JP4345249B2 - Semiconductor substrate, field effect transistor, and manufacturing method thereof - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速MOSFET等に用いられる半導体基板及び電界効果型トランジスタ並びにこれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、Si(シリコン)基板上にSiGe(シリコン・ゲルマニウム)層を介してエピタキシャル成長した歪みSi層をチャネル領域に用いた高速のMOSFET、MODFET、HEMTが提案されている。この歪みSi−FETでは、Siに比べて格子定数の大きいSiGeによりSi層に引っ張り歪みが生じ、そのためSiのバンド構造が変化して縮退が解けてキャリア移動度が高まる。したがって、この歪みSi層をチャネル領域として用いることにより通常の1.3〜8倍程度の高速化が可能になるものである。また、プロセスとしてCZ法による通常のSi基板を基板として使用でき、従来のCMOS工程で高速CMOSを実現可能にするものである。
【0003】
しかしながら、FETのチャネル領域として要望される上記歪みSi層をエピタキシャル成長するには、Si基板上に良質なSiGe層をエピタキシャル成長する必要があるが、SiとSiGeとの格子定数の違いから、転位等により結晶性に問題があった。このために、従来、以下のような種々の提案が行われていた。
【0004】
例えば、SiGeのGe組成比を一定の緩い傾斜で変化させたバッファ層を用いる方法、Ge(ゲルマニウム)組成比をステップ状(階段状)に変化させたバッファ層を用いる方法、Ge組成比を超格子状に変化させたバッファ層を用いる方法及びSiのオフカットウェーハを用いてGe組成比を一定の傾斜で変化させたバッファ層を用いる方法等が提案されている(U.S.Patent 5,442,205、U.S.Patent 5,221,413、PCT WO98/00857、特開平6-252046号公報等)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、以下のような課題が残されている。
すなわち、上記従来の技術を用いて成膜されたSiGe層は、貫通転位密度や表面ラフネスがデバイス及び製造プロセスとして要望されるレベルには及ばない状態であった。
例えば、Ge組成比を傾斜させたバッファ層を用いる場合では、貫通転位密度を比較的低くすることができるが、表面ラフネスが悪化してしまう不都合があり、逆にGe組成比を階段状にしたバッファ層を用いる場合では、表面ラフネスを比較的少なくすることができるが、貫通転位密度が大きくなってしまう不都合があった。また、オフカットウェーハを用いる場合では、転位が成膜方向ではなく横に抜け易くなるが、まだ十分な低転位化を図ることができていない。表面ラフネスについても、近年のLSI等におけるフォトリソグラフィ工程に要求されるレベルにはまだ至っていない。
【0006】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、貫通転位密度を低くかつ表面ラフネスも実用レベルまで小さくすることができる半導体基板及び電界効果型トランジスタ並びにこれらの製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の半導体基板は、Si基板と、
該Si基板上の第1のSiGe層と、
該第1のSiGe層上に直接配された第2のSiGe層とを備え、
前記第1のSiGe層は、膜厚の増加により転位を発生して格子緩和が生ずる膜厚である臨界膜厚の2倍より薄い膜厚であり、
前記第2のSiGe層は、そのGe組成比が前記第1のSiGe層との接触面で第1のSiGe層におけるGe組成比の層中の最大値より低く0とされ、層全体がGe組成比が0から表面に向けて漸次増加した傾斜組成層であることを特徴とする。
また、本発明の半導体基板の製造方法は、Si基板上にSiGe層をエピタキシャル成長させた半導体基板の製造方法であって、
前記Si基板上に、第1のSiGe層をエピタキシャル成長する第1の層形成工程と、
前記第1のSiGe層上に直接第2のSiGe層をエピタキシャル成長する第2の層形成工程とを有し、
前記第1の層形成工程は、膜厚の増加により転位を発生して格子緩和が生ずる膜厚である臨界膜厚の2倍より薄く前記第1のSiGe層の膜厚を設定し、
前記第2の層形成工程は、前記第2のSiGe層のGe組成比を前記第1のSiGe層との接触面で第1のSiGe層におけるGe組成比の層中の最大値より低く0とされ、かつ、層全体がGe組成比が0から表面に向けて漸次増加した傾斜組成層を形成することを特徴とする。
また本発明の前記第2のSiGe層は、層全体がGe組成比が0から0.3まで表面に向けて漸次増加した傾斜組成層であることができる。
すなわち、本発明の半導体基板は、Si基板と、該Si基板上の第1のSiGe層と、該第1のSiGe層上に直接又はSi層を介して配された第2のSiGe層とを備え、前記第1のSiGe層は、膜厚の増加により転位を発生して格子緩和が生ずる膜厚である臨界膜厚の2倍より薄い膜厚であり、前記第2のSiGe層は、そのGe組成比が少なくとも前記第1のSiGe層あるいは前記Si層との接触面で第1のSiGe層におけるGe組成比の層中の最大値より低く、かつ、少なくとも一部にGe組成比が表面に向けて漸次増加した傾斜組成領域を有することを特徴とする。
また、本発明の半導体基板の製造方法は、Si基板上にSiGe層をエピタキシャル成長させた半導体基板の製造方法であって、前記Si基板上に、第1のSiGe層をエピタキシャル成長する第1の層形成工程と、前記第1のSiGe層上に直接又はエピタキシャル成長したSi層を介して第2のSiGe層をエピタキシャル成長する第2の層形成工程とを有し、前記第1の層形成工程は、膜厚の増加により転位を発生して格子緩和が生ずる膜厚である臨界膜厚の2倍より薄く前記第1のSiGe層の膜厚を設定し、前記第2の層形成工程は、前記第2のSiGe層のGe組成比を少なくとも前記第1のSiGe層あるいは前記Siとの接触面で第1のSiGe層におけるGe組成比の層中の最大値より低く、かつ、少なくとも一部にGe組成比が表面に向けて漸次増加した傾斜組成領域を形成することを特徴とする。
また、本発明の半導体基板は、Si基板上にSiGe層が形成された半導体基板であって、上記本発明の半導体基板の製造方法により作製されたことを特徴とする。
【0008】
これらの半導体基板及び半導体基板の製造方法では、膜厚の増加により転位を発生して格子緩和が生ずる膜厚である臨界膜厚の2倍より薄く第1のSiGe層の膜厚を設定し、第2のSiGe層のGe組成比を少なくとも第1のSiGe層あるいは前記Si層との接触面で第1のSiGe層におけるGe組成比の層中の最大値より低く、かつ、第2のSiGe層は少なくとも一部にGe組成比が表面に向けて漸次増加した傾斜組成領域を有するので、Si基板と第1のSiGe層との界面及び第1のSiGe層と第2のSiGe層との界面付近に効率的に転位を集中させることができ、第2のSiGe層表面の貫通転位密度及び表面ラフネスを低減することができる。
【0009】
すなわち、第1のSiGe層が臨界膜厚の2倍より薄く成膜されるため、第1のSiGe層成膜中では膜厚に応じて歪みエネルギーが大きくなるが転位はほとんど生成しない。次に、第2のSiGe層のエピタキシャル成長を始めると、すでに第1のSiGe層に歪みエネルギーが蓄積されているため、第2のSiGe層の膜厚が薄い段階で、転位の生成と成長が、第1のSiGe層両側の界面及び第2のSiGe層内の第1のSiGe層側からはじまり、第1のSiGe層及び第2のSiGe層の格子緩和が始まる。このとき、第2のSiGe層のGe組成比が第1のSiGe層あるいは前記Si層との接触面で第1のSiGe層におけるGe組成比の層中の最大値より低いため、転位は、第1のSiGe層両側の界面に沿って集中し生成し、第1のSiGe層両側の界面における転位の生成が、第2のSiGe層の格子緩和を助け、第2のSiGe層内での転位の生成や成長が抑制されると共に、第2のSiGe層表面の表面ラフネスの悪化も抑制される。
【0010】
さらに、第2のSiGe層の傾斜組成領域では、転位が均等に生成し、転位同士の絡み合いが起こり、傾斜組成領域中の転位密度が減少するとともに、転位の成長が横方向に誘導されることにより表面領域における貫通転位密度が減少し、表面ラフネスの悪化も抑制される効果がある。
従来の第1のSiGe層がない場合の傾斜組成領域では、傾斜組成領域の膜厚が所定の膜厚以上になり臨界膜厚を越えたときに転位の生成がはじまりいったん転位密度の増加を経た後に、さらに傾斜組成祖領域を形成した場合に、前記の効果が得られる。すなわち、従来の構造では、傾斜組成領域の上側の一部の領域においてのみ前記の効果が得られる。
【0011】
一方、第1のSiGe層がある本発明の構造では、すでに第1のSiGe層に歪みエネルギーが蓄積されているため、第2のSiGe層の膜厚が薄い段階で、転位の生成が第2のSiGe層内ではじまるため、第2のSiGe層内の傾斜組成領域全体で前記の効果が得られ、第2のSiGe層の表面領域における貫通転位密度が減少し、表面ラフネスの悪化も抑制される。
さらに、第1のSiGe層は、Si基板表面における水分や酸素成分あるいは炭素成分といった不純物を除去する層として機能し、Si基板の表面汚染に起因した欠陥を抑制する効果がある。
【0012】
なお、第1のSiGe層の成膜中に転位が生成しはじめると、転位が多方向に成長し始めるため、転位の成長する方向を抑制することが困難になり、貫通転位や表面ラフネスを低減させることが難しい。そこで、第1のSiGe層の膜厚は、臨界膜厚の2倍を越えない範囲で、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚より薄い膜厚に設定する必要がある。同時に、第1のSiGe層の膜厚は、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚に近い膜厚であるほど効果的である。実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚は、成膜の温度条件等によって異なる。そこで、それぞれの成膜条件において、臨界膜厚の2倍を越えない範囲で、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚付近で、本発明の効果が効果的に得られる膜厚を選べばよい。
【0013】
また、本発明の半導体基板は、前記第1のSiGe層が、Ge組成比xが一定であり、次の関係式;
(nm)=(1.9×10−3/ε(x))・ln(t/0.4)
ε(x)=(a+0.200326x+0.026174x)/a
=0.543nm(aは、Siの格子定数)
を満たす臨界膜厚tの2倍未満の厚さである技術が採用される。
また、本発明の半導体基板の製造方法は、前記第1の層形成工程において、前記第1のSiGe層のGe組成比xが一定であり、第1のSiGe層を、次の関係式;
(nm)=(1.9×10−3/ε(x))・ln(t/0.4)
ε(x)=(a+0.200326x+0.026174x)/a
=0.543nm(aは、Siの格子定数)
を満たす臨界膜厚tの2倍未満の厚さにする技術が採用される。
また、本発明の半導体基板は、Si基板上にSiGe層が形成された半導体基板であって、上記本発明の半導体基板の製造方法により作製されたことを特徴とする。
【0014】
これらの半導体基板及び半導体基板の製造方法では、第1のSiGe層のGe組成比が一定であるため、同じGe組成比で実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚が最も薄くなり、最も薄い膜厚で本発明の効果が得られ、成膜に要する時間が短いという利点がある。また、これらの半導体基板及び半導体基板の製造方法では、第1のSiGe層を上記関係式を満たす臨界膜厚(成膜温度にかかわらず、Ge組成比及び格子定数のみから算出される転位が発生して格子緩和が生ずる膜厚をいう)tの2倍未満の厚さにすることにより、第1のSiGe層の膜厚を容易に実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚内に設定することができる。
【0015】
すなわち、上記実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚は成膜温度により変化するためGe組成比x及び格子定数のみから理論的に求めた理想的な臨界膜厚tの2倍未満とすれば、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚より薄くなり、本発明の効果を得ることができる。なお、上記臨界膜厚は、平衡状態で成膜されることを前提にしているため、成膜温度にかかわらずGe組成比及び格子定数のみで決定されるが、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚は、平衡状態だけでなく低温成長などの非平衡状態で成膜された場合も含めたものであり、成膜温度に応じて決定される。
【0016】
また、本発明の半導体基板は、前記第1のSiGe層のGe組成比xが0.05以上かつ0.3以下であることが好ましい。
また、本発明の半導体基板の製造方法は、前記第1のSiGe層のGe組成比xが0.05以上かつ0.3以下であることが好ましい。
また、本発明の半導体基板は、Si基板上にSiGe層が形成された半導体基板であって、上記本発明の半導体基板の製造方法により作製されたことを特徴とする。
【0017】
これらの半導体基板及び半導体基板の製造方法では、前記第1のSiGe層のGe組成比xが0.05以上かつ0.3以下であるため、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚が薄すぎたり厚すぎたりすることがなく、適度な厚さの第1のSiGe層で本発明の効果が効果的に得られる。
すなわち、第1のSiGe層のGe組成比xが0.05より小さい場合は、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚が厚くなりすぎるため、第1のSiGe層の成膜に要する時間が長くなり、しかも、第1のSiGe層の表面ラフネスが悪化してしまう。
【0018】
一方、第1のSiGe層のGe組成比xが0.3より大きい場合は、ごく薄い膜厚で、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまってしまうため、第1のSiGe層を制御性よく形成することが難しい。
また、前記第1のSiGe層のGe組成比xが0.05以上かつ0.3以下であれば、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚が適度な厚さとなり、第1のSiGe層両側の界面に沿って転位が集中して生成し、第1のSiGe層両側の界面における転位の生成が、第2のSiGe層の格子緩和を助ける効果を効果的に得られる。
【0019】
また、本発明の半導体基板は、前記第2のSiGe層が前記第1のSiGe層上に直接配され、かつ、層全体がGe組成比が表面に向けて漸次増加して傾斜組成層である構造が採用される。
また、本発明の半導体基板の製造方法は、前記第2のSiGe層が前記第1のSiGe層上に直接配し、かつ、層全体がGe組成比が表面に向けて漸次増加した傾斜組成層とする方法が採用される。
また、本発明の半導体基板は、Si基板上にSiGe層が形成された半導体基板であって、上記本発明の半導体基板の製造方法により作製されたことを特徴とする。
【0020】
これらの半導体基板及び半導体基板の製造方法では、前記第2のSiGe層が前記第1のSiGe層上に直接配され、かつ、層全体がGe組成比が表面に向けて漸次増加した傾斜組成層からなるため、本発明の効果を得るために必要な層が無駄なく配され、最も薄い膜厚で本発明の効果が得られ、成膜に要する時間が短いという利点がある。
【0021】
本発明の半導体基板は、前記SiGe層上に直接又は他のSiGe層を介して歪みSi層をエピタキシャル成長することを特徴とする。
また、本発明の半導体基板の製造方法は、前記SiGe層上に直接又は他のSiGe層を介して歪みSi層をエピタキシャル成長することを特徴とする。
また、本発明の半導体基板は、Si基板上にSiGe層を介して歪みSi層が形成された半導体基板であって、上記本発明の歪みSi層を成長する半導体基板の製造方法により作製されたことを特徴とする。
【0022】
これらの半導体基板及び半導体基板の製造方法では、前記SiGe層上に直接又は他のSiGe層を介して歪みSi層をエピタキシャル成長するので、欠陥が少なく、表面ラフネスの小さな良質な歪みSi層が得られ、例えば歪みSi層をチャネル領域とするMOSFET等を用いた集積回路用の半導体基板及びその製造方法として好適である。
【0023】
本発明の電界効果型トランジスタは、SiGe層上の歪みSi層にチャネル領域を有する電界効果型トランジスタであって、上記本発明の半導体基板の前記歪みSi層に前記チャネル領域を有することを特徴とする。
また、本発明の電界効果型トランジスタの製造方法は、SiGe層上にエピタキシャル成長された歪みSi層にチャネル領域が形成される電界効果型トランジスタの製造方法であって、上記本発明の半導体基板の製造方法により作製された半導体基板の前記歪みSi層に前記チャネル領域を形成することを特徴とする。
また、本発明の電界効果型トランジスタは、SiGe層上にエピタキシャル成長された歪みSi層にチャネル領域が形成される電界効果型トランジスタであって、上記本発明の電界効果型トランジスタの製造方法により作製されたことを特徴とする。
【0024】
これらの電界効果型トランジスタ及び電界効果型トランジスタの製造方法では、上記本発明の半導体基板又は上記本発明の半導体基板の製造方法により作製された半導体基板の前記歪みSi層に前記チャネル領域が形成されるので、良質な歪みSi層により高特性な電界効果型トランジスタを高歩留まりで得ることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る第1実施形態を、図1から図3を参照しながら説明する。
【0026】
図1は、本発明の半導体ウェーハ(半導体基板)Wの断面構造を示すものであり、この半導体ウェーハの構造をその製造プロセスと合わせて説明すると、まず、CZ法等で引上成長して作製されたp型あるいはn型Si基板1上に、図1及び図2に示すように、Ge組成比xが一定(例えばx=0.15)で上述した実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚よりも薄い厚さ(例えば300nm)の第1のSiGe層2を例えば減圧CVD法によりエピタキシャル成長する。
【0027】
この際、第1のSiGe層2が実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚より薄く成膜されるため、第1のSiGe層2成膜中では膜厚に応じて歪みエネルギーが大きくなるが転位や格子緩和はほとんど発生しない。
なお、第1のSiGe層2の厚さは、次の関係式;
(nm)=(1.9×10−3/ε(x))・ln(t/0.4)
ε(x)=(a+0.200326x+0.026174x)/a
=0.543nm(aは、Siの格子定数)
を満たす臨界膜厚tの2倍未満の厚さにする。
【0028】
次に、第1のSiGe層2上に第2のSiGe層3をエピタキシャル成長する。この第2のSiGe層3は、そのGe組成比yが少なくとも第1のSiGe層2との接触面で第1のSiGe層2におけるGe組成比xの層中の最大値より低く設定される。また、第2のSiGe層3は、そのGe組成比yが表面に向けて漸次増える傾斜組成層(例えば、Ge組成比yが0から0.3まで増加する層)(傾斜組成領域)であり、例えば1.1μmの厚さまで成膜される。
【0029】
第2のSiGe層3のエピタキシャル成長を始めると、すでに第1のSiGe層2に歪みエネルギーが蓄積されているため、第2のSiGe層3の膜厚が薄い段階で、転位の生成と成長が、第1のSiGe層2両側の界面及び第2のSiGe層3内の第1のSiGe層2側からはじまり、第1のSiGe層2及び第2のSiGe層3の格子緩和が始まる。このとき、第2のSiGe層3のGe組成比が第1のSiGe層2の接触面で第1のSiGe層2におけるGe組成比の層中の最大値より低いため、転位は、第1のSiGe層2両側の界面2a、2bに沿って集中し生成し、第1のSiGe層2両側の界面2a、2bにおける転位の生成が、第2のSiGe層3の格子緩和を助け、第2のSiGe層3内での転位の生成や成長が抑制されると共に、第2のSiGe層3表面の表面ラフネスの悪化も抑制される。
【0030】
さらに、Ge組成比zが第2のSiGe層3の最終的なGe組成比と同じ(例えば、zが0.3)で一定組成比のSiGe緩和層4を所定厚さ(例えば、0.4μm)だけエピタキシャル成長し、次に、該SiGe緩和層4上に単結晶Siをエピタキシャル成長して歪みSi層5を所定厚さ(例えば、20nm)だけ形成することにより、本実施形態の半導体ウェーハWが作製される。
【0031】
なお、上記減圧CVD法による成膜は、キャリアガスとしてHを用い、ソースガスとしてSiH及びGeHを用いている。
【0032】
このように本実施形態の半導体ウェーハWでは、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚より薄く第1のSiGe層2の膜厚を設定し、第2のSiGe層3のGe組成比yを少なくとも第1のSiGe層2との接触面で第1のSiGe層2におけるGe組成比xの層中の最大値より低くするので、Si基板1と第1のSiGe層2との界面2a及び第1のSiGe層2と第2のSiGe層3との界面2bに効率的に転位を集中させることができ、貫通転位密度及び表面ラフネスを低減すること等ができる。
【0033】
また、第1のSiGe層2のGe組成比が一定であるため、同じGe組成比で実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚が最も薄くなり、最も薄い膜厚で本発明の効果が得られ、成膜に要する時間が短いという利点がある。
また、第1のSiGe層2を上記関係式を満たす臨界膜厚tの2倍未満の厚さにすることにより、後述する実験結果に基づいて、第1のSiGe層2の膜厚を容易に実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚内に設定することができる。
【0034】
また、本実施形態では、第2のSiGe層3がGe組成比を漸次増加させた傾斜組成層(傾斜組成領域)とされることにより、転位が均等に生成し、転位同士の絡み合いが起こり、第2のSiGe層3中の転位密度が減少するとともに、転位の成長が横方向に誘導されることにより表面領域における貫通転位密度が減少し、表面ラフネスの悪化も抑制される効果がある。
【0035】
また、本実施形態では、第2のSiGe層3の成膜前にすでに第1のSiGe層2に歪みエネルギーが蓄積されているため、第2のSiGe層3の膜厚が薄い段階で、転位の生成が第2のSiGe層3内ではじまるため、第2のSiGe層3内の傾斜組成領域全体で前記の効果が得られ、第2のSiGe層3の表面領域における貫通転位密度が減少し、表面ラフネスの悪化も抑制される。
さらに、第1のSiGe層2は、Si基板1表面における水分や酸素成分あるいは炭素成分といった不純物を除去する層として機能し、Si基板1の表面汚染に起因した欠陥を抑制する効果がある。
【0036】
次に、本発明の上記半導体ウェーハWを用いた電界効果型トランジスタ(MOSFET)を、その製造プロセスと合わせて図3を参照して説明する。
【0037】
図3は、本発明の電界効果型トランジスタの概略的な構造を示すものであって、この電界効果型トランジスタを製造するには、上記の製造工程で作製した半導体ウェーハW表面の歪みSi層5上にSiOのゲート酸化膜6及びゲートポリシリコン膜7を順次堆積する。そして、チャネル領域となる部分上のゲートポリシリコン膜7上にゲート電極(図示略)をパターニングして形成する。
【0038】
次に、ゲート酸化膜6もパターニングしてゲート電極下以外の部分を除去する。さらに、ゲート電極をマスクに用いたイオン注入により、歪みSi層5及び緩和層4にn型あるいはp型のソース領域S及びドレイン領域Dを自己整合的に形成する。この後、ソース領域S及びドレイン領域D上にソース電極及びドレイン電極(図示略)をそれぞれ形成して、歪みSi層5がチャネル領域となるn型あるいはp型MOSFETが製造される。
【0039】
このように作製されたMOSFETでは、上記製法で作製された半導体ウェーハW上の歪みSi層5にチャネル領域が形成されるので、良質な歪みSi層5により高特性なMOSFETを高歩留まりで得ることができる。
【0040】
次に、本発明に係る第2実施形態について、図4を参照して説明する。
【0041】
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態における第1のSiGe層2では、Ge組成比が一定に設定されているのに対し、第2実施形態では、図4に示すように、第1のSiGe層12のGe組成比xをSi基板1との接触面で層中の最大値とし、Ge組成比xを漸次減少させている点である。
【0042】
すなわち、本実施形態では、第1のSiGe層12の形成工程において、成膜開始時ではGe組成比xを0.3とし、その後徐々に減少させて最終的にはGe組成比xをほぼ0まで変化させ、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚より薄い所定厚さ(例えば、350nm)だけ成長させた傾斜組成層とする。
【0043】
本実施形態では、第1のSiGe層12のGe組成比xをSi基板1との接触面で層中の最大値とすることにより、成膜時の歪みエネルギーがSi基板1との界面側に集中することになり、第2のSiGe層3成膜開始時に生じる格子緩和の際に、第2のSiGe層3との界面よりもSi基板1との界面に多くの転位を発生させることができる。これにより、第2のSiGe層3表面側から離れた位置に転位を集中させることができ、第1実施形態と同様に、貫通転位や表面ラフネスを低減させることが可能になる。
【0044】
次に、本発明に係る第3実施形態について、図5を参照して説明する。
【0045】
第3実施形態と第2実施形態との異なる点は、第2実施形態の第2のSiGe層12が、Ge組成比を漸次減少させた傾斜組成層であるのに対し、第3実施形態では、図5に示すように、第1のSiGe層22の形成工程において、成膜開始時ではGe組成比xを0.3とし、その後徐々に減少させてGe組成比xをほぼ0まで変化させて所定厚さ(例えば、350nm)成膜した後、さらに再びGe組成比xを徐々に増加させて最終的に0.3まで所定厚さ(例えば、350nm)成膜した組成変化層とした点で異なっている。
【0046】
なお、この第1のSiGe層22の厚さも、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚より薄く設定する。
この第3実施形態においても、第1のSiGe層22のGe組成比xがSi基板1及び第2のSiGe層3との接触面で層中の最大値となるので、第1実施形態と同様に、Si基板1及び第2のSiGe層3との界面に多くの転位を発生させることができる。
【0047】
次に、本発明に係る第4実施形態及び第5実施形態について、図6及び図7を参照して説明する。
【0048】
第4実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態における第1のSiGe層2では、Ge組成比が一定に設定されているのに対し、第4実施形態では、図6に示すように、第1のSiGe層32のGe組成比xをほぼ0から徐々に増加させて最終的に0.3まで実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚より薄い所定厚さ(例えば、350nm)成膜している点である。
【0049】
また、第5実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態における第1のSiGe層2では、Ge組成比が一定に設定されているのに対し、第5実施形態では、図7に示すように、第1のSiGe層42のGe組成比xをほぼ0から徐々に増加させて0.3まで所定厚さ(例えば、350nm)成膜し、さらにその後Ge組成比xを0.3から徐々に減少させてほぼ0まで所定厚さ(例えば、350nm)成膜している点である。なお、第1のSiGe層42の厚さは、実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚より薄く設定される。
【0050】
これらの第4及び第5実施形態では、いずれも第1のSiGe層32、42が実際に転位の生成や格子緩和が顕著にはじまる膜厚より薄い膜厚で形成されるので、第2のSiGe層3の成膜時に第1のSiGe層32、42の両側の界面に転位が集中的に発生し、貫通転位や表面ラフネスを低減することができる。なお、第4及び第5実施形態では、第1のSiGe層32、42の層中におけるGe組成比の最大値がSi基板1との界面側にないため、第1及び第2実施形態の方が、より貫通転位及び表面ラフネスの改善効果を得ることができる。
【0051】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【0052】
例えば、上記各実施形態では、第1のSiGe層中において膜厚に対するGe組成比の分布として5通りの分布としたが、他の分布としても構わない。例えば、第1のSiGe層をGe組成比が異なる複数のSiGe層からなる多層膜としても構わない。また、前記多層膜でSi層を含む多層膜としても構わない。
また、上記各実施形態では、第1のSiGe層内でGe組成比を変化させる場合、膜厚に対して一定割合で蘇生を変化させたが、その割合を一定でなくした構造としても構わない。
さらに、第1のSiGe層は、Geを含む層であり、歪みエネルギーを蓄積できればよく、これら以外のいかなるGe組成比の分布であっても構わない。
【0053】
また、上記各実施形態では、第2のSiGe層全体をGe組成比が漸次増加する傾斜組成層としたが、傾斜組成層と均一組成層とからなる多層構造の層としても構わない。また、Si層を含む多層膜としても構わない。
また、上記各実施形態では、第2のSiGe層内でGe組成比を表面に向けて漸次増加させた傾斜組成領域を、膜厚に対して一定割合で組成を変化させたが、その割合を一定でなくした構造としても構わない。また、その組成傾斜を階段状のGe組成比の変化としても構わない。
また、上記各実施形態では、第1のSiGe層上に直接第2のSiGe層を配したが、Si層を介して第2のSiGe層を配しても構わない。
また、上記各実施形態の半導体ウェーハWの歪みSi層上に、さらにSiGe層を成膜しても構わない。
【0054】
また、上記各実施形態では、MOSFET用の基板としてSiGe層を有する半導体ウェーハを作製したが、他の用途に適用する基板としても構わない。例えば、本発明の半導体基板の製造方法及び半導体基板を太陽電池用の基板に適用してもよい。すなわち、上述した各実施形態のSi基板上に最表面で100%GeとなるようにGe組成比を漸次増加させた傾斜組成層のSiGe層を成膜し、さらにこの上にGaAs(ガリウムヒ素)を成膜することで、太陽電池用基板を作製してもよい。この場合、低転位密度で高特性の太陽電池用基板が得られる。
【0055】
【実施例】
次に、本発明に係る半導体基板を実際に作製した際のSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)による分析結果、貫通転位密度、表面ラフネス及び表面光学顕微鏡写真の観察結果を説明する。
【0056】
作製した半導体基板は、上記第1実施形態に対応するものであって、第1のSiGe層2のGe組成比を0.1,0.15、0.2とし、膜厚を変えて複数作製したものである。なお、比較のために従来技術、すなわち第1のSiGe層がないものも作製した。
【0057】
これらの半導体基板のうち、第1のSiGe層の膜厚を300nmとした基板について、膜厚に対するGe組成比の分布をSIMSにより分析した結果を図8に示す。
これらの半導体基板の貫通転位密度及び表面ラフネスの測定結果を、それぞれ図9及び図10に示す。なお、貫通転位密度は、エッチピット密度で示し、表面ラフネスは、RMS(Root Mean Square)で示している。
これらの図からもわかるように、従来技術(第1のSiGe層の厚さ0)の場合に比べて、第1のSiGe層の膜厚が少なくとも臨界膜厚tの2倍未満である場合、貫通転位密度及び表面ラフネスのいずれも低減されている。
【0058】
また、従来技術(第1のSiGe層の厚さ0)の場合及び上記実施例のう第1のSiGe層のGe組成比が0.2で第1のSiGe層の厚さが50nmの場合とについて、表面光学顕微鏡写真をそれぞれ図11及び図12に示す。
これらの図からもわかるように、従来技術の場合に比べて本実施例の場合は、エッチピットの暗点が非常に少なくなっている。
なお、これらの本発明の実施例について、TEM像を観察した結果、第1のSiGe層とSi基板との界面及び第1のSiGe層と第2のSiGe層との界面に多くの転位が発生し、第2のSiGe層の表面側には転位が非常に少ないことが確認できた。
【0059】
また、上記第2〜第5実施形態に対応する半導体基板を実際に作製し、上記と同様に、表面ラフネスを測定した結果を、図13の表に示す。なお、いずれも第1のSiGe層の最大Ge組成比は0.2とし、膜厚を350nmとしている。図13からわかるように、これらの実施例において、第2実施形態及び第3実施形態に対応する実施例が、他の実施例よりも良好な結果を得ている。第2実施形態に対応する実施例について、第1のSiGe層の膜厚に対する貫通転位密度及び表面ラフネスの測定結果を、それぞれ図14及び図15に示す。第1実施形態の場合と同様に、従来技術(第1のSiGe層の厚さ0)の場合に比べて、第1のSiGe層の膜厚が少なくとも臨界膜厚tの2倍未満である場合、貫通転位密度及び表面ラフネスのいずれも低減されている。
【0060】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明の半導体基板及び半導体基板の製造方法によれば、膜厚の増加により転位を発生して格子緩和が生ずる膜厚である臨界膜厚の2倍より薄く第1のSiGe層の膜厚を設定し、第2のSiGe層のGe組成比を少なくとも第1のSiGe層あるいは前記Si層との接触面で第1のSiGe層におけるGe組成比の層中の最大値より低く、かつ、第2のSiGe層は少なくとも一部にGe組成比が表面に向けて漸次増加した傾斜組成領域を有するので、Si基板と第1のSiGe層との界面及び第1のSiGe層と第2のSiGe層との界面付近に効率的に転位を集中させることができ、第2のSiGe層表面の貫通転位密度及び表面ラフネスを低減することができる。
【0061】
また、本発明の歪みSi層を備えた半導体基板及びその製造方法によれば、前記SiGe層上に直接又は他のSiGe層を介して歪みSi層をエピタキシャル成長するので、表面状態が良好なSiGe層上にSi層を成膜でき、欠陥が少なく、表面ラフネスの小さな良質な歪みSi層を形成することができる。
【0062】
また、本発明の電界効果型トランジスタ及び電界効果型トランジスタの製造方法によれば、上記本発明の半導体基板又は上記本発明の半導体基板の製造方法により作製された半導体基板の前記歪みSi層に前記チャネル領域が形成されるので、良質な歪みSi層により高特性なMOSFETを高歩留まりで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る第1実施形態における半導体基板を示す断面図である。
【図2】 本発明に係る第1実施形態における半導体基板の膜厚に対するGe組成比を示すグラフである。
【図3】 本発明に係る第1実施形態におけるMOSFETを示す概略的な断面図である。
【図4】 本発明に係る第2実施形態における半導体基板の膜厚に対するGe組成比を示すグラフである。
【図5】 本発明に係る第3実施形態における半導体基板の膜厚に対するGe組成比を示すグラフである。
【図6】 本発明に係る第4実施形態における半導体基板の膜厚に対するGe組成比を示すグラフである。
【図7】 本発明に係る第5実施形態における半導体基板の膜厚に対するGe組成比を示すグラフである。
【図8】 本発明に係る第1実施形態に対応する実施例における半導体基板のうち、第1のSiGe層の膜厚を300nmとした基板について、膜厚に対するGe組成比の分布をSIMSにより分析した結果を示すグラフである。
【図9】 本発明に係る第1実施形態に対応する実施例における第1のSiGe層の膜厚に対する貫通転位密度を示すグラフである。
【図10】 本発明に係る第1実施形態に対応する実施例における第1のSiGe層の膜厚に対する表面ラフネスを示すグラフである。
【図11】 本発明に係る従来例における表面の光学顕微鏡写真である。
【図12】 本発明に係る第1実施形態に対応する実施例における表面の光学顕微鏡写真である。
【図13】 本発明に係る第2〜5実施形態に対応する実施例におけるそれぞれの表面ラフネスを示す表である。
【図14】 本発明に係る第2実施形態に対応する実施例における第1のSiGe層の膜厚に対する貫通転位密度の測定結果を示すグラフである。
【図15】 本発明に係る第2実施形態に対応する実施例における第1のSiGe層の膜厚に対する表面ラフネスの測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1 Si基板
2、12、22、32、42 第1のSiGe層
3 第2のSiGe層(傾斜組成領域)
4 SiGe緩和層
5 歪みSi層
6 SiOゲート酸化膜
7 ゲートポリシリコン膜
S ソース領域
D ドレイン領域
W 半導体ウェーハ(半導体基板)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor substrate and a field effect transistor used for a high-speed MOSFET and the like, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, high-speed MOSFETs, MODFETs, and HEMTs using a strained Si layer epitaxially grown on a Si (silicon) substrate via a SiGe (silicon-germanium) layer as a channel region have been proposed. In this strained Si-FET, tensile strain is generated in the Si layer due to SiGe having a larger lattice constant than Si, so that the band structure of Si is changed, the degeneracy is solved, and the carrier mobility is increased. Therefore, by using this strained Si layer as the channel region, the speed can be increased by about 1.3 to 8 times the normal speed. Further, a normal Si substrate by the CZ method can be used as a substrate as a process, and a high-speed CMOS can be realized by a conventional CMOS process.
[0003]
However, in order to epitaxially grow the strained Si layer required as the channel region of the FET, it is necessary to epitaxially grow a high-quality SiGe layer on the Si substrate, but due to the difference in lattice constant between Si and SiGe, There was a problem with crystallinity. For this purpose, various proposals have been made in the past.
[0004]
For example, a method using a buffer layer in which the Ge composition ratio of SiGe is changed with a constant gentle slope, a method using a buffer layer in which the Ge (germanium) composition ratio is changed stepwise (stepped), and a Ge composition ratio exceeding There have been proposed a method using a buffer layer changed into a lattice shape and a method using a buffer layer in which the Ge composition ratio is changed at a constant gradient using a Si off-cut wafer (US Patent 5,442,205, US Patent 5,221,413, PCT). WO98 / 00857, JP-A-62-252046, etc.).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the following problems remain in the conventional technology.
That is, the SiGe layer formed by using the above-described conventional technique is in a state where the threading dislocation density and the surface roughness do not reach the level required for the device and the manufacturing process.
For example, in the case of using a buffer layer in which the Ge composition ratio is inclined, the threading dislocation density can be made relatively low, but there is a disadvantage that the surface roughness is deteriorated, and conversely, the Ge composition ratio is stepped. When the buffer layer is used, the surface roughness can be relatively reduced, but there is a disadvantage that the threading dislocation density increases. Further, in the case of using an off-cut wafer, dislocations easily escape laterally rather than in the film forming direction, but a sufficiently low dislocation has not yet been achieved. The surface roughness has not yet reached the level required for the photolithography process in recent LSI or the like.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor substrate, a field effect transistor, and a manufacturing method thereof, which can reduce threading dislocation density and surface roughness to a practical level. And
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems.
That is, the semiconductor substrate of the present invention includes a Si substrate,
A first SiGe layer on the Si substrate;
A second SiGe layer disposed directly on the first SiGe layer;
The first SiGe layer is thinner than twice the critical film thickness, which is a film thickness in which dislocation occurs due to an increase in film thickness and lattice relaxation occurs.
The Ge composition ratio of the second SiGe layer is 0 lower than the maximum value of the Ge composition ratio in the first SiGe layer at the contact surface with the first SiGe layer, and the entire layer has a Ge composition. The gradient composition layer has a ratio that gradually increases from 0 toward the surface.
The method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor substrate in which a SiGe layer is epitaxially grown on a Si substrate,
A first layer forming step of epitaxially growing a first SiGe layer on the Si substrate;
A second layer forming step of epitaxially growing a second SiGe layer directly on the first SiGe layer,
In the first layer forming step, the thickness of the first SiGe layer is set to be less than twice the critical thickness, which is a thickness at which dislocation occurs due to an increase in thickness and lattice relaxation occurs.
In the second layer forming step, the Ge composition ratio of the second SiGe layer is set to 0 lower than the maximum value in the layer of the Ge composition ratio of the first SiGe layer at the contact surface with the first SiGe layer. In addition, the entire layer forms a gradient composition layer in which the Ge composition ratio gradually increases from 0 toward the surface.
Further, the second SiGe layer of the present invention may be a gradient composition layer in which the entire layer gradually increases from the Ge composition ratio toward the surface from 0 to 0.3.
That is, the semiconductor substrate of the present invention includes a Si substrate, a first SiGe layer on the Si substrate, and a second SiGe layer disposed on the first SiGe layer directly or via the Si layer. The first SiGe layer is thinner than twice the critical thickness, which is a thickness at which dislocation occurs due to an increase in thickness and lattice relaxation occurs, and the second SiGe layer The Ge composition ratio is lower than the maximum value of the Ge composition ratio in the first SiGe layer at least at the contact surface with the first SiGe layer or the Si layer, and at least partly the Ge composition ratio is on the surface. It has the gradient composition area | region which increased gradually toward the direction.
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor substrate in which a SiGe layer is epitaxially grown on a Si substrate, wherein the first layer is formed by epitaxially growing a first SiGe layer on the Si substrate. And a second layer forming step of epitaxially growing a second SiGe layer directly or via an epitaxially grown Si layer on the first SiGe layer, the first layer forming step comprising: The film thickness of the first SiGe layer is set to be less than twice the critical film thickness, which is a film thickness that causes dislocation due to the increase in the lattice relaxation, and the second layer forming step includes the second layer forming step. The Ge composition ratio of the SiGe layer is lower than the maximum value in the layer of the Ge composition ratio of the first SiGe layer at least at the contact surface with the first SiGe layer or the Si, and at least partly Ge. Formation ratio and forming a graded composition region gradually increased toward the surface.
The semiconductor substrate of the present invention is a semiconductor substrate in which a SiGe layer is formed on a Si substrate, and is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention.
[0008]
In these semiconductor substrates and semiconductor substrate manufacturing methods, the thickness of the first SiGe layer is set to be less than twice the critical thickness, which is the thickness at which dislocation occurs due to the increase in thickness and lattice relaxation occurs. The Ge composition ratio of the second SiGe layer is lower than the maximum value in the layer of the Ge composition ratio of the first SiGe layer at least in contact with the first SiGe layer or the Si layer, and the second SiGe layer Has a gradient composition region in which the Ge composition ratio gradually increases toward the surface at least partially, so that the interface between the Si substrate and the first SiGe layer and the vicinity of the interface between the first SiGe layer and the second SiGe layer Thus, dislocations can be efficiently concentrated, and threading dislocation density and surface roughness on the surface of the second SiGe layer can be reduced.
[0009]
That is, since the first SiGe layer is formed to be thinner than twice the critical film thickness, strain energy increases in accordance with the film thickness during the first SiGe layer film formation, but almost no dislocation is generated. Next, when the epitaxial growth of the second SiGe layer is started, strain energy has already been accumulated in the first SiGe layer, and therefore, the generation and growth of dislocations occurs when the thickness of the second SiGe layer is thin. Starting from the interfaces on both sides of the first SiGe layer and the first SiGe layer side in the second SiGe layer, lattice relaxation of the first SiGe layer and the second SiGe layer starts. At this time, since the Ge composition ratio of the second SiGe layer is lower than the maximum value in the layer of the Ge composition ratio in the first SiGe layer at the contact surface with the first SiGe layer or the Si layer, the dislocation is The formation of dislocations at the interfaces on both sides of the first SiGe layer helps the lattice relaxation of the second SiGe layer, and the generation of dislocations in the second SiGe layer. Generation and growth are suppressed, and deterioration of the surface roughness of the second SiGe layer surface is also suppressed.
[0010]
Furthermore, in the graded composition region of the second SiGe layer, dislocations are generated uniformly, entanglement between the dislocations occurs, the dislocation density in the graded composition region decreases, and the growth of dislocations is induced in the lateral direction. As a result, the threading dislocation density in the surface region is reduced, and the deterioration of the surface roughness is suppressed.
In the gradient composition region without the conventional first SiGe layer, dislocation generation starts when the thickness of the gradient composition region exceeds a predetermined thickness and exceeds the critical film thickness , and once the dislocation density is increased. After the elapse of time, the above-described effect can be obtained when a gradient composition ancestor region is further formed. That is, in the conventional structure, the above-described effect can be obtained only in a partial region above the gradient composition region.
[0011]
On the other hand, in the structure of the present invention having the first SiGe layer, since the strain energy is already accumulated in the first SiGe layer, the generation of dislocation is second when the second SiGe layer is thin. Therefore, the above effect is obtained in the entire gradient composition region in the second SiGe layer, the threading dislocation density in the surface region of the second SiGe layer is reduced, and the deterioration of the surface roughness is suppressed. The
Furthermore, the first SiGe layer functions as a layer that removes impurities such as moisture, oxygen components, and carbon components on the surface of the Si substrate, and has an effect of suppressing defects due to surface contamination of the Si substrate.
[0012]
If dislocations begin to form during the formation of the first SiGe layer, dislocations begin to grow in multiple directions, making it difficult to suppress the direction of dislocation growth and reducing threading dislocations and surface roughness. It is difficult to let Therefore, the thickness of the first SiGe layer needs to be set to a thickness smaller than the thickness at which dislocation generation or lattice relaxation starts to be noticeable within a range not exceeding twice the critical thickness. At the same time, the film thickness of the first SiGe layer is more effective as the film thickness is closer to the film thickness at which dislocation generation and lattice relaxation are actually noticeable. The film thickness at which dislocation generation and lattice relaxation are actually noticeable varies depending on the temperature condition of the film formation. Therefore, in each film forming condition, a film thickness in which the effects of the present invention can be effectively obtained in the vicinity of the film thickness where the generation of dislocations and lattice relaxation starts remarkably within a range not exceeding twice the critical film thickness. You can choose.
[0013]
In the semiconductor substrate of the present invention, the first SiGe layer has a constant Ge composition ratio x, and the following relational expression:
t c (nm) = (1.9 × 10 −3 / ε (x) 2 ) · ln (t c /0.4)
ε (x) = (a 0 + 0.200326x + 0.026174x 2 ) / a 0 )
a 0 = 0.543 nm (a 0 is the lattice constant of Si)
A technique that is less than twice the critical film thickness t c that satisfies the above is adopted.
In the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, the Ge composition ratio x of the first SiGe layer is constant in the first layer forming step, and the first SiGe layer is expressed by the following relational expression:
t c (nm) = (1.9 × 10 −3 / ε (x) 2 ) · ln (t c /0.4)
ε (x) = (a 0 + 0.200326x + 0.026174x 2 ) / a 0 )
a 0 = 0.543 nm (a 0 is the lattice constant of Si)
Technique to a thickness of less than twice the critical thickness t c that satisfies is employed.
The semiconductor substrate of the present invention is a semiconductor substrate in which a SiGe layer is formed on a Si substrate, and is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention.
[0014]
In these semiconductor substrates and semiconductor substrate manufacturing methods, since the Ge composition ratio of the first SiGe layer is constant, the film thickness at which dislocation generation or lattice relaxation starts to be noticeable at the same Ge composition ratio is the thinnest. The effects of the present invention can be obtained with the thinnest film thickness, and there are advantages that the time required for film formation is short. Further, in these semiconductor substrates and semiconductor substrate manufacturing methods, the critical thickness of the first SiGe layer satisfying the above relational expression (dislocations calculated only from the Ge composition ratio and the lattice constant occur regardless of the deposition temperature). and refers to a film thickness lattice relaxation occurs in) by the less than twice the thickness of t c, the thickness of the film thickness of the first SiGe layer is readily actual dislocation generation and lattice relaxation begins to significantly Can be set within.
[0015]
That is, since the thickness starting remarkable generation and lattice relaxation of the actual dislocation varies with deposition temperature, 2 of only the Ge composition ratio x and the lattice constant of the theoretically obtained ideal critical thickness t c If it is less than double, the film thickness becomes smaller than the film thickness at which dislocation generation and lattice relaxation actually start remarkably, and the effects of the present invention can be obtained. Since the critical film thickness is assumed to be formed in an equilibrium state, it is determined only by the Ge composition ratio and the lattice constant regardless of the film formation temperature. The film thickness at which the film starts remarkably includes not only the equilibrium state but also the case where the film is formed in a non-equilibrium state such as low-temperature growth, and is determined according to the deposition temperature.
[0016]
In the semiconductor substrate of the present invention, the Ge composition ratio x of the first SiGe layer is preferably 0.05 or more and 0.3 or less.
In the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, the Ge composition ratio x of the first SiGe layer is preferably 0.05 or more and 0.3 or less.
The semiconductor substrate of the present invention is a semiconductor substrate in which a SiGe layer is formed on a Si substrate, and is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention.
[0017]
In these semiconductor substrates and semiconductor substrate manufacturing methods, since the Ge composition ratio x of the first SiGe layer is 0.05 or more and 0.3 or less, a film in which dislocation generation and lattice relaxation are actually remarkably started. The effect of the present invention can be effectively obtained with the first SiGe layer having an appropriate thickness without being too thin or too thick.
That is, when the Ge composition ratio x of the first SiGe layer is smaller than 0.05, the film thickness at which dislocation generation or lattice relaxation actually starts remarkably becomes too thick, so that the first SiGe layer is formed. The time required is increased, and the surface roughness of the first SiGe layer is deteriorated.
[0018]
On the other hand, when the Ge composition ratio x of the first SiGe layer is larger than 0.3, the generation of dislocations and lattice relaxation actually starts remarkably with a very thin film thickness, so the first SiGe layer is controlled. It is difficult to form well.
In addition, when the Ge composition ratio x of the first SiGe layer is 0.05 or more and 0.3 or less, the film thickness at which dislocation generation and lattice relaxation are actually noticeable becomes an appropriate thickness. Dislocations are concentrated and formed along the interfaces on both sides of the SiGe layer, and the generation of dislocations at the interfaces on both sides of the first SiGe layer effectively provides an effect of assisting lattice relaxation of the second SiGe layer.
[0019]
In the semiconductor substrate of the present invention, the second SiGe layer is directly disposed on the first SiGe layer, and the entire layer is a graded composition layer in which the Ge composition ratio gradually increases toward the surface. Structure is adopted.
Further, in the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, the second SiGe layer is directly disposed on the first SiGe layer, and the entire layer has a gradient composition layer in which the Ge composition ratio gradually increases toward the surface. The method is adopted.
The semiconductor substrate of the present invention is a semiconductor substrate in which a SiGe layer is formed on a Si substrate, and is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention.
[0020]
In these semiconductor substrates and semiconductor substrate manufacturing methods, the second SiGe layer is directly disposed on the first SiGe layer, and the entire layer has a graded composition layer in which the Ge composition ratio gradually increases toward the surface. Therefore, the layers necessary for obtaining the effects of the present invention are disposed without waste, and the effects of the present invention can be obtained with the thinnest film thickness, and the time required for film formation is short.
[0021]
The semiconductor substrate of the present invention is characterized in that a strained Si layer is epitaxially grown directly on the SiGe layer or via another SiGe layer.
The semiconductor substrate manufacturing method of the present invention is characterized in that a strained Si layer is epitaxially grown directly on the SiGe layer or via another SiGe layer.
The semiconductor substrate of the present invention is a semiconductor substrate in which a strained Si layer is formed on a Si substrate via a SiGe layer, and is produced by the semiconductor substrate manufacturing method for growing the strained Si layer of the present invention. It is characterized by that.
[0022]
In these semiconductor substrates and semiconductor substrate manufacturing methods, a strained Si layer is epitaxially grown directly on the SiGe layer or via another SiGe layer, so that a high-quality strained Si layer with few defects and small surface roughness can be obtained. For example, it is suitable as a semiconductor substrate for an integrated circuit using a MOSFET or the like having a strained Si layer as a channel region and a manufacturing method thereof.
[0023]
The field effect transistor of the present invention is a field effect transistor having a channel region in a strained Si layer on a SiGe layer, wherein the strained Si layer of the semiconductor substrate of the present invention has the channel region. To do.
The field effect transistor manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing a field effect transistor in which a channel region is formed in a strained Si layer epitaxially grown on a SiGe layer, wherein the semiconductor substrate of the present invention is manufactured. The channel region is formed in the strained Si layer of the semiconductor substrate manufactured by the method.
The field effect transistor of the present invention is a field effect transistor in which a channel region is formed in a strained Si layer epitaxially grown on a SiGe layer, and is manufactured by the method for manufacturing a field effect transistor of the present invention. It is characterized by that.
[0024]
In the field effect transistor and the method of manufacturing the field effect transistor, the channel region is formed in the semiconductor substrate of the present invention or the strained Si layer of the semiconductor substrate manufactured by the method of manufacturing the semiconductor substrate of the present invention. Therefore, a high-performance field effect transistor can be obtained with a high yield by using a high-quality strained Si layer.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0026]
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a semiconductor wafer (semiconductor substrate) W of the present invention. The structure of this semiconductor wafer will be described together with its manufacturing process. On the p-type or n-type Si substrate 1, as shown in FIGS. 1 and 2, the above-described actual generation of dislocations and lattice relaxation are remarkable with the Ge composition ratio x being constant (eg, x = 0.15). The first SiGe layer 2 having a thickness (for example, 300 nm) thinner than the starting film thickness is epitaxially grown by, for example, a low pressure CVD method.
[0027]
At this time, since the first SiGe layer 2 is formed to be thinner than the film thickness at which dislocation generation and lattice relaxation start to be noticeable, strain energy depends on the film thickness during the first SiGe layer 2 film formation. Although it becomes large, dislocation and lattice relaxation hardly occur.
Note that the thickness of the first SiGe layer 2 is expressed by the following relational expression:
t c (nm) = (1.9 × 10 −3 / ε (x) 2 ) · ln (t c /0.4)
ε (x) = (a 0 + 0.200326x + 0.026174x 2 ) / a 0 )
a 0 = 0.543 nm (a 0 is the lattice constant of Si)
The thickness is less than twice the critical film thickness t c that satisfies the above condition.
[0028]
Next, the second SiGe layer 3 is epitaxially grown on the first SiGe layer 2. The Ge composition ratio y of the second SiGe layer 3 is set lower than the maximum value in the layer of the Ge composition ratio x in the first SiGe layer 2 at least at the contact surface with the first SiGe layer 2. The second SiGe layer 3 is a gradient composition layer (for example, a layer in which the Ge composition ratio y increases from 0 to 0.3) (gradient composition region) whose Ge composition ratio y gradually increases toward the surface. For example, the film is formed to a thickness of 1.1 μm.
[0029]
When the epitaxial growth of the second SiGe layer 3 is started, strain energy is already accumulated in the first SiGe layer 2, so that dislocation generation and growth occurs at a stage where the thickness of the second SiGe layer 3 is thin. Lattice relaxation of the first SiGe layer 2 and the second SiGe layer 3 starts from the interfaces on both sides of the first SiGe layer 2 and the first SiGe layer 2 side in the second SiGe layer 3. At this time, since the Ge composition ratio of the second SiGe layer 3 is lower than the maximum value in the layer of the Ge composition ratio in the first SiGe layer 2 at the contact surface of the first SiGe layer 2, the dislocation is The generation of dislocations at the interfaces 2a and 2b on both sides of the first SiGe layer 2 helps the lattice relaxation of the second SiGe layer 3 by being concentrated and generated along the interfaces 2a and 2b on both sides of the SiGe layer 2. Generation and growth of dislocations in the SiGe layer 3 are suppressed, and deterioration of the surface roughness on the surface of the second SiGe layer 3 is also suppressed.
[0030]
Further, the SiGe relaxation layer 4 having the same composition ratio z as the final Ge composition ratio of the second SiGe layer 3 (for example, z is 0.3) and a constant composition ratio has a predetermined thickness (for example, 0.4 μm). ) And then epitaxial growth of single crystal Si on the SiGe relaxation layer 4 to form the strained Si layer 5 by a predetermined thickness (for example, 20 nm), thereby producing the semiconductor wafer W of the present embodiment. Is done.
[0031]
The film formation by the low pressure CVD method uses H 2 as a carrier gas and SiH 4 and GeH 4 as source gases.
[0032]
As described above, in the semiconductor wafer W of the present embodiment, the film thickness of the first SiGe layer 2 is set to be thinner than the film thickness at which dislocation generation and lattice relaxation actually start, and the Ge composition of the second SiGe layer 3 is set. Since the ratio y is lower than the maximum value in the layer of the Ge composition ratio x in the first SiGe layer 2 at least at the contact surface with the first SiGe layer 2, the interface between the Si substrate 1 and the first SiGe layer 2 Dislocations can be efficiently concentrated on the interface 2b between 2a and the first SiGe layer 2 and the second SiGe layer 3, and threading dislocation density and surface roughness can be reduced.
[0033]
In addition, since the Ge composition ratio of the first SiGe layer 2 is constant, the film thickness at which dislocation generation and lattice relaxation start remarkably at the same Ge composition ratio is the thinnest, and the film thickness of the present invention is the smallest. The effect is obtained, and there is an advantage that the time required for film formation is short.
In addition, by setting the thickness of the first SiGe layer 2 to less than twice the critical thickness t c satisfying the above relational expression, the thickness of the first SiGe layer 2 can be easily set based on the experimental results described later. In fact, the film thickness can be set within a film thickness at which dislocation generation and lattice relaxation are remarkably started.
[0034]
In the present embodiment, the second SiGe layer 3 is a graded composition layer (gradient composition region) in which the Ge composition ratio is gradually increased, so that dislocations are uniformly generated and entanglement between the dislocations occurs. The dislocation density in the second SiGe layer 3 is reduced, and the growth of dislocations is induced in the lateral direction, whereby the threading dislocation density in the surface region is reduced and the deterioration of the surface roughness is suppressed.
[0035]
In the present embodiment, since the strain energy has already been accumulated in the first SiGe layer 2 before the second SiGe layer 3 is formed, the dislocation is performed when the second SiGe layer 3 is thin. Is generated in the second SiGe layer 3, the above effect is obtained in the entire gradient composition region in the second SiGe layer 3, and the threading dislocation density in the surface region of the second SiGe layer 3 is reduced. Also, deterioration of the surface roughness is suppressed.
Further, the first SiGe layer 2 functions as a layer that removes impurities such as moisture, oxygen components, and carbon components on the surface of the Si substrate 1, and has an effect of suppressing defects due to surface contamination of the Si substrate 1.
[0036]
Next, a field effect transistor (MOSFET) using the semiconductor wafer W of the present invention will be described with reference to FIG.
[0037]
FIG. 3 shows a schematic structure of the field effect transistor of the present invention. In order to manufacture this field effect transistor, the strained Si layer 5 on the surface of the semiconductor wafer W manufactured in the above manufacturing process is shown. A SiO 2 gate oxide film 6 and a gate polysilicon film 7 are sequentially deposited thereon. Then, a gate electrode (not shown) is formed by patterning on the gate polysilicon film 7 on the portion to become the channel region.
[0038]
Next, the gate oxide film 6 is also patterned to remove portions other than those under the gate electrode. Further, an n-type or p-type source region S and drain region D are formed in a self-aligned manner in the strained Si layer 5 and the relaxation layer 4 by ion implantation using the gate electrode as a mask. Thereafter, a source electrode and a drain electrode (not shown) are formed on the source region S and the drain region D, respectively, and an n-type or p-type MOSFET in which the strained Si layer 5 serves as a channel region is manufactured.
[0039]
In the MOSFET manufactured in this way, a channel region is formed in the strained Si layer 5 on the semiconductor wafer W manufactured by the above-described manufacturing method, so that a high-quality MOSFET can be obtained with a high yield with a high-quality strained Si layer 5. Can do.
[0040]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0041]
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the first SiGe layer 2 in the first embodiment, the Ge composition ratio is set constant, whereas in the second embodiment, FIG. As shown in FIG. 4, the Ge composition ratio x of the first SiGe layer 12 is set to the maximum value in the layer at the contact surface with the Si substrate 1, and the Ge composition ratio x is gradually decreased.
[0042]
That is, in the present embodiment, in the process of forming the first SiGe layer 12, the Ge composition ratio x is set to 0.3 at the start of film formation, and then gradually decreased, and finally the Ge composition ratio x is substantially 0. The graded composition layer is grown by a predetermined thickness (for example, 350 nm) thinner than the thickness at which dislocation generation and lattice relaxation are actually noticeable.
[0043]
In this embodiment, by setting the Ge composition ratio x of the first SiGe layer 12 to the maximum value in the layer at the contact surface with the Si substrate 1, the strain energy at the time of film formation is on the interface side with the Si substrate 1. At the time of lattice relaxation occurring at the start of film formation of the second SiGe layer 3, more dislocations can be generated at the interface with the Si substrate 1 than at the interface with the second SiGe layer 3. . Thereby, dislocations can be concentrated at a position away from the surface side of the second SiGe layer 3, and threading dislocations and surface roughness can be reduced as in the first embodiment.
[0044]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0045]
The difference between the third embodiment and the second embodiment is that the second SiGe layer 12 of the second embodiment is a gradient composition layer in which the Ge composition ratio is gradually reduced, whereas in the third embodiment, As shown in FIG. 5, in the process of forming the first SiGe layer 22, the Ge composition ratio x is set to 0.3 at the start of film formation, and then gradually decreased to change the Ge composition ratio x to almost zero. After the film is formed to a predetermined thickness (for example, 350 nm), the Ge composition ratio x is gradually increased again to finally form a composition change layer having a predetermined thickness (for example, 350 nm) formed to 0.3. Is different.
[0046]
Note that the thickness of the first SiGe layer 22 is also set to be thinner than the film thickness at which dislocation generation and lattice relaxation are actually remarkably started.
Also in the third embodiment, the Ge composition ratio x of the first SiGe layer 22 becomes the maximum value in the layer at the contact surface between the Si substrate 1 and the second SiGe layer 3, so that it is the same as in the first embodiment. In addition, many dislocations can be generated at the interface between the Si substrate 1 and the second SiGe layer 3.
[0047]
Next, 4th Embodiment and 5th Embodiment which concern on this invention are described with reference to FIG.6 and FIG.7.
[0048]
The difference between the fourth embodiment and the first embodiment is that the Ge composition ratio is set constant in the first SiGe layer 2 in the first embodiment, whereas in the fourth embodiment, FIG. As shown in FIG. 4, the Ge composition ratio x of the first SiGe layer 32 is gradually increased from approximately 0 to finally reach a predetermined thickness that is thinner than 0.3 so that the generation of dislocations and lattice relaxation starts to be noticeable. (For example, 350 nm).
[0049]
Further, the difference between the fifth embodiment and the first embodiment is that the Ge composition ratio is set constant in the first SiGe layer 2 in the first embodiment, whereas in the fifth embodiment, As shown in FIG. 7, the Ge composition ratio x of the first SiGe layer 42 is gradually increased from approximately 0 to a predetermined thickness (for example, 350 nm) up to 0.3, and then the Ge composition ratio x is set. The film thickness is gradually decreased from 0.3 to almost 0 to a predetermined thickness (for example, 350 nm). Note that the thickness of the first SiGe layer 42 is set to be thinner than the film thickness at which dislocation generation and lattice relaxation are actually noticeable.
[0050]
In each of the fourth and fifth embodiments, the first SiGe layers 32 and 42 are formed with a thickness smaller than the thickness at which dislocation generation and lattice relaxation are actually noticeable. When the layer 3 is formed, dislocations are intensively generated at the interfaces on both sides of the first SiGe layers 32 and 42, and threading dislocations and surface roughness can be reduced. In the fourth and fifth embodiments, since the maximum value of the Ge composition ratio in the first SiGe layers 32 and 42 is not on the interface side with the Si substrate 1, the first and second embodiments are the same. However, the effect of improving threading dislocations and surface roughness can be obtained.
[0051]
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0052]
For example, in each of the above embodiments, the five distributions of the Ge composition ratio with respect to the film thickness are set in the first SiGe layer, but other distributions may be used. For example, the first SiGe layer may be a multilayer film composed of a plurality of SiGe layers having different Ge composition ratios. The multilayer film may be a multilayer film including a Si layer.
In each of the above embodiments, when the Ge composition ratio is changed in the first SiGe layer, the resuscitation is changed at a constant rate with respect to the film thickness. However, the ratio may not be constant. .
Furthermore, the first SiGe layer is a layer containing Ge as long as strain energy can be accumulated, and any other Ge composition ratio distribution may be used.
[0053]
In each of the above embodiments, the entire second SiGe layer is a graded composition layer in which the Ge composition ratio gradually increases. However, the second SiGe layer may have a multilayer structure including a graded composition layer and a uniform composition layer. Further, a multilayer film including a Si layer may be used.
Further, in each of the above embodiments, the composition ratio of the gradient composition region in which the Ge composition ratio is gradually increased toward the surface in the second SiGe layer is changed at a constant ratio with respect to the film thickness. It does not matter if the structure is not constant. Further, the composition gradient may be a stepwise change in the Ge composition ratio.
In each of the above embodiments, the second SiGe layer is disposed directly on the first SiGe layer. However, the second SiGe layer may be disposed via the Si layer.
Further, a SiGe layer may be further formed on the strained Si layer of the semiconductor wafer W in each of the above embodiments.
[0054]
In each of the above embodiments, a semiconductor wafer having a SiGe layer is manufactured as a substrate for MOSFET. However, the substrate may be applied to other applications. For example, you may apply the manufacturing method and semiconductor substrate of the semiconductor substrate of this invention to the board | substrate for solar cells. That is, a SiGe layer having a graded composition layer in which the Ge composition ratio is gradually increased so as to be 100% Ge on the outermost surface is formed on the Si substrate of each of the embodiments described above, and GaAs (gallium arsenide) is further formed thereon. A solar cell substrate may be produced by forming a film. In this case, a solar cell substrate having low dislocation density and high characteristics can be obtained.
[0055]
【Example】
Next, an analysis result by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry), an observation result of a threading dislocation density, a surface roughness, and a surface optical micrograph when the semiconductor substrate according to the present invention is actually manufactured will be described.
[0056]
The manufactured semiconductor substrate corresponds to the first embodiment described above, and a plurality of semiconductor substrates are manufactured by changing the film thickness by changing the Ge composition ratio of the first SiGe layer 2 to 0.1, 0.15, and 0.2. It is a thing. For comparison, a prior art, that is, a device without the first SiGe layer was also produced.
[0057]
Among these semiconductor substrates, FIG. 8 shows the results of analyzing the distribution of the Ge composition ratio with respect to the film thickness by SIMS for a substrate in which the film thickness of the first SiGe layer is 300 nm.
The measurement results of threading dislocation density and surface roughness of these semiconductor substrates are shown in FIGS. 9 and 10, respectively. The threading dislocation density is indicated by etch pit density, and the surface roughness is indicated by RMS (Root Mean Square).
As can be seen from these figures, the thickness of the first SiGe layer is at least less than twice the critical thickness t c as compared with the case of the prior art (the thickness of the first SiGe layer is 0). Both threading dislocation density and surface roughness are reduced.
[0058]
Further, the prior art when the thickness of the (first SiGe layer thickness zero) in the case and the embodiment sac Chi first Ge composition ratio of the SiGe layer is first SiGe layer 0.2 is 50nm for preparative shows an optical micrograph of the surface in FIG. 11 and FIG. 12 respectively.
As can be seen from these figures, the dark spots of the etch pits are much less in the case of the present embodiment than in the case of the prior art.
In addition, as a result of observing TEM images of these embodiments of the present invention, many dislocations occurred at the interface between the first SiGe layer and the Si substrate and at the interface between the first SiGe layer and the second SiGe layer. It was confirmed that there were very few dislocations on the surface side of the second SiGe layer.
[0059]
Moreover, the table | surface of FIG. 13 shows the result of actually producing the semiconductor substrate corresponding to the said 2nd-5th embodiment, and measuring surface roughness similarly to the above. In either case, the maximum Ge composition ratio of the first SiGe layer is 0.2, and the film thickness is 350 nm. As can be seen from FIG. 13, in these examples, the examples corresponding to the second embodiment and the third embodiment obtain better results than the other examples. In the example corresponding to the second embodiment, the measurement results of the threading dislocation density and the surface roughness with respect to the film thickness of the first SiGe layer are shown in FIGS. 14 and 15, respectively. As in the case of the first embodiment, the thickness of the first SiGe layer is at least less than twice the critical thickness t c as compared with the case of the conventional technique (the thickness of the first SiGe layer is 0). In this case, both the threading dislocation density and the surface roughness are reduced.
[0060]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
According to the semiconductor substrate and the method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, the thickness of the first SiGe layer is less than twice the critical thickness, which is the thickness at which dislocation occurs due to the increase in thickness and lattice relaxation occurs. The Ge composition ratio of the second SiGe layer is lower than the maximum value of the Ge composition ratio in the first SiGe layer at least at the contact surface with the first SiGe layer or the Si layer, and The SiGe layer at least partially has a graded composition region in which the Ge composition ratio gradually increases toward the surface, so that the interface between the Si substrate and the first SiGe layer, the first SiGe layer and the second SiGe layer, Dislocations can be efficiently concentrated in the vicinity of the interface, and threading dislocation density and surface roughness on the surface of the second SiGe layer can be reduced.
[0061]
In addition, according to the semiconductor substrate having the strained Si layer of the present invention and the manufacturing method thereof, the strained Si layer is epitaxially grown on the SiGe layer directly or via another SiGe layer, so that the SiGe layer having a good surface state A Si layer can be formed thereon, and a high-quality strained Si layer with few defects and small surface roughness can be formed.
[0062]
Further, according to the field effect transistor and the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention, the strained Si layer of the semiconductor substrate of the present invention or the semiconductor substrate manufactured by the method of manufacturing the semiconductor substrate of the present invention is Since the channel region is formed, a high-quality MOSFET can be obtained with a high yield by a high-quality strained Si layer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the Ge composition ratio with respect to the film thickness of the semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the MOSFET in the first embodiment according to the invention.
FIG. 4 is a graph showing a Ge composition ratio with respect to a film thickness of a semiconductor substrate in a second embodiment according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a Ge composition ratio with respect to a film thickness of a semiconductor substrate according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a Ge composition ratio with respect to a film thickness of a semiconductor substrate according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a Ge composition ratio with respect to a film thickness of a semiconductor substrate according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows the distribution of the Ge composition ratio with respect to the film thickness of the semiconductor substrate in the example corresponding to the first embodiment according to the present invention in which the film thickness of the first SiGe layer is 300 nm. It is a graph which shows the result.
FIG. 9 is a graph showing threading dislocation density with respect to film thickness of a first SiGe layer in an example corresponding to the first embodiment according to the present invention.
FIG. 10 is a graph showing the surface roughness with respect to the film thickness of the first SiGe layer in an example corresponding to the first embodiment according to the present invention.
FIG. 11 is an optical micrograph of a surface in a conventional example according to the present invention.
FIG. 12 is an optical micrograph of a surface in an example corresponding to the first embodiment according to the present invention.
FIG. 13 is a table showing surface roughness in examples corresponding to the second to fifth embodiments according to the present invention.
FIG. 14 is a graph showing the measurement results of threading dislocation density with respect to the film thickness of the first SiGe layer in an example corresponding to the second embodiment according to the present invention.
FIG. 15 is a graph showing a measurement result of surface roughness with respect to a film thickness of a first SiGe layer in an example corresponding to the second embodiment according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Si substrate 2, 12, 22, 32, 42 1st SiGe layer 3 2nd SiGe layer (gradient composition area)
4 SiGe relaxation layer 5 Strained Si layer 6 SiO 2 gate oxide film 7 Gate polysilicon film S Source region D Drain region W Semiconductor wafer (semiconductor substrate)

Claims (12)

Si基板と、
該Si基板上の第1のSiGe層と、
該第1のSiGe層上に直接配された第2のSiGe層とを備え、
前記第1のSiGe層は、膜厚の増加により転位を発生して格子緩和が生ずる膜厚である臨界膜厚の2倍より薄い膜厚であり、
前記第2のSiGe層は、そのGe組成比が前記第1のSiGe層との接触面で第1のSiGe層におけるGe組成比の層中の最大値より低く0とされ、層全体がGe組成比が0から表面に向けて漸次増加した傾斜組成層であることを特徴とする半導体基板。
A Si substrate;
A first SiGe layer on the Si substrate;
A second SiGe layer disposed directly on the first SiGe layer;
The first SiGe layer is thinner than twice the critical film thickness, which is a film thickness in which dislocation occurs due to an increase in film thickness and lattice relaxation occurs.
The Ge composition ratio of the second SiGe layer is 0 lower than the maximum value of the Ge composition ratio in the first SiGe layer at the contact surface with the first SiGe layer, and the entire layer has a Ge composition. A semiconductor substrate characterized by being a graded composition layer whose ratio gradually increases from 0 toward the surface.
請求項1に記載の半導体基板において、前記第1のSiGe層は、Ge組成比xが一定であることを特徴とする半導体基板。  2. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the first SiGe layer has a constant Ge composition ratio x. 請求項1又は2に記載の半導体基板において、
前記第1のSiGe層は、Ge組成比xが0.05以上かつ0.3以下であることを特徴とする半導体基板。
In the semiconductor substrate according to claim 1 or 2,
The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the first SiGe layer has a Ge composition ratio x of 0.05 to 0.3.
請求項1から3のいずれかに記載の半導体基板において、
前記第2のSiGe層は、層全体がGe組成比が0から0.3まで表面に向けて漸次増加した傾斜組成層であることを特徴とする半導体基板。
In the semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor substrate according to claim 2, wherein the second SiGe layer is a graded composition layer in which the entire layer has a Ge composition ratio that gradually increases from 0 to 0.3 toward the surface.
請求項1から4のいずれかに記載の半導体基板の前記第2のSiGe層上に直接又は他のSiGe層を介して配された歪みSi層を備えていることを特徴とする半導体基板。 5. A semiconductor substrate comprising a strained Si layer disposed directly or via another SiGe layer on the second SiGe layer of the semiconductor substrate according to claim 1. SiGe層上の歪みSi層にチャネル領域を有する電界効果型トランジスタであって、
請求項5に記載の半導体基板の前記歪みSi層に前記チャネル領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
A field effect transistor having a channel region in a strained Si layer on a SiGe layer,
Field effect transistor, wherein a call with the channel region in the strained Si layer of the semiconductor substrate according to claim 5.
Si基板上にSiGe層をエピタキシャル成長させた半導体基板の製造方法であって、
前記Si基板上に、第1のSiGe層をエピタキシャル成長する第1の層形成工程と、
前記第1のSiGe層上に直接第2のSiGe層をエピタキシャル成長する第2の層形成工程とを有し、
前記第1の層形成工程は、膜厚の増加により転位を発生して格子緩和が生ずる膜厚である臨界膜厚の2倍より薄く前記第1のSiGe層の膜厚を設定し、
前記第2の層形成工程は、前記第2のSiGe層のGe組成比を前記第1のSiGe層との接触面で第1のSiGe層におけるGe組成比の層中の最大値より低く0とされ、かつ、層全体がGe組成比が0から表面に向けて漸次増加した傾斜組成層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor substrate in which a SiGe layer is epitaxially grown on a Si substrate,
A first layer forming step of epitaxially growing a first SiGe layer on the Si substrate;
A second layer forming step of epitaxially growing a second SiGe layer directly on the first SiGe layer,
In the first layer forming step, the thickness of the first SiGe layer is set to be less than twice the critical thickness, which is a thickness at which dislocation occurs due to an increase in thickness and lattice relaxation occurs.
In the second layer forming step, the Ge composition ratio of the second SiGe layer is set to 0 lower than the maximum value in the layer of the Ge composition ratio of the first SiGe layer at the contact surface with the first SiGe layer. And forming a graded composition layer in which the entire layer has a Ge composition ratio that gradually increases from 0 toward the surface.
請求項7に記載の半導体基板の製造方法において、
前記第1の層形成工程は、前記第1のSiGe層のGe組成比xが一定にすることを特徴とする半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor substrate according to claim 7,
In the first layer forming step, the Ge composition ratio x of the first SiGe layer is made constant.
請求項7又は8に記載の半導体基板の製造方法において、
前記第1のSiGe層は、Ge組成比xが0.05以上かつ0.3以下であることを特徴とする半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor substrate according to claim 7 or 8,
The method of manufacturing a semiconductor substrate, wherein the first SiGe layer has a Ge composition ratio x of 0.05 to 0.3.
請求項7から9のいずれかに記載の半導体基板の製造方法において、
前記第2のSiGe層は、層全体がGe組成比が0から0.3まで表面に向けて漸次増加した傾斜組成層であることを特徴とする半導体基板の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor substrate in any one of Claim 7 to 9,
The method of manufacturing a semiconductor substrate, wherein the second SiGe layer is a gradient composition layer in which the entire layer has a Ge composition ratio that gradually increases from 0 to 0.3 toward the surface.
Si基板上にSiGe層を介して歪みSi層が形成された半導体基板の製造方法であって、
請求項7から10のいずれかに記載の半導体基板の製造方法により作製された半導体基板の前記第2のSiGe層上に直接又は他のSiGe層を介して前記歪みSi層をエピタキシャル成長することを特徴とする半導体基板の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor substrate in which a strained Si layer is formed on a Si substrate via a SiGe layer,
11. The strained Si layer is epitaxially grown directly or via another SiGe layer on the second SiGe layer of the semiconductor substrate manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 7. A method for manufacturing a semiconductor substrate.
SiGe層上にエピタキシャル成長された歪みSi層にチャネル領域が形成される電界効果型トランジスタの製造方法であって、
請求項11に記載の半導体基板の製造方法により作製された半導体基板の前記歪みSi層に前記チャネル領域を形成することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor in which a channel region is formed in a strained Si layer epitaxially grown on a SiGe layer,
A method for manufacturing a field effect transistor, comprising forming the channel region in the strained Si layer of a semiconductor substrate manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 11.
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