JP4339563B2 - Manufacturing method of semiconductor substrate and manufacturing method of semiconductor device using this method - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor substrate and manufacturing method of semiconductor device using this method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Si基板上あるいはSOI基板上にSiGe膜が積層された半導体基板の製造方法およびこの基板を用いて製造する半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
チャネル領域を通過する電子や正孔の移動度を向上する目的でSi基板上にSiとは格子定数の異なる歪SiGe膜を形成し、Siとの格子定数の不整合によりこのSiGe膜内に発生する歪を、ミスフィット転位の導入により緩和したのちに、SiGe膜上にキャップ層として上層Si膜を形成する方法が知られている。たとえば図6に示すようにSi基板1とSiGe膜2との界面(図中14はSi原子、15はGe原子)に刃状転位16が発生し格子緩和するようになる。このSiGe膜上に形成される上層Si膜は、Si膜より大きい格子定数を有するSiGe膜に引っ張られることにより上層Si膜内に歪が生じ、これによりバンド構造が変化してキャリア移動度が向上するものである。
【0003】
このSiGe膜の歪を緩和する方法として、SiGe膜を厚膜とすることによりSiGe膜の歪弾性エネルギーを増大させ、格子緩和する方法が知られている。
たとえばSiGe膜中のGe濃度を徐々に増加し、約1μmの濃度傾斜SiGe膜を形成することにより、SiGe膜の歪緩和を図ることが発表されている(たとえばY. J. Miiらによる非特許文献1参照)。
【非特許文献1】
Appl. Phys. Lett. 59 (13), 1611 (1991)
【0004】
また、Si基板上に形成された薄膜SiGe膜の歪を緩和する方法として、薄膜SiGe膜に水素などのイオン注入処理を行った後に高温でアニール処理を施すことにより、Si基板内の欠陥層にできた積層欠陥がすべりを起こし、SiGe/Si界面でミスフィット転位を発生させる方法およびこの方法を用いて水素イオン注入により歪緩和を図ることが知られている(たとえばH. Trinkausらによる非特許文献2参照)。
【非特許文献2】
Appl. Phys. Lett. 76 (24), 3552 (2000)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらSiGe膜の厚膜を形成してSiGe膜の歪弾性エネルギーが増大することにより格子緩和を図る方法では、SiGe膜の完全結晶を得るための臨界膜厚を超えてしまうため、SiGe膜中に非常に多くの欠陥が発生してしまうことになる。
【0006】
また、厚膜の場合は、歪を自己緩和しながら成長するため、SiGe膜表面にクロスハッチと呼ばれる数10μmの間隔での筋状のラフネス(凹凸)が発生し、そのままでは半導体基板として利用できないためCMP処理などの平坦化工程が必須となり、平坦化処理を施した基板上のSiGe膜面に更にSiGe膜を成長しなければならないということになる。
【0007】
一方、水素などのイオン注入処理と高温アニール処理とを行うことにより、下地Si基板内の欠陥層にできた積層欠陥がすべりを起こし、SiGe/Si界面でミスフィット転位を発生させることによりSiGe膜の格子歪を緩和する方法では、前述の厚膜SiGe膜に比して欠陥は発生しにくい。しかしながら図3に示すように終端されないミスフィット転位8から貫通転位9が発生する。この貫通転位9は、SiGe膜の(111)面10を通ってSiGe膜表面に達し、しいてはさらにその上に形成される上層Si層まで達し、貫通転位9が終端することでエネルギー的に安定する。
【0008】
本発明は、この現象を逆に利用して下地Si基板上(または下地SOI基板上)にSiGe膜が積層された半導体基板において、SiGe膜の歪を十分に緩和するとともに素子が形成される領域に発生する貫通転位を抑制するようにした半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。また、かかる半導体基板を用いた半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明の半導体基板の製造方法は、 (a)下地Si基板上又は下地SOI基板上にSiGe膜を積層した半導体基板を形成し、(b)SiGe膜上で素子が形成される領域にイオン注入防止膜をパターン形成し、(c)イオン注入防止膜が形成された半導体基板にイオンを注入し、
(d)イオン注入防止膜を除去してアニール処理を施すことにより、素子が形成される領域以外に注入イオンに起因して生じる貫通転位を発生させることを特徴とする。
【0010】
この方法によれば、イオン注入の前に半導体基板の素子が形成される領域の上に予め注入防止膜をパターン形成してからこれをマスクとしてイオン注入処理を行うので、注入防止膜が形成されていない領域に部分的にイオンが注入される。
この基板をアニール処理すると、イオン注入された元素が注入された部分領域に微小空孔を形成し、積層欠陥を発生させる。発生した積層欠陥は、Si基板の(111)面上をすべりSiGe/Si界面でミスフィット転位になることで格子緩和が起こる。
ここで、イオン注入はパターニングされたイオン注入防止膜をマスクにして行なわれているので、ミスフィット転位は素子形成領域以外の領域に形成され、ミスフィット転位からはSiGe膜を貫いて基板表面に達する貫通転位が発生する。なお、この貫通転位は、その後のダイオード、トランジスタ、あるいはLSIなどのデバイス製造工程の素子間分離工程におけるSTI(Shallow Trench Isolation)、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)形成時に削減される。
したがって、素子形成領域にはミスフィット転位はほとんど発生しないので貫通転位のない領域に半導体素子を形成することができる。
【0011】
また、上記方法において(a)工程後、SiGe膜上に注入保護膜を形成し、(b)工程で素子形成領域に対応する注入保護膜上にイオン注入防止膜をパターン形成し、(d)工程でイオン注入防止膜とともに注入保護膜を除去するようにしてもよい。
これによりイオン注入時にSiGe膜中にコンタミネーション物質が浸入するのを防ぐことができるとともに、SiGe膜の膜厚が薄い場合であってイオン注入装置の装置仕様限界以下の低加速エネルギーが要求されるような条件でも加速エネルギーの調整に代替して注入保護膜の膜厚を調整することにより薄いSiGe膜の格子歪を緩和することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明は、上述したように(a)下地Si基板上又は下地SOI基板上にSiGe膜を積層した半導体基板を形成し、(b)SiGe膜上で素子が形成される領域にイオン注入防止膜をパターン形成し、(c)イオン注入防止膜が形成された半導体基板にイオンを注入し、(d)イオン注入防止膜を除去してアニール処理を施すようにしている。
【0013】
下地基板としてSi基板を用いる場合は、Si単結晶基板が好ましいが、基板上にSiGe膜がヘテロエピタキシャル成長できるものであれば、その他のSi基板、たとえば多結晶Si基板などであってもよい。また、SOI基板の場合も同様であり、SOI基板のSi層上にSiGe膜がエピタキシャル成長できるものであればよい。
【0014】
SiGe膜は、Si上に形成されるエピタキシャル成長膜であればどのような装置で形成されたものであってもよいが、例えば、原料ガスとしてシランガス(SiH4)、ゲルマンガス(GeH4)を使用した低圧気相成長装置(LPCVD)により、所望のGe濃度でかつ所望の膜厚のSiGe膜を形成することができる。
【0015】
素子形成領域に形成される半導体素子は、ダイオード、トランジスタ、さらには素子を集積化したLSIなど半導体材料を用いた素子であれば何でもよいが、特にキャリア移動度の向上、リーク電流の防止が素子の性能に影響を与える素子を形成するのが好ましい。
【0016】
イオン注入防止膜には、イオン注入装置の注入条件に応じて照射されるイオンを注入防止膜内に留めて半導体基板内に浸入するのを阻止できる材料および膜厚のものが選択されるがフォトレジスト、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜などを用いるのが好ましい。
このイオン注入防止膜はマスクなどを用いた公知のパターニング形成技術により半導体基板上の所望の領域に形成することができる。
【0017】
イオン注入処理は、公知のイオン注入装置を用いて行われる。イオン注入のイオン種としては水素が好ましいが、これに限らず、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの不活性ガス、SiなどのIV族元素をイオン化したもの、あるいはこれらの混合ガスを用いてもよい。
【0018】
イオン注入装置は、イオン注入量(ドーズ量)、イオン注入エネルギーが設定パラメータとして適宜変更できるようになっており、これらとともにイオン注入防止膜の材料および膜厚を最適化することにより、注入イオンのピーク位置(深さ)をイオン注入防止膜のない領域ではSiGe膜/下地Si基板界面の基板側にくるようにし、かつ、イオン注入防止膜が形成された領域ではイオン注入防止膜内に留まるようにする。
【0019】
イオン注入処理を終えると、イオン注入防止膜を除去する。除去方法はイオン注入防止膜として使用した材料に応じて公知の除去技術を用いればよい。たとえばイオン注入防止膜としてフォトレジストを用いた場合は、有機溶剤による溶解、シリコン酸化膜などではドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去することができる。
【0020】
イオン注入防止膜を除去した後、この半導体基板にアニール処理を施す。アニール処理は、窒素、水素、アルゴンなどの雰囲気ガスの導入が可能なファーネス装置(熱処理炉)を用いて行われる。アニール温度は700℃〜900℃が好ましく、たとえば800℃でアニール処理するのが好ましい。このアニール処理により注入イオンのピーク位置(深さ)付近に微小空孔が形成されることになる。
【0021】
また、本発明ではSiGe膜を形成後にSiGe膜上に注入保護膜を形成するプロセスを追加してもよい。この場合、注入保護膜としてシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜のいずれかまたはこれらを積層するのが好ましい。
【0022】
また、本発明では、アニール処理後のSiGe膜上にさらに一層以上の半導体膜を形成するようにしてもよい。
例えば、歪緩和がなされた最初のSiGe膜とはGe濃度の異なる第2のSiGe膜を半導体膜として形成することもできる。これにより全体として厚膜SiGe膜になってもラフネスの少ない膜を形成することができ、厚膜SiGe膜を用いた半導体基板を利用した半導体装置を形成することができる。たとえば電源電圧が高いCMOSデバイスであっても空乏層領域の広がりがミスフィット転位の存在する第一のSIGe膜とSi基板との界面にまで到達することができ、これにより接合リーク電流を防ぐことができる。
【0023】
また、本発明ではアニール処理後のSiGe膜上またはその上にさらに形成する上記半導体膜上に格子歪を有する上層Si薄膜を形成するようにしてもよい。
このようにして作成した歪Si薄膜はエネルギーバンド構造が変化しており、キャリア移動度が通常より大きい上層Si層を得ることができる。
【0024】
また、本発明では上記のいずれかの方法により半導体基板を製造し、この半導体基板上の素子形成領域に半導体素子を形成することができる。このようにして作成した半導体素子は、貫通転位の影響を受けないので接合リークが少ないなど性能の優れた半導体素子にすることができる。
【0025】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
実施の形態1
図1は本発明の一実施形態である半導体基板製造方法の工程図を示している。
まず、n型(100)面を有するSi基板1の前処理として、硫酸ボイルとRCA洗浄を行ない、5%希フッ酸にて基板表面の自然酸化膜の除去を行う。次いで、Si基板1上に、低圧気相成長(LP-CVD)装置を用いゲルマン(GeH4)とシラン(SiH4)を原料に、Ge濃度28.5%のSiGe膜2を157nmの膜厚になるまで500℃にてエピタキシャル成長する(図1(a))。
【0026】
ここで、イオン注入を行う前に、アライメントマーク用マスクを用意して、予めSi基板1上にアライメントマークを形成しておく。これは、素子形成領域上を覆い、かつ素子形成領域以外の領域(素子間分離部となる領域)にイオン注入するために形成されるイオン注入保護膜のパターン(このレジストパターンは素子分離用マスクが用いられる)との位置合わせ、同じ素子分離用マスクを用いた素子形成時(STI、LOCOSなど)のフォトレジストパターンとの位置合わせをこのアライメントマークを基準にして行うためである。
【0027】
アライメントマーク形成後、フォトレジストをウェハー全面に500〜1500nmの膜厚になるようにスピン塗布し、i線ステッパとLSI製造時に用いる上述の素子間分離部(STI、LOCOSなど) 形成用のフォトマスクを基準アライメントマークに位置合わせして露光し、アルカリ現像液で現像することによりウェハー上(SiGe膜2上)の素子形成領域となる領域上にイオン注入防止膜として機能するパターニングされたフォトレジスト3が形成される(図1(b))。
【0028】
この基板へ注入エネルギー18KeV、水素イオン量(ドーズ量)3×1016+/cm2、チルト角7°の条件にて水素イオン4のイオン注入を行う(図1(c))。この注入条件によれば、水素イオンの注入量がピークとなる注入ピーク位置(深さ)は、フォトレジストが形成されていない領域(素子間分離部となる領域)でSiGe膜/Si基板界面の基板側70nmの位置となる。一方、フォトレジスト3で覆われている領域でのピーク位置(深さ)はフォトレジスト3の膜厚の中央付近にくるように設定されている。これによりフォトレジスト3に覆われている領域では、注入された水素イオンがSiGe膜やSi基板にまで達することはない。
【0029】
水素イオンが注入された基板のフォトレジスト3を除去し、硫酸ボイルとRCA洗浄を行った後、窒素雰囲気のファーネス装置5で800℃、10分間アニールする。
これによりフォトレジスト3が形成されていなかった領域(素子間分離部となる領域)に注入された水素イオンの注入ピーク近傍に、マイクロキャビティ17と呼ばれる微小の空孔が発生する。図4はマイクロキャビティ17を含んだSi基板1の断面TEM写真であり、空孔の大きさは10μm程度であることが分かる。
そしてマイクロキャビティ17により発生した積層欠陥層6がすべりを起こすことにより、SiGe/Si界面にミスフィット転位が発生し、格子緩和が起こる(図1(d))。
【0030】
さらに厚膜のSiGe膜が必要な場合は、この歪緩和SiGe/Si基板上に、中間層半導体膜としてGe濃度28.5%の(第二の)SiGe膜11を300nmの膜厚までエピタキシャル成長する。これによりSiGeの膜厚は合計で457nmになり、例えば電源電圧が高い条件のCMOSデバイスであっても空乏層領域の広がりがミスフィット転位の存在する第一のSiGe膜(アニール処理されたSiGe膜)とSi基板の界面に到達して接合リーク電流が発生する現象を防ぐことができる。
【0031】
上記の第一と第二のSiGe膜の間にさらにSi膜やSiGe薄膜を中間層半導体膜をするようにしてもよい。このように中間に形成する半導体膜の層数に制限はない。
その後、キャリアが通過するチャネル領域として機能する上層Si層12を20nmの厚さまでエピタキシャル成長する。
このような工程を経て作成した上層Si層12は、より格子定数の大きい下地の歪緩和SiGe膜又はこのSiGe膜の影響を受けた中間層半導体膜と格子整合し、引っ張り歪を持つことでキャリアの移動度が向上する。
【0032】
この段階で、素子形成領域以外の領域(素子間分離部となる領域)においてSiGe/Si基板界面に発生したミスフィット転位が終端されず、基板表面層(上記例では上層Si層12)まで貫通転位9が達している(図1(e))。
【0033】
その後、この基板を用いデバイス製造工程に入る。デバイス製造工程におけるSTI(Shallow Trench Isolation)による素子間分離工程において(素子間分離工程に用いるマスクは、先に使用したイオン注入防止膜のパターン形成マスクと同一であり、このマスクのアライメントも、最初に形成したアライメントマークを基準としている)、素子間分離工程用のマスクを用いて図示しないフォトレジストをパターン形成し、基板を500nmエッチングし、酸化膜の埋め込みとCMP処理により素子間分離部13を形成することで、貫通転位9や積層欠陥層6、マイクロキャビティ17(図4参照)などの欠陥がない基板ができる(図1(f))。
そして、素子間の分離工程を終えた基板を用いて素子形成領域に通常の半導体製造プロセスによりMOSトランジスタなどの半導体素子を形成する。
【0034】
図5は、上記工程により素子形成領域に形成されたMOSトランジスタの断面構成を示す図である。この図において図1と同じものは同符号を付す。図において1はSi基板、2はSiGe膜、11は中間層半導体膜として形成される第2のSiGe膜、12は上層Si膜である。そして18はポリシリコンゲート(ゲート電極)、19はゲート絶縁膜、20はソース領域、21はドレイン領域、22はサイドウォールである。
このMOSトランジスタではSiGe膜11によって引っ張られることによりキャリア移動度が向上した上層Si層12が形成されているので、これをチャネル層として機能させることができる。
また、ソース領域20、ドレイン領域21を含むMOS近傍には貫通転位は発生していないので、貫通転位によるリーク電流を防ぐことができる。
【0035】
本実施例では、イオン注入防止膜としてフォトレジストを用いたが、これに代えてたとえばシリコン酸化膜を用いることもできる。この場合、SiGe膜2上にシリコン酸化膜を100〜10000nm程度成膜して、その上にフォトレジストをスピン塗布し、露光、現像により、素子形成領域上にフォトレジストパターンを形成し、フォトレジストをマスクにRIE(Reactive Ion Etching)等によりシリコン酸化膜を素子形成領域上にパターニングする。
【0036】
これは例えばイオン注入エネルギーが高くフォトレジストを厚く塗布する必要がある場合や、微細でパターンピッチの狭いトレンチが必要な場合などでフォトレジストのアスペクト比が高くなりすぎレジストパターンが倒壊するためにフォトレジスト膜厚が必要な厚さに成膜できない場合などに有効な手段である。
また、イオン注入は水素に限らず、例えばヘリウムなどの不活性ガス、SiなどのIV族元素でも同様の効果を得ることができる。
【0037】
実施の形態2
次に本発明の第2の実施形態について図2を参照しつつ説明する。実施形態1と同様、前処理として硫酸ボイルとRCA洗浄を行ない、5%希フッ酸にて基板表面の自然酸化膜の除去を行なったn型(100)シリコン基板1上に、低圧気相成長(LP-CVD)装置を用いゲルマン(GeH4)とシラン(SiH4)を原料に、Ge濃度40.7%のSiGe膜を25nmの膜厚になるまで500℃にてエピタキシャル成長した後、このSiGe膜2上に注入保護膜として機能する低温シリコン酸化膜7を50nmの膜厚になるまで成膜する(図2(a))。
ここで、実施形態1と同様にイオン注入を行う前に、アライメントマーク用マスクを用意してイオン注入時に形成されるフォトレジストパターンと素子間分離部(STI、LOCOSなど)形成時のフォトレジストパターンを適合させるためのアライメントマークをSi基板1上に付けておく。
【0038】
次にフォトレジストをウェハー全面に500〜1500nmの膜厚になるようにスピン塗布し、i線ステッパとLSI製造時に用いる素子間分離部形成用のフォトマスクを用いて露光し、アルカリ現像液で現像することで、ウェハー上の素子形成領域上にイオン注入防止膜として機能するパターニングされたフォトレジスト3が形成される(図2(b))。
【0039】
この基板へ注入エネルギー6KeV、水素イオン注入量(ドーズ量)3×1016+/cm2、チルト角7°の条件にて水素イオン注入を行う(図2(c))。
この注入条件では水素イオンの注入ピークが、フォトレジスト3のない領域(素子間分離部となる領域)ではSiGe膜/Si基板界面の基板側30nmの位置に、フォトレジスト3で覆われている領域(素子形成領域となる領域)ではフォトレジスト3の膜厚上層付近にくるように設定されている。これによりフォトレジスト3に覆われている領域では、水素イオンがSiGe膜やSi基板へ達することはない。次に、フォトレジスト3とシリコン酸化膜7を除去し硫酸ボイルとRCA洗浄を行った後、窒素雰囲気のファーネス装置5で800℃、 10分間アニールする。これによりフォトレジストのない領域(素子間分離部となる領域)に注入された水素イオンの注入ピーク近傍にマイクロキャビティ17と呼ばれる微小の空孔が発生し(図4参照)、それによって発生した積層欠陥6がすべりを起こすことによりSiGe/Si界面にミスフィット転位を発生して格子緩和が起こる(図2(d))。
【0040】
本実施例では注入保護膜7を成膜することでイオン注入時のコンタミ物質の混入を防ぐことができる。さらに、水素イオンを注入しようとするとき、イオン注入装置の装置仕様の加速電圧が下限(たとえば5KeV程度)であり、当該加速電圧で注入保護膜7を形成せずに膜厚25nmというような薄いSiGe膜に水素イオンを注入してアニールしても注入イオンのピーク位置が深くなりすぎて十分には緩和しないという問題があるような場合でも、注入保護膜7の膜厚を厚くすることで注入ピーク位置を制御することができ、非常に薄いSiGe膜でも現行のイオン注入装置で歪緩和することができる。
【0041】
また、この注入保護膜7はシリコン酸化膜に限らず、例えばシリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜でも同様の効果を得ることができる。
【0042】
この歪緩和SiGe/Si基板上に、実施形態1と同様に、中間層半導体膜としてGe濃度28.5%の第2のSiGe膜11を300nmの膜厚までエピタキシャル成長するようにしてもよい。
【0043】
そしてキャリアの通過するチャネル領域として上層Si層12を20nmの厚さまでエピタキシャル成長する。この段階で、素子形成領域以外の領域(素子間分離部となる領域)には、SiGe/Si界面に発生したミスフィット転位が終端されておらず、基板表面まで貫通転位9が達している(図2(e))。
その後、STIによる素子間分離工程において、実施形態1と同様に素子間分離工程用のマスクを用いて図示しないフォトレジストをパターン形成し、基板を500nmエッチングし、酸化膜の埋め込みとCMPにより素子間分離部を形成することで、微小空孔6、貫通転位9、マイクロキャビティ17などの欠陥がない基板ができる(図2(f))。そして、この基板を用いて、素子形成領域にMOSトランジスタなどの半導体素子を形成する(図5)。
【0044】
実施の形態3
実施形態1や実施形態2ではSi基板を用いたが,これに代えて表面層が単結晶Si膜からなるSOI基板を用いることで、実施形態1、2と同様の性質を有する半導体基板を作成することができる。
なお、SOI基板を用いる場合は、SOI基板の表面層Si膜厚が、イオン注入のピーク位置とSiGe/Si界面との距離よりも厚い必要があり、具体的には2倍程度の厚さがあることが望ましい。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればSiあるいはSOI基板の素子形成領域において、リーク電流の原因となる貫通転位の存在しない良質な結晶性を有する半導体基板であるとともに,十分な緩和率を持つ歪緩和SiGe膜層を有する半導体基板を製造することができるようになる。
【0046】
また、その歪緩和SiGe膜上に上層歪Si薄膜を形成することで、従来のSi基板に比べキャリアの移動度を向上させた半導体基板を製造することができる。
そして、この半導体基板を用いて半導体装置を製造することにより、優れた性能を有する半導体装置を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である半導体基板の製造方法を説明する工程図。
【図2】本発明の他の一実施形態である半導体基板の製造方法を説明する工程図。
【図3】終端されていないミスフィット転位から貫通転位が発生する様子を説明する模式図。
【図4】Si基板内に発生したマイクロキャビティを示す断面TEM写真。
【図5】本発明の一実施形態である半導体装置としてのMOSトランジスタの構成を示す図。
【図6】格子緩和している状態のSiGe膜とSi基板との界面の原子配列状態を説明する模式図。
【符号の説明】
1: Si基板(SOI基板)
2: SiGe膜
3:フォトレジスト(イオン注入防止膜)
4:注入イオン
5:ファーネス装置
6:積層欠陥層
7:低温シリコン酸化膜(注入保護膜)
8:ミスフィット転位
9:貫通転位
10:SiGe膜(111)面
11:第2のSiGe膜(中間層半導体膜)
12:上層Si膜
13:素子間分離部
14:Si原子
15:Ge原子
16:刃状転位
17:マイクロキャビティ
18:ポリシリコンゲート(ゲート電極)
19:ゲート酸化膜
20:ソース領域
21:ドレイン領域
22:サイドウォール
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate in which a SiGe film is stacked on a Si substrate or an SOI substrate, a method for manufacturing a semiconductor device manufactured using the substrate, and a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
A strained SiGe film having a lattice constant different from that of Si is formed on the Si substrate for the purpose of improving the mobility of electrons and holes passing through the channel region, and is generated in the SiGe film due to mismatch of the lattice constant with Si. There is known a method of forming an upper Si film as a cap layer on a SiGe film after alleviating such strain by introducing misfit dislocations. For example, as shown in FIG. 6, edge dislocations 16 are generated at the interface between the Si substrate 1 and the SiGe film 2 (14 in the figure is Si atoms and 15 is Ge atoms), and the lattice is relaxed. The upper Si film formed on the SiGe film is pulled by the SiGe film having a lattice constant larger than that of the Si film, thereby generating strain in the upper Si film, thereby changing the band structure and improving the carrier mobility. To do.
[0003]
As a method for relaxing the strain of the SiGe film, a method of increasing the strain elastic energy of the SiGe film by increasing the thickness of the SiGe film to relax the lattice is known.
For example, it has been announced that the SiGe film is gradually increased to form a concentration-gradient SiGe film having a concentration gradient of about 1 μm, thereby reducing the strain of the SiGe film (for example, see Non-Patent Document 1 by YJ Mii et al.). ).
[Non-Patent Document 1]
Appl. Phys. Lett. 59 (13), 1611 (1991)
[0004]
In addition, as a method of relieving the strain of the thin film SiGe film formed on the Si substrate, the thin film SiGe film is subjected to an ion implantation process such as hydrogen and then subjected to an annealing process at a high temperature, thereby forming a defect layer in the Si substrate. It is known that the stacking faults generated cause slipping and misfit dislocations are generated at the SiGe / Si interface, and that strain relaxation is achieved by hydrogen ion implantation using this method (for example, non-patent by H. Trinkaus et al. Reference 2).
[Non-Patent Document 2]
Appl. Phys. Lett. 76 (24), 3552 (2000)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of forming a thick SiGe film and increasing the strain elastic energy of the SiGe film to achieve lattice relaxation, the critical film thickness for obtaining a complete crystal of the SiGe film is exceeded. A great number of defects will occur.
[0006]
In the case of a thick film, since it grows while self-relaxing the strain, streaky roughness (unevenness) at intervals of several tens of μm, called a cross hatch, is generated on the surface of the SiGe film and cannot be used as it is as a semiconductor substrate. Therefore, a planarization process such as a CMP process is essential, and a SiGe film must be further grown on the SiGe film surface on the substrate subjected to the planarization process.
[0007]
On the other hand, by performing ion implantation treatment of hydrogen or the like and high-temperature annealing treatment, a stacking fault formed in a defective layer in the underlying Si substrate causes slip, and misfit dislocations are generated at the SiGe / Si interface, thereby causing a SiGe film. In the method of relieving the lattice strain, defects are less likely to occur as compared with the thick SiGe film described above. However, as shown in FIG. 3, threading dislocations 9 are generated from misfit dislocations 8 that are not terminated. The threading dislocations 9 reach the surface of the SiGe film through the (111) plane 10 of the SiGe film, and further reach the upper Si layer formed thereon, and the threading dislocations 9 terminate in energy. Stabilize.
[0008]
In the semiconductor substrate in which the SiGe film is laminated on the underlying Si substrate (or on the underlying SOI substrate) by using this phenomenon in reverse, the strain of the SiGe film is sufficiently relaxed and the element is formed. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate in which threading dislocations generated in the semiconductor substrate are suppressed. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device using the semiconductor substrate and a semiconductor device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention made to solve the above-mentioned problems is as follows: (a) a semiconductor substrate in which a SiGe film is laminated on a base Si substrate or a base SOI substrate, and (b) a SiGe film is formed on the SiGe film. Patterning an ion implantation preventive film in a region where an element is to be formed; (c) implanting ions into a semiconductor substrate on which the ion implantation preventive film is formed;
(D) The present invention is characterized in that threading dislocations caused by implanted ions are generated in regions other than regions where elements are formed by removing the ion implantation preventing film and performing an annealing treatment.
[0010]
According to this method, since the implantation preventing film is formed in advance on the region where the element of the semiconductor substrate is formed before ion implantation, and the ion implantation processing is performed using this as a mask, the implantation preventing film is formed. Ions are partially implanted in the unexposed region.
When this substrate is annealed, minute holes are formed in the partial region where the ion-implanted element is implanted, and stacking faults are generated. The generated stacking fault slides on the (111) plane of the Si substrate and causes misfit dislocation at the SiGe / Si interface, thereby causing lattice relaxation.
Here, since ion implantation is performed using the patterned ion implantation prevention film as a mask, misfit dislocations are formed in regions other than the element formation region, and from the misfit dislocations, the SiGe film penetrates the substrate surface. Reaching threading dislocation occurs. This threading dislocation is reduced when forming STI (Shallow Trench Isolation) and LOCOS (Local Oxidation of Silicon) in a subsequent element isolation process of a device manufacturing process such as a diode, transistor, or LSI.
Therefore, since misfit dislocations hardly occur in the element formation region, a semiconductor element can be formed in a region without threading dislocations.
[0011]
Further, in the above method, after the step (a), an implantation protective film is formed on the SiGe film, and in the step (b), an ion implantation prevention film is formed on the implantation protective film corresponding to the element formation region, and (d) The implantation protective film may be removed together with the ion implantation prevention film in the process.
This prevents contamination materials from entering the SiGe film during ion implantation, and requires low acceleration energy below the device specification limit of the ion implantation apparatus when the SiGe film is thin. Even under such conditions, the lattice distortion of the thin SiGe film can be relaxed by adjusting the film thickness of the implantation protective film instead of adjusting the acceleration energy.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, the present invention forms (a) a semiconductor substrate in which a SiGe film is laminated on a base Si substrate or a base SOI substrate, and (b) an ion implantation prevention film in a region where an element is formed on the SiGe film. (C) ions are implanted into the semiconductor substrate on which the ion implantation prevention film is formed, and (d) the ion implantation prevention film is removed and an annealing process is performed.
[0013]
When a Si substrate is used as the underlying substrate, a Si single crystal substrate is preferable, but other Si substrates such as a polycrystalline Si substrate may be used as long as the SiGe film can be heteroepitaxially grown on the substrate. The same applies to an SOI substrate as long as the SiGe film can be epitaxially grown on the Si layer of the SOI substrate.
[0014]
The SiGe film may be formed by any apparatus as long as it is an epitaxial growth film formed on Si. For example, silane gas (SiH 4 ) or germane gas (GeH 4 ) is used as a source gas. The SiGe film having a desired Ge concentration and a desired film thickness can be formed by the low pressure vapor phase growth apparatus (LPCVD).
[0015]
The semiconductor element formed in the element formation region may be any element using a semiconductor material such as a diode, a transistor, or an LSI in which the element is integrated. In particular, the element can improve carrier mobility and prevent leakage current. It is preferable to form an element that affects the performance of the device.
[0016]
For the ion implantation prevention film, a material and a film thickness that can prevent irradiation of ions irradiated into the semiconductor substrate by blocking the irradiated ions in accordance with the implantation conditions of the ion implantation apparatus are selected. It is preferable to use a resist, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like.
This ion implantation preventing film can be formed in a desired region on the semiconductor substrate by a known patterning technique using a mask or the like.
[0017]
The ion implantation process is performed using a known ion implantation apparatus. As an ion species for ion implantation, hydrogen is preferable, but not limited thereto, an inert gas such as helium, neon, and argon, an ionized group IV element such as Si, or a mixed gas thereof may be used.
[0018]
In the ion implantation apparatus, the ion implantation amount (dose amount) and ion implantation energy can be appropriately changed as setting parameters, and by optimizing the material and film thickness of the ion implantation prevention film together with these, The peak position (depth) should be on the substrate side of the SiGe film / underlying Si substrate interface in the region without the ion implantation preventive film, and remain in the ion implantation preventive film in the region where the ion implantation preventive film is formed. To.
[0019]
When the ion implantation process is completed, the ion implantation preventing film is removed. The removal method may be a known removal technique depending on the material used as the ion implantation prevention film. For example, when a photoresist is used as the ion implantation prevention film, it can be removed by dissolution with an organic solvent, or silicon oxide film or the like by dry etching or wet etching.
[0020]
After removing the ion implantation preventing film, the semiconductor substrate is annealed. The annealing process is performed using a furnace apparatus (heat treatment furnace) capable of introducing an atmospheric gas such as nitrogen, hydrogen, or argon. The annealing temperature is preferably 700 ° C. to 900 ° C., for example, it is preferable to perform annealing at 800 ° C. By this annealing treatment, minute holes are formed near the peak position (depth) of the implanted ions.
[0021]
In the present invention, a process of forming an implantation protective film on the SiGe film after forming the SiGe film may be added. In this case, it is preferable to stack any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or these as an implantation protective film.
[0022]
In the present invention, one or more semiconductor films may be formed on the annealed SiGe film.
For example, a second SiGe film having a Ge concentration different from that of the first SiGe film subjected to strain relaxation can be formed as a semiconductor film. As a result, a film with less roughness can be formed even if it becomes a thick SiGe film as a whole, and a semiconductor device using a semiconductor substrate using the thick SiGe film can be formed. For example, even in a CMOS device with a high power supply voltage, the depletion layer region can reach the interface between the first SIGe film where the misfit dislocation exists and the Si substrate, thereby preventing junction leakage current. Can do.
[0023]
In the present invention, an upper Si thin film having lattice strain may be formed on the SiGe film after annealing or on the semiconductor film further formed thereon.
The strained Si thin film thus prepared has an energy band structure that is changed, and an upper Si layer having a carrier mobility higher than usual can be obtained.
[0024]
In the present invention, a semiconductor substrate can be manufactured by any of the methods described above, and a semiconductor element can be formed in an element formation region on the semiconductor substrate. Since the semiconductor element thus produced is not affected by threading dislocations, it can be made into a semiconductor element having excellent performance such as a small junction leak.
[0025]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1
FIG. 1 shows a process diagram of a semiconductor substrate manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
First, as a pretreatment of the Si substrate 1 having an n-type (100) surface, boiling sulfuric acid and RCA cleaning are performed, and the natural oxide film on the substrate surface is removed with 5% dilute hydrofluoric acid. Next, a SiGe film 2 having a Ge concentration of 28.5% and a thickness of 157 nm is formed on the Si substrate 1 using germane (GeH 4 ) and silane (SiH 4 ) as raw materials using a low-pressure vapor deposition (LP-CVD) apparatus. Epitaxial growth is performed at 500 ° C. until it becomes (FIG. 1A).
[0026]
Here, before performing ion implantation, an alignment mark mask is prepared and an alignment mark is formed on the Si substrate 1 in advance. This is a pattern of an ion implantation protective film that covers the element formation region and is formed for ion implantation into a region other than the element formation region (region that becomes an element separation portion) (this resist pattern is an element separation mask). And alignment with a photoresist pattern at the time of element formation using the same element isolation mask (STI, LOCOS, etc.) is performed using this alignment mark as a reference.
[0027]
After the alignment mark is formed, a photoresist is spin-coated on the entire surface of the wafer to a thickness of 500 to 1500 nm, and a photomask for forming an i-line stepper and the above-described element isolation portions (STI, LOCOS, etc.) used during LSI manufacturing A patterned photoresist 3 that functions as an ion implantation preventive film on a region to be an element formation region on the wafer (on the SiGe film 2) by aligning with the reference alignment mark, exposing, and developing with an alkali developer. Is formed (FIG. 1B).
[0028]
Hydrogen ions 4 are implanted into the substrate under the conditions of an implantation energy of 18 KeV, a hydrogen ion amount (dose amount) of 3 × 10 16 H + / cm 2 , and a tilt angle of 7 ° (FIG. 1C). According to this implantation condition, the implantation peak position (depth) at which the implantation amount of hydrogen ions reaches a peak is a region where the photoresist is not formed (a region serving as an interelement separation portion) at the SiGe film / Si substrate interface. The position is 70 nm on the substrate side. On the other hand, the peak position (depth) in the region covered with the photoresist 3 is set to be near the center of the film thickness of the photoresist 3. Thereby, in the region covered with the photoresist 3, the implanted hydrogen ions do not reach the SiGe film or the Si substrate.
[0029]
The photoresist 3 on the substrate into which hydrogen ions have been implanted is removed, and after boiling sulfate and RCA, annealing is performed at 800 ° C. for 10 minutes in a furnace 5 in a nitrogen atmosphere.
As a result, minute vacancies called microcavities 17 are generated in the vicinity of the implantation peak of hydrogen ions implanted in the region where the photoresist 3 is not formed (region serving as the element isolation portion). FIG. 4 is a cross-sectional TEM photograph of the Si substrate 1 including the microcavity 17, and it can be seen that the size of the holes is about 10 μm.
As the stacking fault layer 6 generated by the microcavity 17 slips, misfit dislocations occur at the SiGe / Si interface, and lattice relaxation occurs (FIG. 1 (d)).
[0030]
If a thicker SiGe film is required, an (second) SiGe film 11 having a Ge concentration of 28.5% is epitaxially grown as an intermediate layer semiconductor film on the strain-relaxed SiGe / Si substrate to a film thickness of 300 nm. . As a result, the total thickness of the SiGe film becomes 457 nm. For example, even in a CMOS device with a high power supply voltage, the first SiGe film (annealed SiGe film) in which the depletion layer region spreads has misfit dislocations. ) And the Si substrate can be prevented from generating a junction leakage current.
[0031]
A Si film or SiGe thin film may be further formed as an intermediate semiconductor film between the first and second SiGe films. Thus, there is no restriction | limiting in the number of layers of the semiconductor film formed in the middle.
Thereafter, the upper Si layer 12 functioning as a channel region through which carriers pass is epitaxially grown to a thickness of 20 nm.
The upper Si layer 12 created through such a process is lattice-matched with the underlying strain-relaxed SiGe film having a larger lattice constant or the intermediate layer semiconductor film affected by the SiGe film, and has a tensile strain, thereby providing a carrier. Increases mobility.
[0032]
At this stage, misfit dislocations generated at the SiGe / Si substrate interface are not terminated in a region other than the element formation region (region serving as an element separation portion), and penetrates to the substrate surface layer (upper Si layer 12 in the above example). Dislocation 9 has been reached (FIG. 1 (e)).
[0033]
Thereafter, a device manufacturing process is started using this substrate. Mask used (inter-element isolation step in STI (S hallow T rench I solation ) by element separating step in device fabrication process is the same as the patterning mask for ion implantation prevention film previously used, alignment of the mask The first alignment mark is used as a reference), a photoresist (not shown) is patterned using a mask for the element isolation process, the substrate is etched by 500 nm, and the element is isolated by embedding an oxide film and CMP processing. By forming the portion 13, a substrate free from defects such as threading dislocations 9, stacking fault layers 6, and microcavities 17 (see FIG. 4) can be formed (FIG. 1 (f)).
Then, a semiconductor element such as a MOS transistor is formed in the element formation region by a normal semiconductor manufacturing process using the substrate after the separation process between elements.
[0034]
FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the MOS transistor formed in the element formation region by the above process. In this figure, the same components as those in FIG. In the figure, 1 is a Si substrate, 2 is a SiGe film, 11 is a second SiGe film formed as an intermediate semiconductor film, and 12 is an upper Si film. 18 is a polysilicon gate (gate electrode), 19 is a gate insulating film, 20 is a source region, 21 is a drain region, and 22 is a sidewall.
In this MOS transistor, since the upper Si layer 12 having improved carrier mobility is formed by being pulled by the SiGe film 11, it can function as a channel layer.
Further, since no threading dislocation is generated in the vicinity of the MOS including the source region 20 and the drain region 21, leakage current due to threading dislocation can be prevented.
[0035]
In this embodiment, a photoresist is used as the ion implantation preventing film. However, for example, a silicon oxide film can be used instead. In this case, a silicon oxide film is formed on the SiGe film 2 to a thickness of about 100 to 10,000 nm, a photoresist is spin-coated thereon, and a photoresist pattern is formed on the element formation region by exposure and development. A silicon oxide film is patterned on the element formation region by RIE (Reactive Ion Etching) or the like using the mask as a mask.
[0036]
This is because, for example, if the ion implantation energy is high and it is necessary to apply a thick photoresist, or if a fine trench with a narrow pattern pitch is required, the photoresist aspect ratio becomes too high and the resist pattern collapses. This is an effective means when the resist film cannot be formed to a required thickness.
Further, the ion implantation is not limited to hydrogen, and the same effect can be obtained with, for example, an inert gas such as helium or a group IV element such as Si.
[0037]
Embodiment 2
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As in the first embodiment, low pressure vapor phase growth is performed on an n-type (100) silicon substrate 1 that has been subjected to RCA washing with sulfuric acid boil as a pretreatment and the natural oxide film on the substrate surface is removed with 5% dilute hydrofluoric acid. Using an (LP-CVD) apparatus, a germanium (GeH 4 ) and silane (SiH 4 ) raw material is used to epitaxially grow a SiGe film having a Ge concentration of 40.7% at 500 ° C. until a film thickness of 25 nm is obtained. A low-temperature silicon oxide film 7 functioning as an implantation protective film is formed on the film 2 until the film thickness reaches 50 nm (FIG. 2A).
Here, before ion implantation is performed in the same manner as in the first embodiment, an alignment mark mask is prepared and a photoresist pattern formed at the time of ion implantation and a photoresist pattern at the time of forming an element isolation portion (STI, LOCOS, etc.) An alignment mark for adapting the above is attached on the Si substrate 1.
[0038]
Next, a photoresist is spin-coated on the entire surface of the wafer so as to have a film thickness of 500 to 1500 nm, exposed using an i-line stepper and a photomask for forming an element isolation part used in LSI manufacturing, and developed with an alkali developer. As a result, a patterned photoresist 3 functioning as an ion implantation preventing film is formed on the element formation region on the wafer (FIG. 2B).
[0039]
Hydrogen ions are implanted into the substrate under the conditions of an implantation energy of 6 KeV, a hydrogen ion implantation amount (dose amount) of 3 × 10 16 H + / cm 2 , and a tilt angle of 7 ° (FIG. 2C).
Under this implantation condition, a hydrogen ion implantation peak is a region covered with the photoresist 3 at a position 30 nm on the substrate side of the SiGe film / Si substrate interface in a region where the photoresist 3 is not present (a region serving as an element isolation portion). In the (region to be an element formation region), it is set to be near the upper layer of the film thickness of the photoresist 3. As a result, hydrogen ions do not reach the SiGe film or the Si substrate in the region covered with the photoresist 3. Next, after removing the photoresist 3 and the silicon oxide film 7 and performing boil sulfate boiling and RCA cleaning, annealing is performed at 800 ° C. for 10 minutes using a furnace 5 in a nitrogen atmosphere. As a result, minute vacancies called microcavities 17 are generated in the vicinity of the implantation peak of hydrogen ions implanted in a region where there is no photoresist (a region serving as an element isolation portion) (see FIG. 4), and the resulting laminated layer When the defect 6 slips, misfit dislocation occurs at the SiGe / Si interface and lattice relaxation occurs (FIG. 2 (d)).
[0040]
In this embodiment, the formation of the implantation protective film 7 can prevent contamination by contaminants during ion implantation. Furthermore, when hydrogen ions are to be implanted, the acceleration voltage of the device specifications of the ion implantation apparatus is the lower limit (for example, about 5 KeV), and the film thickness is as thin as 25 nm without forming the implantation protective film 7 with the acceleration voltage. Even when annealing is performed by implanting hydrogen ions into the SiGe film, even if there is a problem that the peak position of the implanted ions becomes too deep and cannot be sufficiently relaxed, the implantation protective film 7 can be implanted by increasing the film thickness. The peak position can be controlled, and even a very thin SiGe film can be strain-relieved with the current ion implantation apparatus.
[0041]
Further, the implantation protective film 7 is not limited to the silicon oxide film, and the same effect can be obtained by, for example, a silicon nitride film or a silicon oxynitride film.
[0042]
Similar to the first embodiment, the second SiGe film 11 having a Ge concentration of 28.5% may be epitaxially grown on the strain-relaxed SiGe / Si substrate to a thickness of 300 nm as an intermediate semiconductor film.
[0043]
Then, the upper Si layer 12 is epitaxially grown to a thickness of 20 nm as a channel region through which carriers pass. At this stage, the misfit dislocations generated at the SiGe / Si interface are not terminated in the region other than the element formation region (the region serving as the element separation portion), and the threading dislocation 9 reaches the substrate surface ( FIG. 2 (e)).
After that, in the element isolation process by STI, a photoresist (not shown) is formed using a mask for the element isolation process in the same manner as in the first embodiment, the substrate is etched by 500 nm, the oxide film is embedded and CMP is performed between the elements. By forming the separation portion, a substrate free from defects such as the minute holes 6, the threading dislocations 9, and the microcavities 17 can be formed (FIG. 2F). Then, using this substrate, a semiconductor element such as a MOS transistor is formed in the element formation region (FIG. 5).
[0044]
Embodiment 3
Although the Si substrate is used in the first and second embodiments, a semiconductor substrate having the same properties as those in the first and second embodiments is created by using an SOI substrate whose surface layer is a single crystal Si film instead. can do.
When an SOI substrate is used, the surface layer Si film thickness of the SOI substrate needs to be thicker than the distance between the peak position of ion implantation and the SiGe / Si interface, specifically about twice as thick. It is desirable to be.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the element formation region of the Si or SOI substrate, it is a semiconductor substrate having good crystallinity that does not have threading dislocations causing leakage current, and has a sufficient relaxation rate. A semiconductor substrate having a strain relaxation SiGe film layer can be manufactured.
[0046]
In addition, by forming an upper strained Si thin film on the strain-relaxed SiGe film, it is possible to manufacture a semiconductor substrate with improved carrier mobility compared to a conventional Si substrate.
By manufacturing a semiconductor device using this semiconductor substrate, a semiconductor device having excellent performance can be created.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor substrate according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining how threading dislocations are generated from misfit dislocations that are not terminated.
FIG. 4 is a cross-sectional TEM photograph showing a microcavity generated in a Si substrate.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a MOS transistor as a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an atomic arrangement state at the interface between a SiGe film in a lattice-relaxed state and a Si substrate.
[Explanation of symbols]
1: Si substrate (SOI substrate)
2: SiGe film 3: Photoresist (ion implantation preventing film)
4: Implanted ions 5: Furnace apparatus 6: Stacking fault layer 7: Low-temperature silicon oxide film (implantation protective film)
8: Misfit dislocation 9: Threading dislocation 10: SiGe film (111) surface 11: Second SiGe film (intermediate layer semiconductor film)
12: Upper layer Si film 13: Inter-element separation part 14: Si atom 15: Ge atom 16: Edge dislocation 17: Microcavity 18: Polysilicon gate (gate electrode)
19: Gate oxide film 20: Source region 21: Drain region 22: Side wall

Claims (8)

(a)下地Si基板上又は下地SOI基板上にSiGe膜を積層した半導体基板を形成し、
(b)SiGe膜上で素子が形成される領域にイオン注入防止膜をマスクとしてパターン形成し、
(c)イオン注入防止膜が形成された半導体基板について注入イオンのピーク位置がSiGe膜と下地Si基板又は下地SOI基板との界面の基板側にくるようにイオン注入処理を行い、
(d)イオン注入防止膜を除去してアニール処理を施すことにより注入イオンのピーク位置付近に微小空孔を発生させ、素子が形成される領域以外に微小空孔に起因して生じる貫通転位を発生させることを特徴とする半導体基板の製造方法。
(A) forming a semiconductor substrate in which a SiGe film is laminated on an underlying Si substrate or an underlying SOI substrate;
(B) patterning a region on the SiGe film where an element is to be formed using an ion implantation prevention film as a mask ;
(C) An ion implantation process is performed so that the peak position of the implanted ions is on the substrate side of the interface between the SiGe film and the underlying Si substrate or the underlying SOI substrate for the semiconductor substrate on which the ion implantation preventing film is formed ,
(D) By removing the ion implantation preventive film and applying an annealing treatment, microvoids are generated near the peak position of the implanted ions, and threading dislocations caused by the microvoids other than the region where the element is formed A method of manufacturing a semiconductor substrate, characterized by comprising:
(a)工程後、SiGe膜上に注入保護膜を形成し、(b)工程で素子形成領域に対応する注入保護膜上にイオン注入防止膜をパターン形成し、(d)工程でイオン注入防止膜とともに注入保護膜を除去することを特徴とする請求項1に記載の半導体基板の製造方法。  (A) After the step, an implantation protective film is formed on the SiGe film, an ion implantation prevention film is formed on the implantation protective film corresponding to the element formation region in the step (b), and ion implantation prevention is performed in the step (d). The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the implantation protective film is removed together with the film. イオン注入のイオン種が水素、または不活性ガス、IV族元素からなる群の少なくとも1つの元素であることを特徴とする請求項1に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 ion species for ion implantation is at least one element selected from the group consisting of hydrogen, an inert gas, and a group IV element. イオン注入防止膜は、フォトレジスト、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜の少なくともいずれか1つから構成されることを特徴とする請求項1に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 ion implantation preventing film is made of at least one of a photoresist, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. 注入保護膜が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜の少なくともいずれか1つから構成されることを特徴とする請求項2に記載の半導体基板の製造方法。  3. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the implantation protective film is composed of at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. (d)工程後にさらに一層以上の半導体膜を形成することを特徴とする請求項1に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 forming one or more semiconductor films after the step (d). (d)工程後のSiGe膜上または半導体膜上に格子歪を有するSi薄膜を形成することを特徴とする請求項1または請求項6のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。  7. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein a Si thin film having lattice strain is formed on the SiGe film or the semiconductor film after the step (d). 請求項1から7のいずれかの方法により製造された半導体基板の素子形成領域に半導体素子を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。  8. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a semiconductor element in an element forming region of a semiconductor substrate manufactured by the method according to claim 1.
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