JPH03185712A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH03185712A
JPH03185712A JP32460589A JP32460589A JPH03185712A JP H03185712 A JPH03185712 A JP H03185712A JP 32460589 A JP32460589 A JP 32460589A JP 32460589 A JP32460589 A JP 32460589A JP H03185712 A JPH03185712 A JP H03185712A
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JP
Japan
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film
substrate
gesi
single crystal
sige
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JP32460589A
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Inventor
Hiroshi Fujioka
洋 藤岡
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置の製造方法に関し 絶縁膜上にSiGe単結晶膜を製造する方法及びそのS
iGe単結晶膜を利用したワイドギャップのへテロ接合
デバイスを提供することを目的としSi基板上にGe膜
或いはGeSi膜を堆積した後、該Ge膜或いはGeS
i膜と該Si基板表面のSiを反応させる熱処理を行い
、該Si基板と該Ge膜或いはGeSi膜との間でSi
Ge単結晶膜を形成する半導体装置の製造方法により構
成する。
また、絶縁膜上にSi膜を有するSOI基板にGe膜或
いはGeSi膜を堆積した後、該Ge膜或いはGeSi
膜と該Si膜を反応させる熱処理を行い、該Si膜をS
iGe単結晶膜とする半導体装置の製造方法により構す
る。
また、上記半導体装置に、該SiGe単結晶膜と異なる
組成のSiGe単結晶膜或いはSi単結晶膜をエビタキ
シャル成長する工程を含む半導体装置の製造方法により
構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の製造方法に関する。
近年、半導体装置は高集積化と高速化が要求され、それ
らを高い歩留りをもって実現することが要求されている
このため7かかる要求に応える半導体装置とその製造方
法が必要とされる。
〔従来の技術〕
従来、 GeやSi等の第■族半導体では、ヘテロ接合
がうまく作れないためにヘテロバイポーラトランジスタ
(HBT)、高電子移動度トランジスタ(HEMT)等
の高速デバイスが実現できなかった。特に、Si上に良
好なワイドギャップ材を堆積することができないために
、いわゆるワイドギャップトランジスタの実現が難しか
った。
Geの上にそれよりバンドギャップの大きいSiGeを
堆積することはできるが、 Geは大口径、低欠陥のも
のが入手できない。また、 Geは酸化工程が複雑で良
好な酸化膜を得ることが難しいので、素子分離が難しい
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的の一つは、大口径かつ低欠陥でバンドギャ
ップが狭い結晶をSi基板上に形成し、その上にワイド
ギャップ材を積むことにより、高速デバイスが実現でき
るような半導体装置を提供することにある。
さらに、このような半導体装置を用いて、高速の半導体
装置を製造する方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題は、 St基板l上にGe膜或いはGeS i
膜2を堆積した後、該Ge膜或いはGeS i膜2と該
Si基板1表面のStを反応させる熱処理を行い、該S
i基板lと該Ge膜或いはGeS i膜2との間でSi
Ge単結晶膜4aを形成する半導体装置の製造方法によ
って解決される。
また、絶縁膜52上にSi膜53を有するSO!基板5
にGe膜或いはGeSi膜6を堆積した後* FNGe
膜或いはGeSi膜6と該Si膜53を反応させる熱処
理を行い、該Si膜53をSiGe単結晶膜9aとする
半導体装置の製造方法によって解決される。
また、上記の半導体装置に、該SiGe単結晶膜4a。
9aと異なる組成のSiGe単結晶膜或いはSi単結晶
膜をエピタキシャル成長する工程を含む半導体装置の製
造方法によって解決される。
〔作用〕
本発明では、 Si基板1表面のSiを、堆積したGe
と反応させてSiGe単結晶膜4aに変えている。また
、SOI基板5のSt膜53を、堆積したGeと反応さ
せてSiGe単結晶膜9aに変えている。SiGeはS
iに比べてバンドギャップが小さく、シかもその上にS
iヲヘテロエビタキシャル戒成長ることは容易である。
それゆえ、ナローギャップ基板上のワイドギャップ構造
が容易に実現できる。
しかも、絶縁膜上SiGe構造(SiGe On I 
)は基板容量を低減できるので、この面からも高速デバ
イスに有利である。
さらに、 5ll−X Ge、膜は素子分離も容易にで
きる。X値は熱処理温度等を制御することで比較的自由
に選ぶことができるが、Siの拡散係数が大きいことか
ら、 0.05〜0.7の間が最も得られ易い。
〔実施例〕
第1図(a)乃至(c)は実施例Iを説明するための断
面図で、半導体基板の製造工程を示すものであり、以下
、これらの図を参照しながら説明する。
第1図(a)参照 Si基板1の上に、fIi圧CVD法により、基板温度
550’C,圧力 I Torrの条件でGe1mガス
50cc及びSiJ、ガス100ccを供給し、厚さ0
.7μmのSio、 5Geo、 s膜2を形成した。
さらに、その上にCVD法によりSin、膜3を300
人堆積した後、513N4膜31を1000人堆積した
なお、 Ge1.ガスとSiH4ガスの混合ガスに替え
て。
Ge)1.ガスのみを供給してもよい。この場合は、 
Ge膜2が形成される。
その後、高圧アニール炉により、2気圧の窒素雰囲気で
1200°C,100時間アニールし、48時間かけて
常温まで冷却した。
第1図(b)参照 Si:uLLaI35iOz膜3をエツチングして除去
した。
表面には厚さ約3μmのSi、、 GeX結晶膜4が形
成された。
第1図(c)参照 表面層は欠陥が多いので9表面層を約1.5μm除去し
て、厚さ約1.5μmのSi、、 Ge、単結晶膜4a
を得た。
かくして1表面に5tl−x GeX単結晶膜4aの形
成された半導体基板が得られた。
実施例■ 第2図(a)乃至(d)は実施例■を説明するための断
面図で、SOI基板を用いた半導体基板の製造工程を示
す。
第2図(a)参照 支持基板51.絶縁膜52. Si膜53からなるso
r基板5を示す。SO■基板5は張付は法により作られ
たもので、絶縁@52は厚さ1μmのSiO□膜。
St膜53は厚さ3μmに研磨されたものである。
第2図(b)参照 SOI基板5のSi膜53上に、減圧CVD法により、
基板温度550°C9圧力I Torrの条件でGeH
4ガス50cc及びSiJ、ガス100ccを供給し、
厚さ0、’7umのSio、 5Geo、 s膜6を形
成した。
このとき、 Ge1(、ガスと5il(、ガスの混合ガ
スに替えて、 GeH,ガスのみを供給してもよい。こ
の場合は、 Ge膜6が形成される。
その上に、保護膜としてCVD法により5in2膜7を
300人堆積した後、 Si3N、膜8を1000入堆
積した。
その後、高圧アニール炉により、2気圧の窒素雰囲気で
1200°c、too時間アニールし、48時間かけて
常温まで冷却した。
第2図(c)参照 5iJa膜8とSin、膜7をエツチングして除去した
。表面にはSiとGeの相互拡散により、厚さ約3.7
μmの組成Si、)、q Geal の結晶膜9が形成
された。
第2図(d)参照 表面層は欠陥が多いので2表面層を約1.5μm除去し
て、厚さ約2.2μmのSio、 q Geo、 l単
結晶膜9aを得た。
かくして、絶縁II!52上にSi、、 g Geo1
単結晶膜9aの形成された半導体基板が得られた。
実施例■ 第3図(a)乃至(d)は実施例■を説明するための断
面図で、実施例■で示した半導体基板を用いてヘテロバ
イポーラトランジスタを形成する工程を示している。
第3図(a)参照 実施例■で製造した半導体基板を示す。
第3図(b)参照 全面に500 keV 、  5 X 10 ”cm−
’の条件で、りんイオン(P9)を打ち込む。Sio、
 9 Gee、 l単結晶膜9aの底部にイオン注入層
10が形成される。
第3図(c)参照 活性化熱処理を行い、イオン注入層10をn°型コレク
タ層lOとし、さらに素子形I;7.領域を残すように
Sfo、 9 Ge61単結晶膜9aをエツチングする
第3図(d)参照 5i61Geo、 l単結晶膜9aに1通常のポリシリ
コン・セルファラインプロセスでヘテロバイポーラトラ
ンジスタを形成する。第3図(d)で11はn−型コレ
クタ層、12はP型ベース層、 13.15は絶縁膜、
14はポリシリコン膜、16はn型工ξツタ層を表す。
n−型コレクタittはりんを含むSin、 q Ge
o、 1単結晶膜であり、その上にn型エミツタ層16
としてStをエピタキシャル成長する。
n型エミツタ層16のSiは、P型ベース層12のSi
a、 q Geo、 r に対してエネルギーバンドギ
ャップが大き(、いわゆるワイドギャップトランジスタ
が実現される。
実施例■ 第4図は実施例■を説明するための断面図で。
実施例■で示した半導体基板の絶縁膜52の上にGeS
i系HEMTO形威さ形成半導体装置の断面図であり、
 51は支持基板、52は絶縁膜、17はチャネル層、
18は電子供給層、19はゲート電極、20はソース電
極、21はドレイン電極を表す。
チャネル層17はSiI□Ge、単結晶膜9aそのもの
を用い2組成はSio、 q Gee、 +である。電
子供給層18はSi膜であり、チャネル層17よりSi
組戒が多く、チャネル層17上にエピタキシャル成長す
ることによりヘテロ接合を得る。
ゲート電極19はAIである。ソース電極20.ドレイ
ン電極21はAu/Ge/Auでチャネル層17まで拡
散させる。
実施例■ 第5図は実施例Vを説明するための断面図で。
絶縁膜52の上に共鳴トンネリング・ホットエレクトロ
ン・トランジスタ(RHET)を有する半導体装置の断
面図であり、51は支持基板、52は絶縁膜、22はn
+型型心155層23はn−型コレクタ層、24はコレ
クタバリア層、25はベース層、26はエミッタバリア
層、27はエミッタ層、28はエミッタ電極、29はベ
ース電極を表す。
実施例■で示した半導体基板全面に500 keV 。
5×10目cm−3の条件で、りんイオン(P+)を打
ち込み、n゛型コレクタ層22を5160gGe+、 
+単結晶膜9aの底部に形成する。さらに、 Sio、
qGeo、+単結晶膜9aにりんイオン(P゛)を打ち
込み。
n−型コレクタ層23を形成し、その上にコレクタバリ
ア層24.ベース層25.エミッタバリア層26゜エミ
ツタ層27をエピタキシャル成長する。
コレクタバリア層24とエミッタバリア層26は。
例えばSi層であり、ベース層25とエミツタ層27は
Si、XGeX層であり、各層間にはへテロ接合が形成
されている。
選択エツチングによりn1型コレクタ層22の一部とベ
ースN25の一部を露出する。
エミッタ電極28.ベース電極29を形成する。
かくして、Sl−□GeXとSiのへテロ接合をもっ共
鳴トンネリング・ホットエレクトロン・トランジスタが
実現する。
以上、実施例■乃至実施例Vは実施例■に示した半導体
基板上に形成されたヘテロ接合を含む半導体装置につい
て説明したが、実施例■に示した半導体基板に替えて実
施例1に示した半導体基板も使用できる。
さらに、半導体基板I或いは半導体基板■上に形成され
るヘテロ接合を含む半導体装置は実施例■乃至実施例■
に制限されるものではない。
〔発明の効果〕
以上説明した様に1本発明によれば、絶縁膜上にSiG
e単結晶膜を有する半導体基板、及びそれを利用したワ
イドギャップのへテロ接合デバイスを高い歩留りをもっ
て提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)乃至(c)は実施例Iを説明するための図
。 第2図(a)乃至(d)は実施例■を説明するための図
。 第3図(a)乃至(d)は実施例■を説明するための図
。 第4図は実施例■を説明するための図。 第5図は実施例■を説明するための図 である。 図において。 lはSt基板。 2はGe膜或いはGeS i膜。 3はSiO2膜。 31はSi3N、膜。 4は5i1−、 Ge、結晶膜。 4aはSi1.、、 Ge、単結晶膜。 5はsor基板。 51は支持基板。 52は絶縁膜。 53はSi層。 6はGe膜或いはGeSi膜。 7はSiO□膜。 8はSi3N、膜。 9はSL−、GeX結晶膜。 9aはSi、、 Ge、単結晶膜。 10はイオン注入層。 10aはn1型コレクタ層。 11はn−型コレクタ層 12はP型ベース層。 13、15は絶縁膜 14はポリシリコン膜 16はn型エミツタ層。 17はチャネル層。 18は電子供給層。 19はゲート電極。 20はソース電極。 21はドレイン電極。 22はn1型コレクタ層。 23はn−型コレクタ層 24はコレクタバリア層。 25はベース層。 26はエミッタバリア層。 27はエミツタ層。 28はエミッタ電極。 29はベース電極 (α) (C) 実 〉ツ已  イタ・j 第 図 工 SOI某ね (d) (b) (Cン 実 方已 伸・1 ■ 茅 図 (d) CC) (、(、) 実f−例 ■ 第 図 つ1 絶 イタ11 茅 図 実  胞 4クリ ■ 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 〔1〕Si基板(1)上にGe膜或いはGeSi膜(2
    )を堆積した後、該Ge膜或いはGeSi膜(2)と該
    Si基板(1)表面のSiを反応させる熱処理を行い、
    該Si基板(1)と該Ge膜或いはGeSi膜(2)と
    の間でSiGe単結晶膜(4a)を形成することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。 〔2〕絶縁膜(52)上にSi膜(53)を有するSO
    I基板(5)にGe膜或いはGeSi膜(6)を堆積し
    た後、該Ge膜或いはGeSi膜(6)と該Si膜(5
    3)を反応させる熱処理を行い、該Si膜(53)をS
    iGe単結晶膜(9a)とすることを特徴とする半導体
    装置の製造方法。 〔3〕請求項1或いは請求項2記載の方法により製造さ
    れた半導体装置に、該SiGe単結晶膜(4a、9a)
    と異なる組成のSiGe単結晶膜或いはSi単結晶膜を
    エピタキシャル成長する工程を含むことを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
JP32460589A 1989-12-14 1989-12-14 半導体装置の製造方法 Pending JPH03185712A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006203223A (ja) * 1998-12-24 2006-08-03 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
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JP2007505477A (ja) * 2003-07-23 2007-03-08 エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド シリコン−オン−インシュレーター構造及びバルク基板に対するSiGeの堆積

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