JP5711805B1 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体デバイスの活性層から欠陥を低減する方法を提供する。【解決手段】活性層はデバイス中の半導体の一部であり、活性層は少なくとも横方向に分離構造で規定されて、これと接続界面の手段により物理的に接続され、分離構造と活性層は共通の実質的に平坦な表面上で隣接し、共通の実質的に平坦な表面上にパターニングされた応力誘起層4を形成し、応力誘起層4は活性層中に応力場を誘起するために形成され、誘起された応力場は、活性層中に存在する欠陥に対して剪断応力となり、アニール工程を行いこれにより接続界面に向かって欠陥を移動させ、共通の実質的に平坦な表面23からパターニングされた応力誘起層4を除去する。【選択図】図3A method for reducing defects from an active layer of a semiconductor device is provided. An active layer is a part of a semiconductor in a device, and the active layer is defined by a separation structure at least in a lateral direction, and is physically connected to this by means of a connection interface. Forming a stress-inducing layer 4 adjacent on the common substantially flat surface and patterned on the common substantially flat surface, the stress-inducing layer 4 for inducing a stress field in the active layer The formed and induced stress field becomes a shear stress on the defects present in the active layer, which causes an annealing process to move the defects towards the connection interface and from the common substantially flat surface 23. The patterned stress-inducing layer 4 is removed. [Selection] Figure 3
Description
本発明は半導体デバイスの製造方法について記載する。特定の形態では、本発明は、例えば欠陥の量を減らし特性を改良したトランジスタデバイスのチャネル層のような、半導体デバイスの活性層の製造方法に関する。 The present invention describes a method for manufacturing a semiconductor device. In certain aspects, the present invention relates to a method of manufacturing an active layer of a semiconductor device, such as a channel layer of a transistor device that has reduced defects and improved characteristics.
半導体材料(例えばSiGeまたはGe)を他の半導体材料(例えばSi)の上に成長するヘテロエピタキシャル成長は、例えば格子定数の不整合により、例えば転位のような欠陥となる。 Heteroepitaxial growth in which a semiconductor material (eg SiGe or Ge) is grown on another semiconductor material (eg Si) results in defects such as dislocations due to, for example, lattice constant mismatch.
アスペクト比トラッピング(Aspect Ratio Trapping: ART)の技術を用いて行うような、限定された空間での成長は、(例えば、シャロートレンチ分離(STI)に向かうような)限定された空間の端部近傍で成長する欠陥を低減できる。例えば、“Study of the defect elimination mechanism in aspect ratio trapping Ge growth”, Bai, J. et al., Applied Physics Letters, Volume 90, Issue 10, id. 101902 (2007) ”参照。この技術は、例えば活性デバイスや活性デバイス層の中央近傍の転位のような欠陥を低減する解決策にはならない。例えばトランジスタデバイスのチャネル層のような活性デバイス層中の、例えば転位のような欠陥の存在は、特に、高移動度チャネル材料がSiウエハ状に集積された、FiNFETや類似のデバイスで懸念される。
Growth in a limited space, such as that performed using Aspect Ratio Trapping (ART) technology, is near the edge of the limited space (eg, toward shallow trench isolation (STI)). It is possible to reduce defects grown in the process. See, for example, “Study of the defect elimination mechanism in aspect ratio trapping Ge growth”, Bai, J. et al., Applied Physics Letters, Volume 90,
本発明の目的は、少なくとも1つの活性層から、例えば転位のような欠陥を低減するための方法を提供するものであり、活性層は、デバイス中の半導体の一部であり、活性層は、少なくとも横方向には分離構造により規定され、接続界面の手段によりそれと物理的に接続され、分離構造と活性層は、共通の実質的に平坦な表面上で隣接する。 The object of the present invention is to provide a method for reducing defects, such as dislocations, from at least one active layer, the active layer being part of the semiconductor in the device, At least laterally defined by the isolation structure and physically connected to it by means of a connection interface, the isolation structure and the active layer are adjacent on a common substantially flat surface.
この目的は、第1の独立請求項の技術的特徴を示す方法を用いた発明により達成される。即ち、
共通の実質的に平坦な表面の上にパターニングされた応力誘起層を形成し、この応力誘起層は活性層中の応力場を誘起するために設けられ、誘起された応力場は、活性層中に存在する、転位のような欠陥に対して剪断応力となり、
共通な実質的に平坦な表面の上にパターニングされた応力誘起層を形成した後に、アニール工程を行い、
これにより、転位のような欠陥が、接続界面に向かって移動するのを誘起し、そして、
共通の実質的に平坦な表面からパターニングされた応力誘起層を除去する。
This object is achieved by the invention using the method showing the technical features of the first independent claim. That is,
A patterned stress-inducing layer is formed on a common substantially flat surface, the stress-inducing layer being provided to induce a stress field in the active layer, the induced stress field being in the active layer It becomes a shear stress against defects such as dislocations existing in
After forming a patterned stress-inducing layer on a common substantially flat surface, an annealing process is performed,
This induces defects like dislocations to move towards the connection interface, and
The patterned stress-inducing layer is removed from the common substantially flat surface.
本発明の特徴は、例えば転位のような欠陥が、半導体デバイスの活性層から大きく低減でき、または完全に除去できることである。 A feature of the present invention is that defects such as dislocations, for example, can be greatly reduced or completely removed from the active layer of a semiconductor device.
本発明の更なる特徴は、活性半導体デバイス層の中央領域から欠陥を大きく低減でき、または完全に除去できることである。半導体デバイスの活性デバイス層は、1つの電極から他の電極に、電荷キャリアが流れる層であり、この流れは、本質的にダイオードのように制御され、または電界効果トランジスタのソースとドレインのように明確に制御され、これにより電荷の流れがゲートにより制御される。活性層または層のスタックは、半導体材料のような電気的に制御可能な材料を含み、ダイオード特性のような電気的機能を提供し、またはその電気伝導性がゲートのような制御電極で変調することができる。 A further feature of the present invention is that defects can be greatly reduced or completely removed from the central region of the active semiconductor device layer. The active device layer of a semiconductor device is a layer in which charge carriers flow from one electrode to the other, this flow being controlled essentially like a diode, or like the source and drain of a field effect transistor. It is clearly controlled so that the flow of charge is controlled by the gate. The active layer or stack of layers includes an electrically controllable material, such as a semiconductor material, and provides an electrical function, such as a diode characteristic, or its electrical conductivity is modulated by a control electrode, such as a gate. be able to.
本発明の目的のために、転位は、結晶構造中の、結晶学的線欠陥、または不規則である。本発明の更に詳細な記載は、例えば、Derek HullとD.J.Baconによる書籍“Introduction to Dislocations”から得られる。 For the purposes of the present invention, dislocations are crystallographic line defects or irregularities in the crystal structure. A more detailed description of the invention can be obtained, for example, from the book “Introduction to Dislocations” by Derek Hull and D.J.Bacon.
実際に必要とされる応力は、デバイスの大きさ、材料、およびアニール温度に依存すると考えられる。好ましい具体例では、パターニングされた応力誘起層中の内部応力は100MPaから5GPaまでの間である。圧縮応力と引張り応力の双方が用いられる。 The actual stress required will depend on the device size, material, and annealing temperature. In a preferred embodiment, the internal stress in the patterned stress-inducing layer is between 100 MPa and 5 GPa. Both compressive and tensile stresses are used.
本発明の好適な具体例では、活性デバイス層は、ゲルマニウム層であり、またはゲルマニウムを含む。それはSiGe層でも良い。好適な具体例では、活性層はSixGe1−xであり、またはこれを含み、xは0から0.8までの間、または0から0.7までの間、または0から0.6までの間、または0から0.5までの青だ、または0から0.4までの間、または0から0.3までの間、または0から0.2までの間である。 In a preferred embodiment of the present invention, the active device layer is a germanium layer or comprises germanium. It may be a SiGe layer. In preferred embodiments, the active layer is or includes Si x Ge 1-x , where x is between 0 and 0.8, or between 0 and 0.7, or between 0 and 0.6. Or blue from 0 to 0.5, or from 0 to 0.4, or from 0 to 0.3, or from 0 to 0.2.
代わりの具体例では、活性デバイス層は、シリコン層であり、またはシリコンを含んでも良い。代わりの具体例では、活性デバイス層は、GeSn合金、GaN、GaAs、InAs、InSb、InPのようなIII−V材料、3元系または4元系のIII−V化合物であり、またはこれを含む。 In an alternative embodiment, the active device layer is a silicon layer or may include silicon. In alternative embodiments, the active device layer is or includes a III-V material such as GeSn alloy, GaN, GaAs, InAs, InSb, InP, ternary or quaternary III-V compounds. .
本発明の好適な具体例では、パターニングされた応力誘起層はSiNを含む。本発明の具体例では、パターニングされた応力誘起層は、SiN、TiN、W、SiO2、HfO2、Al2O3のいずれかの組み合わせ、およびハフニウムシリケイトおよび/またはハフニウムアルミナイトのような混合酸化物を含む。
In a preferred embodiment of the present invention, the patterned stress-inducing layer comprises SiN. In embodiments of the present invention, patterned stress-inducing layer, SiN, TiN, W, or a combination of SiO 2, HfO 2, Al 2
本発明の好適な具体例では、パターニングされた応力誘起層の厚さは、5nmから100nmまでの間であり、更に好適には10nmから30nmまでの間である。 In a preferred embodiment of the invention, the thickness of the patterned stress-inducing layer is between 5 nm and 100 nm, more preferably between 10 nm and 30 nm.
好適な具体例では、本方法は更に、パターニングされた応力誘起層と、共通の実質的に平坦な表面との間に、少なくとも1つの遮蔽層を形成する工程を含んでも良く、この遮蔽層は、パターニングされた応力誘起層により誘起される応力場の一部を遮蔽して、活性層中の応力場は、アニール工程中に活性層中を接合界面に向かって(例えば転位のような)欠陥が移動するのに貢献する符号および大きさとなる。1つ、2つ、または複数の遮蔽層が形成されても良い。 In a preferred embodiment, the method may further comprise forming at least one shielding layer between the patterned stress-inducing layer and the common substantially flat surface, the shielding layer comprising Shielding a portion of the stress field induced by the patterned stress-inducing layer, the stress field in the active layer is a defect (such as dislocation) in the active layer toward the bonding interface during the annealing process. Is the sign and size that contributes to the movement. One, two, or a plurality of shielding layers may be formed.
少なくとも1つの遮蔽層を用いることにより、活性層中に、パターニングされた応力誘起層により誘起される応力場は、例えばその方向および/または均一性が、より制御される。 By using at least one shielding layer, the stress field induced by the patterned stress-inducing layer in the active layer is, for example, more controlled in its direction and / or uniformity.
少なくとも1つの遮蔽層と応力誘起層とを適切に選択することにより、所定の活性デバイス層に対して、活性領域の関係部分で実質的に単一方向性の剪断応力場を、所定の具体例では実質的に均一に、形成することが可能である。 By appropriately selecting at least one shielding layer and stress inducing layer, a substantially unidirectional shear stress field in a relevant portion of the active region is defined for a given active device layer in a given embodiment. Then, it can be formed substantially uniformly.
好適な具体例では、少なくとも1つの遮蔽層は、パターニングされない完全な層である。少なくとも1つの遮蔽層は、好適には、下層の基板の表面全体を覆っても良い。 In a preferred embodiment, the at least one shielding layer is a complete layer that is not patterned. The at least one shielding layer may preferably cover the entire surface of the underlying substrate.
1またはそれ以上のパターニングされた遮蔽層と比較した場合に、そのような層は改良された性能を提供することが分かる。 It can be seen that such a layer provides improved performance when compared to one or more patterned shielding layers.
好適な具体例では、少なくとも1つの遮蔽層は、シリコン酸化物を含む。シリコン酸化物層は、CVDまたはALDタイプのプロセスにより堆積できる。シリコン酸化物は、更に、ヤング率や剛性率のような酸化物の機械的特性に影響を与える、1またはそれ以上の他の元素を含んでも良く、これは、酸化物の最適膜厚に影響する。それらの他の元素は、例えば、C、H、N、Fの1またはそれ以上を含んでも良い。 In a preferred embodiment, the at least one shielding layer comprises silicon oxide. The silicon oxide layer can be deposited by a CVD or ALD type process. Silicon oxide may also contain one or more other elements that affect the mechanical properties of the oxide, such as Young's modulus and stiffness, which affects the optimal film thickness of the oxide. To do. These other elements may include, for example, one or more of C, H, N, F.
好適な具体例では、遮蔽層は、例えばSiNのように、主にSiとNを含む第1堆積層と、例えばSiO2のように、主にSiとOを含む第2堆積層を含んでも良い。 In a preferred embodiment, the shielding layer may include a first deposition layer mainly containing Si and N, such as SiN, and a second deposition layer mainly containing Si and O, such as SiO 2. good.
好適な具体例では、共通の実質的に平坦な表面の上にパターニングされた応力誘起層を形成する工程は、パターニングされていない応力誘起層を形成する工程と、パターニングされていない応力誘起層をエッチングでパターニングする工程とを含み、遮蔽層または複数の遮蔽層の上層が、パターニングされた応力誘起層のパターニングエッチのためのエッチストップ層として働くように適用されても良い。 In a preferred embodiment, forming the patterned stress-inducing layer on a common substantially flat surface comprises forming an unpatterned stress-inducing layer and an unpatterned stress-inducing layer. And patterning by etching, wherein the shielding layer or the top layer of the shielding layers may be applied to serve as an etch stop layer for the patterning etch of the patterned stress-inducing layer.
好適な具体例では、1またはそれ以上の(複数の)遮蔽層の組み合わせた全膜厚は、5nmから50nmまでの間である。 In a preferred embodiment, the combined total film thickness of one or more shielding layer (s) is between 5 nm and 50 nm.
この範囲内にある膜厚は、最高の性能を示すことが示される。しかしながら、他の膜厚を排除するものではない。 Film thicknesses within this range are shown to show the best performance. However, other film thicknesses are not excluded.
好適な具体例では、パターニングされた応力誘起層は窒化物層を含み/であり、上部遮蔽層はSiO2を含み/からなり、下部遮蔽層はSiNを含む/からなる。 In a preferred embodiment, the patterned stress-inducing layer comprises / consists of a nitride layer, the upper shielding layer comprises / consists of SiO 2 and the lower shielding layer comprises / consists of SiN.
本発明の目的のために、SiN層またはSiN応力誘起層について述べた場合、それらの層は主にシリコンと窒素を含む。シリコン窒化物は、おおよそSi3N4の化学量論であっても良いが、これは異なってもよい。それらの層は、更に、例えばC、H、Oのような不純物元素を含んでも良く、これは一般には工業的に標準の化学気相堆積技術により堆積された膜の場合である。 For the purposes of the present invention, when referring to SiN layers or SiN stress-inducing layers, these layers mainly comprise silicon and nitrogen. The silicon nitride may be approximately Si 3 N 4 stoichiometry, but this may be different. These layers may further contain impurity elements such as C, H, O, for example, which is generally the case for films deposited by industrial standard chemical vapor deposition techniques.
好適な具体例では、アニール工程は、450℃から1100℃までの間の温度で行われる。好適な具体例では、アニール工程は、500℃から650℃までの間の温度で行われる。 In a preferred embodiment, the annealing step is performed at a temperature between 450 ° C. and 1100 ° C. In a preferred embodiment, the annealing step is performed at a temperature between 500 ° C. and 650 ° C.
好適な具体例では、アニール工程の時間が、おおよそ例えば転位のような欠陥が接合界面に移動するのに十分な時間を有するように選択される。この時間は、1またそれ以上のミリ秒から、例えば6時間のような数時間までである。一般には比較的低い温度では、比較的長い時間が必要となる。この時間は、活性層の寸法、および典型的な欠陥または転位の移動速度の関数である。 In a preferred embodiment, the time of the annealing process is selected to have a time that is approximately sufficient for defects such as dislocations to move to the bonding interface. This time is from one or more milliseconds to several hours, for example 6 hours. In general, a relatively long time is required at a relatively low temperature. This time is a function of the size of the active layer and the migration rate of typical defects or dislocations.
好適な具体例では、この方法は更に、リン酸を含む水溶液中でSiNのパターニングされた応力誘起層を除去する工程と、フッ化水素酸を含む水溶液中で上部遮蔽層を除去する工程と、リン酸を含む水溶液中でSiNの下部遮蔽層を除去する工程とを含む。特別な具体例では、2つの遮蔽層(SiOx/SiN)が、SiNのパターニングされた応力誘起層と組み合わされる。上部遮蔽層(SiOx)は、SiNのパターニングされた応力誘起層のエッチストップとして形成される。 In a preferred embodiment, the method further comprises removing the patterned stress-inducing layer of SiN in an aqueous solution containing phosphoric acid, removing the top shielding layer in an aqueous solution containing hydrofluoric acid, Removing the lower shielding layer of SiN in an aqueous solution containing phosphoric acid. In a specific embodiment, two shielding layers (SiO x / SiN) are combined with a patterned stress-inducing layer of SiN. The top shielding layer (SiO x ) is formed as an etch stop for the patterned stress-inducing layer of SiN.
下部遮蔽層(SiN)は、上部遮蔽層SiO2のエッチストップとして形成され、その下の分離酸化物を保護する。最後にSiN下部遮蔽層が、熱いリン酸中で、短時間エッチングで除去される。 The lower shielding layer (SiN) is formed as an etch stop for the upper shielding layer SiO 2 and protects the underlying isolation oxide. Finally, the SiN bottom shielding layer is removed by hot etching in hot phosphoric acid.
好適な具体例では、分離構造はSiNxを含む。分離構造は、例えばシャロートレンチ分離構造(STI構造)を含み、またはからなる。STI構造は、シリコン酸化物を含む、またはからなる。 In a preferred embodiment, the isolation structure comprises SiN x . The isolation structure includes or consists of, for example, a shallow trench isolation structure (STI structure). The STI structure includes or consists of silicon oxide.
好適な具体例では、共通の平坦な表面は、化学機械研磨により準備される。 In a preferred embodiment, the common flat surface is prepared by chemical mechanical polishing.
好適な具体例では、パターニングされた応力誘起層を形成する工程は、応力誘起層を形成する工程と、応力誘起層をパターニングする工程とを含み、パターニングされた応力誘起層のパターニング工程は、活性層の境界に実質的に平行な境界を有する、共通の実質的に平坦な表面の特徴を規定する。 In a preferred embodiment, the step of forming the patterned stress-inducing layer includes the step of forming the stress-inducing layer and the step of patterning the stress-inducing layer, and the patterning step of the patterned stress-inducing layer is active. A common substantially flat surface feature having a boundary substantially parallel to the layer boundary is defined.
それらの実質的に平行な境界は、活性層の境界から、例えば30nmより小さい距離以内のような、近い距離にある。 Their substantially parallel boundaries are at a close distance, for example within a distance of less than 30 nm, from the boundary of the active layer.
他の観点では、共通の実質的に平坦な表面上のパターニングされた応力誘起層の突起部は、活性層の境界に対して少なくとも部分的に平行に、または実質的に平行な境界を規定し、この実質的に平行な境界は、活性層の境界から、30nmより小さい距離の範囲内のような、近い距離に配置される。突起部は、好適には、共通の主面に対して垂直な突起部である。突起部は、下層の基板の主面に対して垂直な突起部でも良い。 In another aspect, the protrusions of the patterned stress-inducing layer on the common substantially flat surface define a boundary that is at least partially parallel or substantially parallel to the boundary of the active layer. This substantially parallel boundary is located at a close distance, such as within a distance of less than 30 nm from the boundary of the active layer. The protrusion is preferably a protrusion perpendicular to the common main surface. The protrusion may be a protrusion perpendicular to the main surface of the underlying substrate.
パターニングされた応力誘起層は、複数の応力誘起構造を形成しても良い。それらの構造のいくつかは、他の応力誘起構造と接続される。接続された応力誘起構造にとって、それらのそれぞれの応力場は依存することが理解される。それらの構造のいくつかは、他の応力誘起構造とは接続されない。パターニングされた応力誘起層は、複数の接続されない構造を形成しても良い。接続されない応力誘起構造にとって、それぞれの応力場は実質的に独立であることが理解される。 The patterned stress inducing layer may form a plurality of stress inducing structures. Some of these structures are connected with other stress-inducing structures. It is understood that for the connected stress-inducing structures, their respective stress fields are dependent. Some of these structures are not connected to other stress-inducing structures. The patterned stress-inducing layer may form a plurality of unconnected structures. It is understood that for stress-inducing structures that are not connected, each stress field is substantially independent.
有利なことには、応力誘起層、またはそれぞれの応力誘起構造は、活性デバイス層の境界に近い位置に形成され、最良の効果を与える。好適な具体例では、応力誘起層、または応力誘起構造は、その境界が、活性デバイス層の境界に平行になる突起物の境界を形成する。活性デバイス層は、トランジスタデバイスのチャネル層でも良いことが理解される。トランジスタデバイスは、プレーナータイプまたは非プレーナータイプでも良い。非プレーナータイプのトランジスタデバイスは、例えばFINFETタイプ、または当業者に知られた類似のタイプのトランジスタで良い。それは、一般には、細長い形状を有する。共通の主面上、または仮想の基板に主面上の、活性デバイス層の突出した境界は、例えば矩形、角が丸い矩形、楕円形、または当業者に適切として知られている他の形状を有する。 Advantageously, the stress-inducing layer, or each stress-inducing structure, is formed at a location close to the boundary of the active device layer, giving the best effect. In a preferred embodiment, the stress-inducing layer, or stress-inducing structure, forms a protrusion boundary whose boundary is parallel to the active device layer boundary. It will be appreciated that the active device layer may be the channel layer of a transistor device. The transistor device may be a planar type or a non-planar type. Non-planar type transistor devices may be, for example, FINFET types or similar types of transistors known to those skilled in the art. It generally has an elongated shape. The protruding boundaries of the active device layer on a common major surface, or on the major surface of the virtual substrate, can be, for example, a rectangle, a rounded rectangle, an ellipse, or any other shape known to those skilled in the art as appropriate. Have.
パターニングされた応力誘起層の突出した境界は、活性デバイス層のそれぞれの境界に対して実質的に平行、または少なくとも部分的に実質的に平行でも良く、例えばチャネル層長さのような活性デバイス層長さに対応する長さを有する複数の平行部分を含んでも良い。 The protruding boundaries of the patterned stress-inducing layer may be substantially parallel to, or at least partially substantially parallel to, the respective boundaries of the active device layer, eg, the active device layer, such as the channel layer length A plurality of parallel portions having a length corresponding to the length may be included.
好適な具体例では、パターニングされた応力誘起層の隣接する突出した実質的に平行な境界は、異なる隣接した隣のチャネル層から30nmより小さい距離の範囲内に配置される。 In a preferred embodiment, adjacent protruding substantially parallel boundaries of the patterned stress inducing layer are located within a distance of less than 30 nm from different adjacent adjacent channel layers.
これは、以下で説明するような、アライメントの要求が比較的に緩和されるという長所を提供する。隣接するチャネル領域(例えば活性デバイス層)は、細長い突起部で実質的に矩形の形状を有し、長さ方向に沿ったいくつかのまたは異なるチャネル領域の境界は平行であると考えても良い。1つの応力誘起構造(例えば突起部が矩形)が提供され、異なる隣接したチャネル領域の長さ方向の境界上で機能しても良い。パターニングされた応力誘起層の隣接する突出した実質的に平行な境界は、異なる隣接した隣のチャネル層から、例えば30nmより小さい距離の範囲内のような、近い距離内に配置される一方、1つの応力誘起構造はそれ自身、隣接するチャネル領域の少なくとも1つを超えて延びても良い。応力誘起構造は、このように、2つの隣接する活性チャネル領域の間に距離と等しいか、またはより大きな幅を有しても良い。応力誘起構造は、2つの隣接するチャネル領域の幅とその間の距離(即ち、2つの隣接したチャネル領域の間の距離)を組み合わせた幅より大きな幅を有しても良い。チャネル領域の境界、および応力誘起層/応力誘起構造の境界から、例えば30nmより小さい範囲内に配置するという要求のような、「近さ」の要求は、それぞれの境界に独立して与えられる。更に、この範囲内での偏差は、本発明の形態にかかる方法の効果に実質的に影響しない。 This provides the advantage that the alignment requirements are relatively relaxed as described below. Adjacent channel regions (eg, active device layers) may be considered to have a substantially rectangular shape with elongated protrusions and the boundaries of several or different channel regions along the length are parallel. . One stress-inducing structure (eg, the protrusions are rectangular) may be provided and function on the longitudinal boundaries of different adjacent channel regions. Adjacent protruding substantially parallel boundaries of the patterned stress-inducing layer are located within a close distance, eg, within a distance of less than 30 nm, from different adjacent adjacent channel layers, while 1 The two stress-inducing structures may themselves extend beyond at least one of the adjacent channel regions. The stress-inducing structure may thus have a width equal to or greater than the distance between two adjacent active channel regions. The stress-inducing structure may have a width that is greater than the combined width of two adjacent channel regions and the distance between them (ie, the distance between two adjacent channel regions). “Closeness” requirements are given independently to each boundary, such as the requirement to be within a range of, for example, less than 30 nm from the boundary of the channel region and the stress-inducing layer / stress-inducing structure. Furthermore, deviations within this range do not substantially affect the effectiveness of the method according to the present embodiment.
好適な具体例では、パターニングされた応力誘起層は、例えばSTI構造のような分離構造の上全体に形成される。好適な具体例では、パターニングされた応力誘起層は、活性領域の上に少なくとも部分的に、例えば活性領域と少なくとも部分的に重なるように形成される。 In a preferred embodiment, the patterned stress-inducing layer is formed over the isolation structure, such as an STI structure. In a preferred embodiment, the patterned stress-inducing layer is formed at least partially over the active region, for example at least partially overlapping the active region.
好適な具体例では、応力誘起構造は、少なくとも2つの隣接する活性層の上に延びる。 In a preferred embodiment, the stress inducing structure extends over at least two adjacent active layers.
本発明の更なる具体例では、先の具体例のいくつかにかかる方法が、更に、
共通の実質的に平坦な表面上にパターニングされた応力誘起層を形成し、この応力誘起層は活性層の上で応力を誘起するために適用され、誘起された応力は、活性層の中に存在する例えば転位のような欠陥に対して剪断応力となる工程と、
アニールを行う工程と、
共通の平坦な表面からパターニングされた応力誘起層を除去する工程と、の1またはそれ以上の反復を含む。
In a further embodiment of the invention, a method according to some of the previous embodiments is further provided:
A patterned stress-inducing layer is formed on a common substantially flat surface, the stress-inducing layer being applied to induce stress on the active layer, and the induced stress is introduced into the active layer A process that results in shear stress on existing defects such as dislocations;
An annealing process;
Removing the patterned stress-inducing layer from the common planar surface, and one or more iterations.
好適な具体例では、それぞれのパターニングされた応力誘起層は、異なる予めパターニングされたパターンを含み、連続する応力誘起層により誘起された応力の組み合わせは、例えば転位のような欠陥を、接続界面に向かって移動させる。 In a preferred embodiment, each patterned stress-inducing layer includes a different pre-patterned pattern, and the combination of stresses induced by successive stress-inducing layers can cause defects such as dislocations at the connection interface. Move towards.
好適な具体例では、この方法は、更に、パターニングされた応力誘起層と(該当する場合は)任意的に遮蔽層を除去する最後の反復の後に、CMPプロセスを行う工程を含んでも良い。 In a preferred embodiment, the method may further comprise performing a CMP process after the last iteration of removing the patterned stress-inducing layer and (if applicable) optionally the shielding layer.
好適な具体例では、この方法は、更に、パターニングされた応力誘起層の除去後、またはそのそれぞれの反復時に、CMPプロセスを行う工程を含んでも良い。 In a preferred embodiment, the method may further comprise performing a CMP process after removal of the patterned stress-inducing layer or at each iteration thereof.
好適な具体例では、それらの方法は、更に、活性層の上部部分を除去する工程を含んでも良い。これは、例えば、過剰に高い応力や、間違った方向に適用された応力により、活性層の上部部分に残った欠陥が、効果的に除去できるという長所を提供する。このように、残った、活性層の高い結晶品質の部分が、デバイスの作製のために得られる。 In preferred embodiments, the methods may further include the step of removing the upper portion of the active layer. This provides the advantage that defects remaining in the upper part of the active layer can be effectively removed, for example due to excessively high stresses or stresses applied in the wrong direction. Thus, the remaining high crystal quality part of the active layer is obtained for device fabrication.
本発明の目的のために、いつ範囲が決定されても、閉じられた、開かれた、および2つの半開きの形態中のそれらの範囲を開示することを意図する。 For the purposes of the present invention, it is intended to disclose those ranges in closed, open, and two half-opened forms whenever the ranges are determined.
本発明は、更に、以下の記載や添付された図面の手段により説明される。 The invention is further illustrated by means of the following description and the attached drawings.
本発明は、特定の具体例に関して、所定の図面を参照して記載されるが、これらに限定されるものではなく、請求の範囲によってのみ限定される。記載された図面は、単に模式的であり、限定的ではない。図面において、いくつかの要素の大きさは、図示目的で拡大され、縮尺通りには記載されていない。寸法と相対寸法は、発明の実施の実際の縮小に対応する必要はない。 The present invention will be described with respect to particular embodiments and with reference to certain drawings but is not limited thereto but only by the claims. The drawings described are only schematic and are non-limiting. In the drawings, the size of some of the elements are enlarged for illustrative purposes and are not drawn to scale. The dimensions and relative dimensions need not correspond to actual reductions in the practice of the invention.
更に、説明や請求の範囲中の第1、第2、第3等の用語は、類似の要素間で区別するために使用され、順番の、または年代順の順序を記載する必要はない。用語は、適当な状況で交換可能であり、発明の具体例は、ここに記載されまたは図示されたものとは他の順序で動作可能である。 Furthermore, terms such as first, second, third, etc. in the description and claims are used to distinguish between similar elements and need not describe an order or a chronological order. The terms are interchangeable in appropriate contexts and embodiments of the invention can operate in other orders than those described or illustrated herein.
更に、説明や請求の範囲中の上、下、上に、下に等の用語は説明目的に使用され、相対的な位置を記載する必要はない。そのように使用された用語は適当な状況下で交換可能であり、ここに記載された発明は、ここに記載や図示されたものとは異なる位置で動作可能である。 Further, terms such as up, down, up, down, etc. in the description and claims are used for illustrative purposes and do not require a relative position. The terms so used are interchangeable under appropriate circumstances, and the invention described herein can operate in a different location than that described or illustrated herein.
更に、「好ましい」と言及された様々な具体例は、本発明の範囲を限定するよりも、むしろ本発明が実施可能な例示の手段として解釈される。 Further, the various embodiments referred to as “preferred” are to be construed as illustrative means by which the present invention can be practiced, rather than limiting the scope of the invention.
請求の範囲で使用される「含む(comprising)」の用語は、それ以降に列挙される手段に限定して解釈すべきではなく、他の要素や工程を排除しない。このように、言及された特徴、数字、工程、または成分は、その通りに解釈され、1またはそれ以上の他の特徴、数字、工程、または成分、またはこれらの組み合わせの存在または追加を排除してはならない。このように、「手段AおよびBを含むデバイス」の表現の範囲は、構成要素AとBのみを含むデバイスに限定されるべきではなく、寧ろ本発明に関しては、以下に列挙されるデバイスの構成要素が単にAとBであり、更に、請求の範囲は、それらの構成要素の均等物を含むものと解釈されるべきである。 The term “comprising”, used in the claims, should not be interpreted as being restricted to the means listed thereafter; it does not exclude other elements or steps. Thus, features, numbers, steps, or ingredients referred to are construed accordingly and exclude the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, or ingredients, or combinations thereof. must not. Thus, the scope of the expression “a device comprising means A and B” should not be limited to devices comprising only components A and B; rather, for the present invention, the device configurations listed below: The elements are simply A and B, and the claims should be construed to include equivalents of those components.
図1は、標準的なシャロートレンチ分離フロー後の、模式的なウエハ断面を示す。これは、例えばシリコン基板のようなベース基板1、例えばシリコン酸化物層のようなベース基板1の第1主表面上に形成された誘電体層2、およびベース基板に接続された誘電体層中の活性ライン3のセットを含む。活性ラインは、誘電体層2の部分の手段により、互いに電気的に分離されている。プロセスフローのこの点において、活性ライン3は、一般にはベース基板と同じ材料からなり、これは一般にはSiである。
FIG. 1 shows a schematic wafer cross-section after a standard shallow trench isolation flow. This is because, for example, in a base substrate 1 such as a silicon substrate, a
図2は、本発明の具体例にかかるプロセスフローを開示する。図1の活性ライン3は、例えばトレンチのシリコンをエッチングすることにより、窪みが形成される。次に、ゲルマニウムまたはシリコンゲルマニウムの選択エピタキシャル成長がトレンチ中で行われ、活性デバイス領域30の、層または構造を形成する。任意的に、アニール工程が行われても良い。例えばCMP(化学機械研磨)工程のような平坦化工程が行われ、トレンチ開口部の上のSiGe(またはGe)の過剰成長を除去し、および平坦な表面23を形成し、この表面23は、活性デバイス層または活性層のための共通の実質的に平坦な表面として見られる。例示目的で、1つの貫通転位線31が、活性デバイス領域30毎に示される。
FIG. 2 discloses a process flow according to an embodiment of the present invention. In the
次に、応力誘起層4が共通の平坦な表面23の上に形成される。例えば応力のかかったSiN層または膜を堆積させても良い。次に、応力のかかったSiN層が、標準的なリソグラフィやエッチング技術を用いてパターニングされる。
Next, the
次に、活性領域または層30と分離構造2との間で、界面32に向かって貫通転位31が移動するのに十分な温度で、アニール工程が行われる。しかしながら、アニール温度は、パターニングされた応力誘起層が過度に緩和されるように高くすべきではない。一般的なアニール温度は、450℃から1100℃までの間であり、構造の形状や活性ラインの組成に依存する。次に、パターニングされた応力誘起層が、例えばSiN応力膜に対しては熱いリン酸を用いたエッチング手段により、除去または剥離される。任意的に、CMPプロセスのような平坦化工程が行われ、挿入された工程からの形状やダメージを除去しても良い。次に、標準的な後処理工程(downstream processing)が行われても良い。
Next, an annealing step is performed at a temperature sufficient for the threading dislocations 31 to move toward the
図3では、更なる具体例が記載され、ここでは、単一の遮蔽層5は、応力誘起層4と共通の実質的に平坦な表面23との間に形成される。遮蔽層は、例えばシリコン酸化物またはシリコン窒化物でも良く、これらを含んでも良い。
In FIG. 3, a further embodiment is described, in which a
図4では、更なる具体例が記載され、ここでは、例えば2つの遮蔽層51、52のような複数の遮蔽層が、応力誘起層4と共通の標準的な平坦な平面23との間に形成される。
In FIG. 4 a further embodiment is described, in which a plurality of shielding layers, for example two shielding
図5では、例えば図4に対応する、応力誘起層4により誘起された剪断応力場の性質を示すシミュレーション結果が記載される。ここでは、シリコン酸化物誘電体層2中のゲルマニウム活性層30が、シリコン窒化物からなる20nm膜厚の応力誘起層により、2Paの内部応力で応力誘起される。第1遮蔽層51はシリコン窒化物を含み、10nmの膜厚を有する。第2遮蔽層52はシリコン酸化物を含み、同じく10nmの膜厚を有する。
In FIG. 5, for example, simulation results showing the nature of the shear stress field induced by the stress-inducing
遮蔽層が応力場の一部を遮蔽して、活性層3中の補充部分は、大きく一定の符号(この場合は負)の剪断応力状態となる。与えられた剪断応力の符号により、転位が移動する方向が決定されるため、活性層の深さ方向に実質的に一定の符号を有することは、活性ラインの深さに沿って同じ方向(左または右のいずれか、転位のバーガーズベクトルに依存する)に転位が一貫して移動することを確実にする。
The shielding layer shields a part of the stress field, and the supplemental portion in the
応力誘起層4の下の遮蔽層51、52(例えばSiO2、SiN)はパターニングされず、剪断応力の上部の符号をより良好に「取り入れ(absorb)」、活性層中の剪断応力について、単一の符号のみを許容する。活性層は、例えばFINFETデバイスに対しては、トランジスタデバイスのフィンでも良い。
The shielding layers 51, 52 (eg, SiO 2 , SiN) under the stress-inducing
好適な具体例では、遮蔽層の総膜厚は約20nmであり、これで十分と思われるが、20nmより厚くても、または薄くても良い。図6は、遮蔽窒化物が5nmまで薄くされて、遮蔽層の総膜厚が15nmであることを除き、図5と同じ条件である。応力誘起層の前に、シリコン窒化物を含む第1の遮蔽層51を堆積し、次に、シリコン酸化物を含む第2の遮蔽層52を堆積することにより、シリコン酸化物が応力誘起層の除去のためのエッチストップになり、シリコン窒化物が例えばSTIのような誘電体層を保護しながら、遮蔽酸化物の除去のためのエッチストップになる。
In a preferred embodiment, the total thickness of the shielding layer is about 20 nm, which may be sufficient, but may be thicker or thinner than 20 nm. FIG. 6 shows the same conditions as FIG. 5 except that the shielding nitride is thinned to 5 nm and the total thickness of the shielding layer is 15 nm. Before the stress-inducing layer, the
図7は、10nmの遮蔽酸化物と10nmの遮蔽窒化物が無い以外は、図5と同じ条件でのシミュレーション結果を示す。ここで、例えばチャネル層30のような活性層中で、大きな値の正および負の剪断応力が見られる。遮蔽層の除去により、活性層のより深い、低い部分で剪断応力が誘起されるようになり、活性層の上部または上方部分での剪断応力の方向は、ラインの残部における方向とは異なる。本発明の所定の具体例では、方法は、更に、活性層のこの上部を除去する工程を含んでも良い。この部分は、エッチングまたは研磨(例えばCMP)により除去できる。
FIG. 7 shows the simulation results under the same conditions as FIG. 5 except that there is no 10 nm shielding oxide and 10 nm shielding nitride. Here, large values of positive and negative shear stress are observed in the active layer, for example the
任意的に、活性層の上部部分は異なる材料で置き換えても良く、即ち、下部部分の上に新しい上部部分が形成されても良い。異なる材料は、例えば、高い電子移動度および/またはホール移動度を有する高移動度のチャネル材料を含む。除去は、例えば、応力誘起層の除去後、またはもし存在するのであれば遮蔽層の除去後に行われる。 Optionally, the upper part of the active layer may be replaced with a different material, i.e. a new upper part may be formed on the lower part. Different materials include, for example, high mobility channel materials with high electron mobility and / or hole mobility. Removal is performed, for example, after removal of the stress-inducing layer, or after removal of the shielding layer, if present.
好適には、パターニングされた遮蔽層5、51、52を有する応力誘起層4のマスクの境界が、活性層の上(例えばフィンの上)に形成されるが、例えばフォトリソグラフィ描画エラー(photolithography registration errors)による、小さなずれによっては実質的に影響されないことが特徴である。応力誘起層4のそれぞれの境界の、界面32とのアライメントは、図8では図5に比較して10nm右にずれている。
Preferably, the mask boundary of the stress-inducing
条件は、図5と同じである。フォトリソグラフィ描画の10nmのずれにも関わらず、Ge活性層中の応力場は同じである。 The conditions are the same as in FIG. The stress field in the Ge active layer is the same despite the 10 nm shift in photolithography drawing.
図9は、更に、単一のパターニングされない遮蔽層を用いた具体例のシミュレーション結果を示し、ここでは、遮蔽層がパターニングされないシリコン酸化物である。ここでは、単一の20nmSiO2の遮蔽層を用いる以外は、図5で用いられたのと同じ条件である。再度、Ge層中の剪断応力の大きさは、図5の大きさと同じである。 FIG. 9 further shows a simulation result of an example using a single unpatterned shielding layer, where the shielding layer is unpatterned silicon oxide. Here, the conditions are the same as those used in FIG. 5 except that a single 20 nm SiO 2 shielding layer is used. Again, the magnitude of the shear stress in the Ge layer is the same as in FIG.
図10、図11、および図12では、本発明の異なる具体例が記載され、ここでは、応力誘起層4と、活性層または活性領域30との、異なる相対配向(relative orientation)と寸法が考慮される。図10では、剪断応力が活性層30中で最大となり、これにより応力誘起層(又は層構造)4が2つの隣接する活性層または領域30と部分的に重なる。応力誘起層4の境界は、これにより、例えばそれぞれの活性層3の中央に配置される。
In FIGS. 10, 11 and 12, different embodiments of the present invention are described, where different relative orientations and dimensions of the stress-inducing
図11では、応力誘起層(または層構造)4は、2つの隣接する活性層または領域30と完全に重なる。そのような重なりは、活性層3に対して非対称である。
In FIG. 11, the stress-inducing layer (or layer structure) 4 completely overlaps two adjacent active layers or
図12は、更なる具体例が記載され、ここでは、応力誘起層4が、活性層の間にのみ形成され、即ち、分離または誘電体層の上にのみ形成される。
FIG. 12 describes a further embodiment, in which the stress-inducing
図10、図11、および図12に記載された具体例と他の具体例との共通点は、リソグラフィ、集積、および転位の低減の制限の最適化の問題である。 A common point between the embodiments described in FIGS. 10, 11 and 12 and other embodiments is the problem of optimizing the limitations of lithography, integration, and reduction of dislocations.
当業者は、予め決められたプロセスで、適当な時間のアニール工程を行えることが理解されるであろう。これは、例えば、活性層の材料および寸法、使用される材料系、誘起される剪断応力の大きさ、およびアニールの温度に基づく。 One skilled in the art will appreciate that the annealing process can be performed for a suitable time in a predetermined process. This is based, for example, on the material and dimensions of the active layer, the material system used, the magnitude of the induced shear stress, and the annealing temperature.
背景の情報は、例えば、J.R.PatelとP.E.Freelandの、“Velocities of Individual Dislocations in Germanium”, Journal of Applied Physics, 42, 3298-3303 (1971) (“PATEL”)に記載されている。 Background information is described, for example, in “Velocities of Individual Dislocations in Germanium”, Journal of Applied Physics, 42, 3298-3303 (1971) (“PATEL”) by J.R.Patel and P.E.Freeland.
表1は、「PETEL」のモデルとデータに基づいた。500℃と580℃の温度での、ゲルマニウム中の転位速度計算を示す。ここでは、v=v0(tau/tau0)mが使用される。式において、vは転位速度、tauは消滅した応力場、v0、tau0、およびmは、フィッティングパラメータである。V0、tau0、およびmの値は、温度および材料に依存する。例えば、500℃において、ゲルマニウムに対する約1.5MPaの剪断応力で、1nm/sの転位移動速度が達成される。同じ材料系で、580℃の温度では、同じ1nm/sの転位移動速度が、50kPaの剪断応力のみで達成できる。 Table 1 was based on the “PETEL” model and data. Figure 7 shows dislocation rate calculations in germanium at temperatures of 500 ° C and 580 ° C. Here, v = v 0 (tau / tau 0 ) m is used. In the equation, v is the dislocation speed, tau is the extinguished stress field, v 0 , tau 0 , and m are fitting parameters. The values of V 0 , tau 0 , and m depend on the temperature and material. For example, at 500 ° C., a dislocation transfer rate of 1 nm / s is achieved with a shear stress of about 1.5 MPa on germanium. In the same material system, at the temperature of 580 ° C., the same dislocation transfer rate of 1 nm / s can be achieved only with a shear stress of 50 kPa.
Claims (13)
少なくとも活性層の上にパターニングされた応力誘起層を形成し、応力誘起層は活性層中に応力場を誘起するために形成され、誘起された応力場は活性層中に存在する欠陥に対して剪断応力となる工程と、
パターニングされた応力誘起層と共通の実質的に平坦な表面との間に少なくとも1つの遮蔽層を形成し、遮蔽層はパターニングされた応力誘起層により誘起された応力場の一部を遮蔽するために形成される工程と、
少なくとも活性層の上にパターニングされた応力誘起層を形成した後に、アニールを行う工程と、を含み、
これにより接続界面に向かって欠陥を移動させ、
活性層中の応力場は、アニール工程中に、接続界面に向かって活性層中の欠陥を動かす符号および大きさであり、更に、
共通の実質的に平坦な表面からパターニングされた応力誘起層を除去する工程、を含む方法。 A method of reducing defects from at least one active layer, wherein the active layer is part of a semiconductor in the device and is a germanium-containing layer, the active layer is defined at least in a laterally isolated manner, and are physically connected in the connection and separation structure interface, the isolation structure and the active layer adjacent to each other on a common substantially planar surface, the method,
Forming at least a stress-inducing layer patterned on the active layer, the stress-inducing layer being formed to induce a stress field in the active layer, wherein the induced stress field is against defects present in the active layer; A process that becomes shear stress ;
Forming at least one shielding layer between the patterned stress-inducing layer and a common substantially flat surface, the shielding layer shielding a portion of the stress field induced by the patterned stress-inducing layer; A process formed into
Forming a patterned stress-inducing layer on at least the active layer , and then annealing .
This moves the defect towards the connection interface,
The stress field in the active layer is a sign and magnitude that moves defects in the active layer toward the connection interface during the annealing process , and
Comprising the step, of removing the patterned stress inducing layer from a common substantially planar surface.
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