JP5018066B2 - 歪Si基板の製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、歪Si基板では、Si基板とその表面上に積層されるSiGe層との格子定数の違いにより、SiGe層には転位が発生し、またその表面には凹凸(クロスハッチパターン)が発生してしまうため、現時点では満足のいく品質の歪Si基板は得られていない。
このため、SiGe層表面への歪Siエピ成長はできるだけ低温成長させるのが好ましく、また特にSiGe表面の自然酸化膜除去工程では、歪Siエピ成長させる際に最も高温を要するプロセスであり、いかに低温化するかが鍵である。
また、該歪Si基板を用いた高品質のSOI型歪Si(SSOI:Strained Silicon On Insulator)基板の製造方法を提供することも目的としている。
また、該歪Si基板をSOI型基板のデバイス領域(SOI層)として用いることで、高品質なSSOI基板を提供することができる。
図1は本発明に係る例示的な歪Si基板の製造工程を示す概略図である。
まず、主表面が十分に平坦なSi単結晶基板11を用意する。なお、Si単結晶基板11の製造方法や面方位は目的に合わせて適宜選択すればよく、特に限定されない。例えば、CZ法あるいはFZ法でSi単結晶を作製するのが一般的である。
なお、SiGe一定濃度層13の上に、その表面の面粗れを防止するためのSi層14を堆積しても良い(図1A参照)。
なお、SiGe層のGe濃度が高くなるほどSC1によるエッチングレートは早くなるため、高濃度のGeを有するSiGe層を作製したときには注意を要する。
なお、保護Si層16の形成には、一般的に、Siソースガスとしてトリクロロシラン(TCS)、ジクロロシラン(DCS)、モノシラン(SiH4)が使用される。また、この保護Si層16を形成させる意義は、主に、自然酸化膜を除去した後に所定の温度まで降温し、歪Si層17を形成するまでの間、SiGe層13の表面のラフネス悪化を防止するためだけのものであるので、10nm以下の厚さで十分である。これ以上の厚さにすると、保護Si層16内でミスフィット転位が多数形成され膜質を悪化させてしまうことがある。
なお、エピ成長をなるべく低温の条件で行うのは、高温となるほどSiGe層からの歪Si層へのGe拡散が著しいものとなってしまうためである。
Geが歪Si層表層に堆積されたままだと、その後歪Siの歪量が低下してしまい、また歪Si層の一部をゲート酸化膜とした場合、絶縁耐圧特性が悪化してしまう。
また、前記歪Si基板の歪Si層表面を所定の厚さエッチング除去することにより、優れた特性を有する歪Si基板を得ることができる。
上記CMP後の半導体基板に対し、ウェーハ表面の洗浄のラストをHF仕上げとする場合と、SC1仕上げとする場合とで比較を行った(図2参照)。
2)上記半導体基板に対し、76℃、NH4OH:H2O2:H2O)=1:1:5の混合液(SC1)洗浄+スピン乾燥した後、ウェーハ表面をパーティクル測定器(SP1)のDark Field Wideモードでパーティクルレベルを測定した(図2右図参照)。
ウェーハのラスト洗浄を上記実験例1の条件でSC1洗浄を行った上記CMP後の半導体基板(図1C)に対し、SC1洗浄によって形成された自然酸化膜15除去のため、枚葉式CVD装置を用い、減圧条件下で下記の温度および時間、H2ベークを行う際の最適条件を検討した。
ただし、900℃の条件においては、60秒間H2ベーク処理を行っても、自然酸化膜15は除去されなかったため、0および30秒の時の図は省略してある。また、950℃の条件においては、30秒のH2ベーク処理でほぼ完全に自然酸化膜15が除去できたため、60秒の時の図は省略した。
なお、比較対象として、SC1洗浄後(H2ベーク前)のヘイズレベルを図3Aに示した。
なお、図3C上の矢印は、自然酸化膜の残っている部分を示している。
なお、DHFをラスト洗浄とした場合には、810℃のH2ベークで自然酸化膜除去が可能であった。
以下に示す実施例及び比較例では、H2ベークを1000℃、0秒に設定し、保護Si層16の形成の有無と、歪Siのエピ成長の際の温度とウェーハ表面のヘイズレベルとの関係を調べた(図4参照)。
図4C中の、実施例1、2は、H2ベーク直後に保護Si層16を5nm形成させた後、800℃あるいは650℃の歪Si成長温度まで降温させ、歪Si層17を70nmエピ成長させたものである。比較例1、2は、H2ベーク終了後、H2雰囲気のまま、800℃あるいは650℃の歪Si成長温度まで降温させた後、歪Si層17を70nm成長させ、それぞれの条件におけるヘイズレベルを測定したものである。
なお、リファレンスとして、図4AにH2ベーク前のウェーハの表面のヘイズレベル(0.19ppm)を示す。なお、図4Bは、上記反応のレシピを示したものであり、650℃でCVD装置に投入し、水素雰囲気中1000℃まで昇温した後、直ちにDCSを3秒間流して保護Si層(Si Cap)を形成し、その後、800℃または650℃に降温し、800℃ではDCSを用い、650℃ではSiH4を用いて歪Si層を形成したことを示している。
これに対し、歪Siエピ成長前に保護Si層16を形成したものは、800℃エピ(実施例1)においても650℃エピ(実施例2)においても、いずれの場合も0.5ppm以下を維持しており、保護Si層16によってヘイズレベル悪化が著しく抑制されたことを示している。
上記実施例1、2において、保護Si層16の有効性は示されたが、歪Siをエピ成長させる際の最適な温度条件は決定できていない。そこで、本実施例では、各歪Siエピ成長温度における、本発明に係る歪Si基板内のGeの深さ方向のプロファイルを測定した。
歪Si層17中のGe濃度は、歪Siエピ成長温度が高ければ高いほど高くなる傾向があり、800℃以下であれば1×1018/cm3未満に抑えることができた。これに対して、950℃および1000℃の条件では、いずれの場合もGe濃度は1018/cm3以上であった(図5B参照)。また、歪Si層17表面には、Geがパイルアップされていることも確認された(図5A参照)。尚、歪Si層17表面のヘイズレベルはいずれも0.5ppm以下で良好であった。
13…SiGe濃度一定層(Ge濃度21%)、 14…Si層、
15…自然酸化膜、 16…保護Si層、 17…歪Si層。
Claims (7)
- 少なくとも、シリコン単結晶基板上に格子緩和したSiGe層を形成し、該SiGe層の表面をCMPにより平坦化し、該平坦化したSiGe層の表面上に歪Si層を形成する歪Si基板の製造方法において、前記平坦化した格子緩和SiGe層の表面上に歪Si層を形成させる前に該SiGe層の表面をSC1洗浄し、前記SC1洗浄後のSiGe層を有する前記基板を800℃以上の水素含有雰囲気中で熱処理し、該熱処理後800℃より低温に降温することなく直ちに前記熱処理をした基板上のSiGe層表面に保護Si層を形成し、該保護Si層の形成温度より低い温度で該保護Si層の表面上に歪Si層を形成することを特徴とする歪Si基板の製造方法。
- 前記格子緩和SiGe層表面のSC1洗浄後に、SC2洗浄を行うことを特徴とする請求項1に記載された歪Si基板の製造方法。
- 前記格子緩和SiGe層表面の洗浄の際のエッチング量をトータルで3nm以下とすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の歪Si基板の製造方法。
- 前記保護Si層の厚さを10nm以下とすることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載された歪Si基板の製造方法。
- 前記歪Si層形成後の表面をエッチングすることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載された歪Si基板の製造方法。
- 前記水素含有雰囲気中での熱処理後、該熱処理を行った温度と同一温度で前記熱処理後のSiGe層の表面に保護Si層を形成することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載された歪Si基板の製造方法。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載された製造方法によって製造された歪Si基板をボンドウェーハとして用い、ウェーハ貼り合わせ法によりSOI型の歪Si基板を製造することを特徴とする歪Si基板の製造方法。
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