistor is formed, carrier mobility can be kept high.

一方、Geチャネル層39上にSiを直接エピタキシャル成長すると、格子不整合に起
因する表面の凹凸やアイランドが形成されてしまうため望ましくない。
On the other hand, direct epitaxial growth of Si on the Ge channel layer 39 is not desirable because surface irregularities and islands due to lattice mismatching are formed.

次に、塩酸・過酸化水素混合液でアモルファスSi層40表面に0.5nm程度のSi
酸化膜(図示せず)を形成後、ゲート絶縁膜としてZrO 膜41をレーザーアブレーシ
ョン、またはスパッタ法にて堆積し、引き続きポリSiGeゲート電極42を堆積する[
図8(4)]。この時、基板温度が500℃以上になるので、アモルファスSi層40は
固相成長して結晶化する。
Next, about 0.5 nm of Si is formed on the surface of the amorphous Si layer 40 with a hydrochloric acid / hydrogen peroxide mixture.
After forming an oxide film (not shown), a ZrO 2 film 41 is deposited as a gate insulating film by laser ablation or sputtering, and subsequently a poly SiGe gate electrode 42 is deposited [
FIG. 8 (4)]. At this time, since the substrate temperature is 500 ° C. or higher, the amorphous Si layer 40 is crystallized by solid phase growth.

このようにして得られたウェハーにソース・ドレイン領域43などを形成し、通常のM
OSFETプロセスと同様にしてトランジスタに加工する[図8(5)]。
Source / drain regions 43 and the like are formed on the wafer thus obtained, and the normal M
The transistor is processed in the same manner as the OSFET process [FIG. 8 (5)].

ここで、図8(2)に示す高Ge組成のSiGe層37を有する構造を得るための別の
方法を示す。まず、Si基板上に厚さ1μmの傾斜組成Si 1−x Ge (x=0→0
.1)、厚さ1.5μmのSi 0.9 Ge 0.1 、厚さ20nmのSi層をUHV−C
VD法またはMBE法またはLP−CVD法にて積層する。
Here, another method for obtaining a structure having the SiGe layer 37 having a high Ge composition shown in FIG. First, a gradient composition Si 1-x Ge x layer (x = 0 → 0) having a thickness of 1 μm on a Si substrate.
. 1) A Si 0.9 Ge 0.1 layer having a thickness of 1.5 μm and a Si layer having a thickness of 20 nm are formed by UHV-C
Lamination is performed by the VD method, the MBE method, or the LP-CVD method.

つぎに、酸素イオンを加速電圧160keV、ドーズ量4x10 17 atoms/cm
注入し、900℃で表面に熱酸化膜を10nm以上形成する。酸素イオンを打ち込むS
iGe層のGe組成が10atm%と低いのは、連続的で均一な埋め込み酸化膜を得るた
めである。Ge組成が30atm%以上では、この方法で連続的な埋め込み酸化膜を得る
ことは出来ない[Y.Ishikawaet al., Appl. Phys. Lett., 75, 983(1999)]。
Next, oxygen ions are accelerated by an acceleration voltage of 160 keV and a dose of 4 × 10 17 atoms / cm.
2 is implanted, and a thermal oxide film is formed on the surface at 900 ° C. to a thickness of 10 nm or more. S implanting oxygen ions
The reason why the Ge composition of the iGe layer is as low as 10 atm% is to obtain a continuous and uniform buried oxide film. If the Ge composition is 30 atm% or more, a continuous buried oxide film cannot be obtained by this method [Y. Ishikawa et al., Appl. Phys. Lett., 75, 983 (1999)].

つぎに酸素をわずか(0.5%)に含むアルゴンガス雰囲気中で1300℃、4時間ア
ニールすると、酸化膜−SiGe界面から300nm基板側に埋め込み酸化膜が形成され
る。この埋め込み酸化膜からはGeが排除され、ほぼ純粋なSiO となる。次に、該ウ
ェハーを弗酸・硝酸混合液にてSiGe層が56nmになるまでエッチングする。
Next, when annealing is performed at 1300 ° C. for 4 hours in an argon gas atmosphere containing a small amount of oxygen (0.5%), a buried oxide film is formed on the 300 nm substrate side from the oxide film-SiGe interface. Ge is excluded from the buried oxide film, so that it becomes almost pure SiO 2 . Next, the wafer is etched with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid until the SiGe layer reaches 56 nm.

次に、酸素雰囲気中でSiGe層が8nmになるまで酸化するとGe組成が70atm
%にまで増大し、図8(2)の構造ができる。
Next, when the SiGe layer is oxidized in an oxygen atmosphere until the SiGe layer reaches 8 nm, the Ge composition becomes 70 atm.
% And the structure shown in FIG.

(実施例2)
図9に、第2の実施例の電界効果トランジスタの概略図を示す。本実施例においては、
ソース・ドレイン領域の膜厚が薄いことに起因する寄生抵抗の増加を抑えるため、実施例
1の図6に示すトランジスタにおいて、ソース・ドレイン領域19の表面を選択CVD法
によりAlまたはWの薄膜50で覆っている。
(Example 2)
FIG. 9 shows a schematic diagram of the field effect transistor of the second embodiment. In this example,
In order to suppress an increase in parasitic resistance due to the thin film thickness of the source / drain region, in the transistor shown in FIG. 6 of the first embodiment, the surface of the source / drain region 19 is made of Al or W thin film 50 by selective CVD. Covered with.

(実施例3)
図10に、第三の実施例の電界効果トランジスタの概略図を示す。本実施例においては
、寄生抵抗を抑えるため、実施例1の図6に示すトランジスタにおいて、ソース・ドレイ
ン領域19の上に選択的にSi 0.3 Ge 0.7 51を堆積し、ソース・ドレイン領域
厚を100nmまで厚くしている。この構造を作製するためには、一旦全面にSiO
スクを堆積した後、ソース・ドレイン領域上部表面のみを露出させ、選択CVD法により
SiGe層を堆積すればよい。
(Example 3)
FIG. 10 shows a schematic diagram of the field effect transistor of the third embodiment. In the present embodiment, in order to suppress parasitic resistance, in the transistor shown in FIG. 6 of the first embodiment, a Si 0.3 Ge 0.7 layer 51 is selectively deposited on the source / drain region 19, The drain region thickness is increased to 100 nm. In order to fabricate this structure, a SiO 2 mask is once deposited on the entire surface, then only the upper surfaces of the source / drain regions are exposed, and a SiGe layer is deposited by selective CVD.

(実施例4)
図11に、第4の実施例の電界効果トランジスタの概略図を示す。本実施例は、実施例
1の図6に示すトランジスタにおいて、SiGeバッファ層13が2層構造となっている
。酸化によって形成されたGe組成55atm%、厚さ5nmの第1のバッファ層52上
にGe組成75atm%、厚さ10nmの第2のバッファ層53が積層されている。本実
施例によれば、Geチャネルに加えられるひずみが、第2のバッファ層の存在により第1
のバッファ層だけの場合に比べ増大する。したがって、第1の実施例に比べ、第1のバッ
ファ層のGe組成を低く抑える事が出来るので、酸化時の膜厚制御のマージンが増大し、
歩留まりが向上する。
(Example 4)
FIG. 11 shows a schematic diagram of the field effect transistor of the fourth embodiment. In this embodiment, the SiGe buffer layer 13 has a two-layer structure in the transistor shown in FIG. A second buffer layer 53 having a Ge composition of 75 atm% and a thickness of 10 nm is stacked on the first buffer layer 52 having a Ge composition of 55 atm% and a thickness of 5 nm formed by oxidation. According to this embodiment, the strain applied to the Ge channel is reduced by the presence of the second buffer layer.
It increases compared to the case of only the buffer layer. Therefore, compared to the first embodiment, the Ge composition of the first buffer layer can be kept low, so that the margin for film thickness control during oxidation increases.
Yield is improved.

なお、この実施例の変形例として、第2のバッファ層のGe組成が表面に近づくにつれ
て連続的、または段階的に増大する構造も可能である。
As a modification of this embodiment, a structure in which the Ge composition of the second buffer layer increases continuously or stepwise as it approaches the surface is also possible.

(実施例5)
図12に、図6に示す第1の実施例に示す電界効果トランジスタをCMOSインバータ
に適用した例を示す。pチャネルとnチャネルのMOSFETは埋め込み酸化膜に達する
トレンチ(溝)によって絶縁されている。また、基板11は閾値を調整するためのバック
ゲートとして機能するようにバイアスされている。
(Example 5)
FIG. 12 shows an example in which the field effect transistor shown in the first embodiment shown in FIG. 6 is applied to a CMOS inverter. The p-channel and n-channel MOSFETs are insulated by a trench that reaches the buried oxide film. The substrate 11 is biased to function as a back gate for adjusting the threshold value.

電界効果トランジスタの一実施形態を示す概略図。1 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a field effect transistor. FIG. 第1の従来技術と本発明の実施形態に係る電界効果トランジスタにおけるソース領域またはドレイン領域部分のpn接合部分の拡大図。The enlarged view of the pn junction part of the source region or drain region part in the field effect transistor which concerns on 1st prior art and embodiment of this invention. 本発明の実施形態と第2の従来技術に係る電界効果トランジスタのチャネル層近傍におけるバンド構造を示す図。The figure which shows the band structure in the channel layer vicinity of the field effect transistor which concerns on embodiment of this invention, and 2nd prior art. 本発明にかかる半導体基板の製造方法におけるSiとGeを含む半導体層を酸化中のGe組成分布を説明する図。The figure explaining Ge composition distribution during oxidation of the semiconductor layer containing Si and Ge in the manufacturing method of the semiconductor substrate concerning the present invention. Si中のGe原子の拡散長と、酸化により単位時間あたりにSiGeが消費される厚さとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the diffusion length of Ge atom in Si, and the thickness by which SiGe is consumed per unit time by oxidation. 第1の実施例の電界効果トランジスタの概略図。1 is a schematic diagram of a field effect transistor according to a first embodiment. FIG. ゲート絶縁膜の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of a gate insulating film. 本実施例の電界効果トランジスタの製造方法を示す工程図。Process drawing which shows the manufacturing method of the field effect transistor of a present Example. 第2の実施例の電界効果トランジスタの概略図。The schematic of the field effect transistor of a 2nd Example. 第3の実施例の電界効果トランジスタの概略図。The schematic of the field effect transistor of a 3rd Example. 第4の実施例の電界効果トランジスタの概略図。The schematic of the field effect transistor of a 4th Example. 第1の実施例に示す電界効果トランジスタをCMOSインバータに適用した例を示す概略図。Schematic which shows the example which applied the field effect transistor shown to 1st Example to the CMOS inverter. 第1の従来例の電界効果トランジスタ構造を示す概略図。Schematic which shows the field effect transistor structure of a 1st prior art example. 第2の従来例の電界効果トランジスタ構造を示す概略図。Schematic which shows the field effect transistor structure of the 2nd prior art example. 第2の従来例のトランジスタとSi−MOSFETの電流(log(Id)−電圧(Vg)の関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship of the electric current (log (Id) -voltage (Vg)) of the transistor of a 2nd prior art example, and Si-MOSFET. 第2の従来例のトランジスタとSi−MOSFETの(Vg(ゲート電圧)−Vth(閾値電圧))−電流の関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship of (Vg (gate voltage) -Vth (threshold voltage))-current of the transistor of a 2nd prior art example, and Si-MOSFET.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・支持基体
2・・・絶縁膜
3・・・SiGeバッファ層(第1の半導体層)
4・・・チャネル層(第2の半導体層)
5・・・基板
6・・・ソース領域、ドレイン領域
7・・・ゲート絶縁膜
8・・・ゲート電極
11・・・支持基体
12・・・絶縁膜
13・・・第1の半導体層(SiGeバッファ層)
14・・・第2の半導体層(ひずみGeからなるチャネル層)
15・・・Siキャップ層
16・・・半導体基板
17・・・ゲート絶縁膜
18・・・ゲート電極
19・・・ソース領域及びドレイン領域
20・・・金属との反応層
31・・・Si層
32・・・埋め込み酸化膜
33・・・SOI膜
34・・・SOI基板
35・・・Si 0.9 Ge 0.1
36・・・Si層
37・・・高Ge組成のSiGe層(Si 0.3 Ge 0.7
37´ ・・・SiGeバッファ層
38・・・Si酸化膜
39・・・Geチャネル層
40・・・アモルファスSi層
41・・・ゲート絶縁膜
42・・・ゲート電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Support base body 2 ... Insulating film 3 ... SiGe buffer layer (1st semiconductor layer)
4 ... Channel layer (second semiconductor layer)
5 ... Substrate 6 ... Source region, drain region 7 ... Gate insulating film 8 ... Gate electrode 11 ... Support base 12 ... Insulating film 13 ... First semiconductor layer (SiGe) Buffer layer)
14 ... Second semiconductor layer (channel layer made of strained Ge)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Si cap layer 16 ... Semiconductor substrate 17 ... Gate insulating film 18 ... Gate electrode 19 ... Source region and drain region 20 ... Reaction layer 31 with metal 31 ... Si layer 32 ... buried oxide film 33 ... SOI film 34 ... SOI substrate 35 ... Si 0.9 Ge 0.1 film 36 ... Si layer 37 ... SiGe layer with high Ge composition ( Si 0.3 Ge 0.7 layer )
37 '... SiGe buffer layer 38 ... Si oxide film 39 ... Ge channel layer 40 ... Amorphous Si layer 41 ... Gate insulating film 42 ... Gate electrode

Claims (12)

SOI基板上に、第1SiGe層をエピタキシャル成長させる工程と、
酸化処理を施すことにより、前記第1SiGe層の表面にSi酸化膜を生成するとともに前記Si酸化膜から前記第1SiGe層にGeを拡散させ、よりGe組成の高い第2SiGe層を生成せしめる工程と、
前記Si酸化膜を剥離する工程と、
CVD法またはMBE法を用いて、前記第2SiGe層上に、この第2SiGe層よりGe組成の高い第3SiGe層積層する工程を行うことを特徴とする半導体基板の製造方法。
Epitaxially growing a first SiGe layer on an SOI substrate;
Performing an oxidation treatment to generate a Si oxide film on the surface of the first SiGe layer and to diffuse Ge from the Si oxide film to the first SiGe layer to generate a second SiGe layer having a higher Ge composition; When,
Peeling the Si oxide film;
Using a CVD method or a MBE method, the first 2SiGe on the layer, a method of manufacturing a semiconductor substrate, characterized in that a step of laminating the first 3 SiGe layer higher Ge composition than the first 2SiGe layer.
前記酸化処理は、不活性ガスにより50%以下の濃度に希釈された酸素ガスを用いて熱酸化を行うことを特徴とする請求項1記載の半導体基板の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the oxidation treatment is performed by thermal oxidation using oxygen gas diluted to a concentration of 50% or less with an inert gas. さらに前記第3SiGe層上に厚さが2nm以下のSi層を形成する工程を行うことを特徴とする請求項1記載の半導体基板の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, further comprising a step of forming a Si layer having a thickness of 2 nm or less on the third SiGe layer . さらに前記Si層上に、ゲート絶縁膜層及びゲート電極層を順次積層する工程を行うことを特徴とする請求項3記載の半導体基板の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 3, further comprising the step of sequentially stacking a gate insulating film layer and a gate electrode layer on the Si layer. さらに前記第3SiGe層上に、ゲート絶縁膜層及びゲート電極層を順次積層する工程を行うことを特徴とする請求項1記載の半導体基板の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, further comprising a step of sequentially stacking a gate insulating film layer and a gate electrode layer on the third SiGe layer . SOI基板上に、第1SiGe層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第1SiGe層上に、Si層をエピタキシャル成長させる工程と、
酸化処理を施すことにより、前記Si層および前記第1SiGe層の積層の表面にSi酸化膜を生成するとともに前記Si酸化膜から前記第1SiGe層にGeを拡散させ、よりGe組成の高い第2SiGe層を生成せしめる工程と、
前記Si酸化膜を剥離する工程と、
CVD法またはMBE法を用いて、前記第2SiGe層上に、この第2SiGe層よりGe組成の高い第3SiGe層とGe層とを順次積層する工程を行うことを特徴とする半導体基板の製造方法。
Epitaxially growing a first SiGe layer on an SOI substrate;
Epitaxially growing a Si layer on the first SiGe layer;
By performing the oxidation treatment, a Si oxide film is generated on the surface of the stacked layer of the Si layer and the first SiGe layer, and Ge is diffused from the Si oxide film to the first SiGe layer, so that the second having a higher Ge composition . Producing a SiGe layer; and
Peeling the Si oxide film;
Using a CVD method or a MBE method, the first 2SiGe on the layer, a method of manufacturing a semiconductor substrate, characterized in that a step of laminating the the first 2SiGe second 3SiGe layer higher Ge composition than layer and the Ge layer sequentially.
前記酸化処理は、不活性ガスにより50%以下の濃度に希釈された酸素ガスを用いて熱酸化を行うことを特徴とする請求項6記載の半導体基板の製造方法。   7. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 6, wherein the oxidation treatment is performed by thermal oxidation using an oxygen gas diluted to a concentration of 50% or less with an inert gas. さらに前記Ge層上に厚さが2nm以下のSi層を形成する工程を行うことを特徴とする請求項の6記載の半導体基板の製造方法。 7. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 6, further comprising a step of forming a Si layer having a thickness of 2 nm or less on the Ge layer . さらに前記Si層上に、ゲート絶縁膜層及びゲート電極層を順次積層する工程を行うことを特徴とする請求項8記載の半導体基板の製造方法。 9. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 8, further comprising a step of sequentially stacking a gate insulating film layer and a gate electrode layer on the Si layer. さらに前記Ge層上に、ゲート絶縁膜層及びゲート電極層を順次積層する工程を行うことを特徴とする請求項6記載の半導体基板の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 6, further comprising a step of sequentially stacking a gate insulating film layer and a gate electrode layer on the Ge layer .
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体基板の製造方法にて得られた半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極膜を順次積層する工程と、前記ゲート絶縁膜及びゲート電極膜に、ゲート絶縁膜及びゲート電極加工及びソース・ドレイン領域の形成を行う工程とを行い、前記半導体基板の前記第3SiGe層にチャネルが形成される電界効果トランジスタを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of sequentially stacking a gate insulating film and a gate electrode film on a semiconductor substrate obtained by the method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, and forming the gate insulating film and the gate electrode film on the gate insulating film And a step of forming a gate insulating film and a gate electrode and forming a source / drain region to form a field effect transistor in which a channel is formed in the third SiGe layer of the semiconductor substrate. Production method. 請求項6乃至請求項8のいずれかに記載の半導体基板の製造方法にて得られた半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極膜を順次積層する工程と、前記ゲート絶縁膜及びゲート電極膜に、ゲート絶縁膜及びゲート電極加工及びソース・ドレイン領域の形成を行う工程とを行い、前記半導体基板の前記Ge層にチャネルが形成される電界効果トランジスタを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of sequentially stacking a gate insulating film and a gate electrode film on a semiconductor substrate obtained by the method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 6, and forming the gate insulating film and the gate electrode film on the gate insulating film And a step of forming a gate insulating film and a gate electrode and forming source / drain regions to form a field effect transistor in which a channel is formed in the Ge layer of the semiconductor substrate. Method.
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