JP2002299590A - Method of manufacturing semiconductor substrate and semiconductor device - Google Patents
Method of manufacturing semiconductor substrate and semiconductor deviceInfo
- Publication number
- JP2002299590A JP2002299590A JP2001095028A JP2001095028A JP2002299590A JP 2002299590 A JP2002299590 A JP 2002299590A JP 2001095028 A JP2001095028 A JP 2001095028A JP 2001095028 A JP2001095028 A JP 2001095028A JP 2002299590 A JP2002299590 A JP 2002299590A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- silicon
- sige
- semiconductor substrate
- sige layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁層とSiGe
層が積層された構造を有する半導体基板の製造方法及び
それを用いた半導体装置の製造方法に関する。[0001] The present invention relates to an insulating layer and SiGe
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate having a structure in which layers are stacked and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在の半導体素子の中核的存在であるシ
リコンMOS電界効果トランジスタは、素子寸法の微細
化、特にゲート長の縮小によって高密度集積化と駆動力
の増大を同時に達成してきた。しかしながら近い将来、
従来のトレンドに従った素子の微細化は物理的、経済的
な壁にぶつかることが指摘されている。そこで今後は微
細化以外の手法による高速化、低消費電力化の技術を確
立する必要がある。2. Description of the Related Art Silicon MOS field-effect transistors, which are at the core of current semiconductor devices, have simultaneously achieved high-density integration and increase in driving force by miniaturization of device dimensions, in particular, reduction of gate length. However, in the near future,
It has been pointed out that miniaturization of devices in accordance with the conventional trend encounters physical and economic barriers. Therefore, in the future, it is necessary to establish a technique for increasing the speed and reducing the power consumption by a method other than miniaturization.
【0003】そこで近年シリコンウエハ基板上に形成さ
れた緩和SiGeを下地にし、この上に薄く歪シリコン
層を形成した半導体基板を用いた電界効果型トランジス
タが提案されている。この電界効果型トランジスタは、
前記歪シリコン層においてキャリアが高移動度特性を示
すため、これをチャネル領域として使用することによっ
て高速かつ低消費電力化を図ることができる。In recent years, a field effect transistor using a semiconductor substrate having a relaxed SiGe formed on a silicon wafer substrate as a base and a thin strained silicon layer formed thereon has been proposed. This field effect transistor,
Since carriers exhibit high mobility characteristics in the strained silicon layer, high speed and low power consumption can be achieved by using this as a channel region.
【0004】一方、電界効果トランジスタの短チャネル
効果抑制のためのチャネル不純物の高濃度化はソース/
ドレイン拡散層の寄生容量の増大を招く。この寄生容量
の低減のために、シリコンウエハ上にシリコン酸化膜を
具備しさらに前記シリコン酸化膜上に半導体層を具備す
る、例えばSOI(Silicon on insul
ator)構造を有する半導体基板を使用することが有
効であることが知られている。On the other hand, increasing the concentration of channel impurities for suppressing the short channel effect of a field effect transistor requires the
This causes an increase in the parasitic capacitance of the drain diffusion layer. In order to reduce this parasitic capacitance, a silicon oxide film is provided on a silicon wafer and a semiconductor layer is provided on the silicon oxide film. For example, a silicon on insulator (SOI) is used.
It is known that it is effective to use a semiconductor substrate having an ator) structure.
【0005】そこで前記シリコンウエハ/シリコン酸化
膜/半導体層が形成された半導体基板構造と歪シリコン
層とを兼ね備えた半導体基板を用いたMOS電界効果ト
ランジスタが、特開平9−321307号公報に記載さ
れている。図4を用いて従来の、シリコンウエハ/シリ
コン酸化膜/半導体層が形成された半導体基板構造と歪
シリコン層と備えた半導体基板の製造方法について説明
する。この方法においては半導体層中に酸素イオンを注
入後でアニールすることにより前記半導体層中に酸化膜
を形成するいわゆるSIMOX(Separation
by implanted oxygen) 法が用
いられている。A MOS field-effect transistor using a semiconductor substrate having both a semiconductor substrate structure on which the silicon wafer / silicon oxide film / semiconductor layer is formed and a strained silicon layer is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-321307. ing. A conventional method for manufacturing a semiconductor substrate having a silicon wafer / silicon oxide film / semiconductor layer formed thereon and a strained silicon layer will be described with reference to FIG. In this method, a so-called SIMOX (Separation) method is used in which an oxide film is formed in the semiconductor layer by annealing after implanting oxygen ions into the semiconductor layer.
The "by implanted oxygen" method is used.
【0006】図4に示すように、シリコン基板3上に、
Ge濃度が徐々に大きくなるように傾斜させながら傾斜
SiGe層6を形成する。次に、この傾斜SiGe層6
上に、応力を十分に緩和する程度に厚く応力緩和SiG
e層1を形成する。As shown in FIG. 4, on a silicon substrate 3,
An inclined SiGe layer 6 is formed while being inclined so that the Ge concentration gradually increases. Next, the inclined SiGe layer 6
On top, the stress relaxation SiG is thick enough to sufficiently relax the stress.
An e-layer 1 is formed.
【0007】この後、応力緩和SiGe層1中に酸素を
イオン注入し、高温でアニール(1350℃)して、応
力緩和SiGe層1中に埋め込み酸化膜9を作製する。
このとき応力緩和SiGe層3中のGe原子のほとんど
は埋め込み酸化膜4の外へ排除され、埋め込み酸化膜9
の主成分はシリコン酸化膜となる。Thereafter, oxygen is ion-implanted into the stress-relaxed SiGe layer 1 and annealed at a high temperature (1350 ° C.) to form a buried oxide film 9 in the stress-relaxed SiGe layer 1.
At this time, most of the Ge atoms in the stress-relaxed SiGe layer 3 are excluded from the buried oxide film 4 and the buried oxide film 9 is removed.
Is a silicon oxide film.
【0008】次に、応力緩和SiGe層1上に薄くシリ
コンをエピタキシャル成長することで歪シリコン層10
を形成する。Next, a thin silicon layer is epitaxially grown on the stress-relaxed SiGe layer 1 to form the strained silicon layer 10.
To form
【0009】さらにこのような構造の半導体基板に、歪
シリコン層10をチャネル領域とする電界効果トランジ
スタを作成し半導体装置を得ていた。しかし、図4に示
す従来の半導体基板においては、埋め込み酸化膜4にG
eが残留し、この残留Geが原因と思われる埋め込み酸
化膜の絶縁耐圧の劣化が生じるという問題があった。Further, a field effect transistor having a strained silicon layer 10 as a channel region is formed on a semiconductor substrate having such a structure to obtain a semiconductor device. However, in the conventional semiconductor substrate shown in FIG.
e remains, and there is a problem that the dielectric breakdown voltage of the buried oxide film, which is considered to be caused by the residual Ge, deteriorates.
【0010】一方、シリコンウエハ上にSiGe層が形
成され、このSiGe層中に酸化膜を具備するSiGe
on Insulator構造を有する半導体基板も
pが他MOSFETのキャリア移動度の向上のために使用され
ることがある。このようなSiGe on Insul
ator構造を有する半導体基板の製造の際もSIMO
X法が用いられており、シリコンウエハ上に形成された
SiGe層中に酸素イオン注入を行った後、高温アニー
ルしSiGe層中に埋め込み酸化膜を形成する処理が行
われている。On the other hand, a SiGe layer is formed on a silicon wafer, and an SiGe layer having an oxide film in the SiGe layer.
In a semiconductor substrate having an on insulator structure, p may be used to improve the carrier mobility of another MOSFET. Such SiGe on Insul
at the time of manufacturing a semiconductor substrate having an ator structure.
The X method is used, in which oxygen ions are implanted into a SiGe layer formed on a silicon wafer, followed by annealing at a high temperature to form a buried oxide film in the SiGe layer.
【0011】しかしながらこの場合も埋め込み酸化膜に
Geが残留し、この残留Geが原因と思われる埋め込み
酸化膜の絶縁耐圧の劣化が生じ、半導体素子の絶縁耐圧
特性に影響を与えるという問題があった。However, also in this case, Ge remains in the buried oxide film, and the dielectric breakdown voltage of the buried oxide film, which is considered to be caused by the residual Ge, is degraded, and there is a problem that the breakdown voltage characteristics of the semiconductor element are affected. .
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の方
法で作成されたシリコン基板上に形成された絶縁体層上
にSiGe層が形成されてなる半導体基板においては、
埋め込み酸化膜中にGeが残留し、絶縁耐圧が劣化する
といった問題があった。As described above, in a semiconductor substrate in which a SiGe layer is formed on an insulator layer formed on a silicon substrate formed by a conventional method,
There is a problem that Ge remains in the buried oxide film and the dielectric strength voltage is deteriorated.
【0013】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、少なくとも絶縁体層上にSiGe層が積層
されてなる半導体基板の製造方法において、絶縁耐圧の
良好な絶縁体層を有する半導体基板の製造方法を提供す
ることを目的とする。また、前記半導体基板を用いて絶
縁耐圧特性に優れた半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In a method for manufacturing a semiconductor substrate having a SiGe layer laminated on at least an insulator layer, a semiconductor device having an insulator layer having a good withstand voltage is provided. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a substrate. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having excellent withstand voltage characteristics using the semiconductor substrate.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、第1のシリコ
ン層上にSiGe層を形成する工程と、前記SiGe層
と前記第1のシリコン層との界面より下方に酸素イオン
を注入後、アニールして前記第1のシリコン層中に絶縁
体層を形成する工程を備えることを特徴とする半導体基
板の製造方法である。The present invention comprises a step of forming a SiGe layer on a first silicon layer, and implanting oxygen ions below an interface between the SiGe layer and the first silicon layer. A method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising a step of forming an insulator layer in the first silicon layer by annealing.
【0015】本発明の半導体基板の製造方法において
は、シリコン層上に絶縁体層とSiGe層が積層されて
なる半導体基板を製造するにあたり、ベースとなる第1
のシリコン層上にまずSiGe層を形成し、さらにイオ
ン注入及びアニールを行って絶縁層を形成する方法を用
い、その際イオン注入時に前記第1のシリコン層中、前
記SiGe層と前記第1のシリコン層との界面より下方
に酸素イオンを注入する工程を行う。In the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, when manufacturing a semiconductor substrate in which an insulator layer and a SiGe layer are laminated on a silicon layer, a first base serving as a base is manufactured.
First, a method of forming a SiGe layer on the silicon layer and then performing ion implantation and annealing to form an insulating layer is used. At this time, the SiGe layer and the first A step of implanting oxygen ions below the interface with the silicon layer is performed.
【0016】これによりSiGe層よりも下方に絶縁体
層が形成される。As a result, an insulator layer is formed below the SiGe layer.
【0017】従来の方法とは異なり、イオン注入はSi
Ge層中にではなく、SiGe層より下方にイオン注入
する。したがってGeが絶縁体層に残留するという現象
が低減し、絶縁体層の絶縁耐圧の劣化が低減する。[0017] Unlike the conventional method, ion implantation is performed using Si.
The ions are implanted not into the Ge layer but below the SiGe layer. Therefore, the phenomenon that Ge remains in the insulator layer is reduced, and deterioration of the dielectric strength of the insulator layer is reduced.
【0018】さらに、本発明においては、前記SiGe
層上に第2のシリコン層を形成する工程をさらに備える
ことにより、シリコン基板/シリコン酸化膜/半導体層
および歪シリコン層を備えた半導体基板の製造にも適用
することができる。Further, according to the present invention, the SiGe
By further providing a step of forming a second silicon layer on the layer, the present invention can be applied to the manufacture of a semiconductor substrate having a silicon substrate / silicon oxide film / semiconductor layer and a strained silicon layer.
【0019】このとき、第1のシリコン層上に形成する
SiGe層のGe濃度を低濃度とし、絶縁体層形成後に
前記SiGe層のGe濃度を高濃度化する工程を行い、
その後前記SiGe層上に第2のシリコン層を形成する
工程を行うことが望ましい。これは以下のような理由に
よるものである。At this time, a step of reducing the Ge concentration of the SiGe layer formed on the first silicon layer and increasing the Ge concentration of the SiGe layer after forming the insulator layer is performed.
Thereafter, it is desirable to perform a step of forming a second silicon layer on the SiGe layer. This is due to the following reasons.
【0020】例えば図4に示される従来のシリコンウエ
ハ/シリコン酸化膜/半導体層の積層構造上に歪シリコ
ン層が形成された半導体基板の製造方法には以下のよう
な問題点があった。すなわちキャリアの高移動度化を達
成するには歪シリコン層の歪を大きくする必要があり、
そのためには、その下地となるSiGe層1のGe濃度
を高くする必要がある。さらにそのために、傾斜SiG
e層6の表面側は高Ge濃度である必要がある。しかし
ながらこの傾斜SiGe層6の表面側において高Ge濃
度とすると、図4に示すような欠陥8が発生しやすい。
そして欠陥8から誘起された転移7が応力緩和SiGe
層1、さらには歪Si層10に達する。そのため従来技
術では歪Si層中の転移を無くすことができず、結局キ
ャリアの高移動度化が達成できないというものである。For example, the conventional method for manufacturing a semiconductor substrate in which a strained silicon layer is formed on a laminated structure of a silicon wafer / silicon oxide film / semiconductor layer shown in FIG. 4 has the following problems. That is, in order to achieve high carrier mobility, it is necessary to increase the strain of the strained silicon layer,
For this purpose, it is necessary to increase the Ge concentration of the underlying SiGe layer 1. For that purpose, graded SiG
The surface side of the e-layer 6 needs to have a high Ge concentration. However, when the Ge concentration is high on the surface side of the inclined SiGe layer 6, the defect 8 as shown in FIG.
And the transition 7 induced from the defect 8 is stress-relaxed SiGe.
The layer 1 reaches the strained Si layer 10. For this reason, in the conventional technique, the dislocation in the strained Si layer cannot be eliminated, and eventually the carrier mobility cannot be increased.
【0021】しかしながら、上記の本発明の方法によ
り、形成時のSiGe層のGe濃度を低くし、さらに絶
縁体層を形成後にGe濃度を高濃度化する工程を行え
ば、形成時のされるSiGe層のGe濃度が低濃度であ
ることからSiGe層中に発生する欠陥が大幅に低減さ
れるため、最終的には下地のSiGe層中のGe濃度を
高くすることができるとともに、SiGe層中には欠陥
の発生が少なくなる。したがって前記SiGe層上に形
成されるシリコン層には、転移の発生が少なくかつ大き
い歪を与えることができるという作用を有する。However, according to the above-described method of the present invention, if the Ge concentration of the SiGe layer at the time of formation is lowered and the Ge concentration is increased after the formation of the insulator layer, the SiGe layer formed at the time of formation can be obtained. Since the concentration of Ge in the layer is low, the defects generated in the SiGe layer are greatly reduced, so that the Ge concentration in the underlying SiGe layer can be increased eventually and the Ge concentration in the SiGe layer can be increased. Reduces the occurrence of defects. Therefore, the silicon layer formed on the SiGe layer has an effect that the occurrence of dislocation is small and a large strain can be given.
【0022】また、上記の方法によれば傾斜SiGe層
6などの必要性がないためSiGeのエピ膜厚、しいて
はゲルマニウムガスの使用量も低減できるので製造コス
トが削減することができるという産業上のメリットも有
する。また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、
上記半導体基板の製造方法にて得られる半導体基板を用
い電界効果トランジスタが形成されている半導体装置を
得るため、高速かつ低消費電力であり、かつ絶縁耐圧特
性に優れた半導体装置を得ることができる。In addition, according to the above method, since there is no need for the inclined SiGe layer 6 or the like, the epitaxial film thickness of SiGe, and hence the amount of germanium gas used can be reduced, so that the manufacturing cost can be reduced. It also has the above advantages. According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention,
In order to obtain a semiconductor device in which a field-effect transistor is formed using the semiconductor substrate obtained by the above-described method for manufacturing a semiconductor substrate, a semiconductor device with high speed, low power consumption, and excellent withstand voltage characteristics can be obtained. .
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本実施例においてはシリコン基板/シリコン酸化
膜/SiGe層/歪シリコン層が順次積層された半導体
基板を製造した。図1、図2は本発明の実施例による半
導体基板の製造方法の工程を示す断面図である。Embodiments of the present invention will be described below. In this embodiment, a semiconductor substrate in which a silicon substrate / silicon oxide film / SiGe layer / strained silicon layer is sequentially laminated is manufactured. 1 and 2 are sectional views showing steps of a method for manufacturing a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention.
【0024】まず、図1(1)に示すように、シリコン
ウエハ(第1のシリコン層)からなるシリコン基板3上
に、SiGe層1を形成した。SiGe層1の形成はエ
ピタキシャル成長にて行った。本発明においては形成す
るSiGe層の膜厚は、例えば10nm以上1μm以下
が望ましい。本実施例では200nmとした。また、本
発明においては形成するSiGe層のGe濃度は、格子
不整合による欠陥が発生しないように低Ge濃度とする
ことが、欠陥の発生を防止するため望ましく、具体的に
は1atomic%以上15atomic%以下とする
ことが望ましい。本実施例ではGe濃度を10atom
ic%とした。First, as shown in FIG. 1A, a SiGe layer 1 was formed on a silicon substrate 3 made of a silicon wafer (first silicon layer). The formation of the SiGe layer 1 was performed by epitaxial growth. In the present invention, the thickness of the SiGe layer to be formed is desirably, for example, 10 nm or more and 1 μm or less. In this embodiment, the thickness is set to 200 nm. In the present invention, the Ge concentration of the SiGe layer to be formed is desirably set to a low Ge concentration so as to prevent defects from occurring due to lattice mismatch, in order to prevent the occurrence of defects, and more specifically, from 1 atomic% to 15 atomic%. % Is desirable. In this embodiment, the Ge concentration is set to 10 atoms.
ic%.
【0025】次にシリコン基板3中に絶縁体層2を形成
する工程を行った。本発明においては、絶縁体層の形成
はシリコン基板中に酸素イオンをイオン注入後、アニー
ル処理を行って埋め込み酸化膜を形成する。本実施例で
も上記方法を適用した。Next, a step of forming the insulator layer 2 in the silicon substrate 3 was performed. In the present invention, the insulator layer is formed by implanting oxygen ions into a silicon substrate and then performing an annealing process to form a buried oxide film. The above method was also applied to this embodiment.
【0026】すなわち図1(2)に示すように、まず、
シリコン基板3のSiGe層1との界面より下方に酸素
イオン4をイオン注入した。その時、酸素イオン4の注
入深さである射影飛程をSiGe層1の膜厚よりも深く
する条件で行った。具体的には、550〜650℃の基
板温度で、注入エネルギー180KeV、ドーズ量を
3.0〜4.5×1017ion/cm2の条件でイオン
注入した。酸素イオンが注入されたシリコン領域5の深
さはSiGe層1のシリコン基板との界面から下方に2
00nm〜500nmにかけての位置であった。That is, as shown in FIG. 1 (2), first,
Oxygen ions 4 were implanted below the interface between the silicon substrate 3 and the SiGe layer 1. At that time, the projection range, which is the implantation depth of the oxygen ions 4, was made deeper than the thickness of the SiGe layer 1. Specifically, ions were implanted at a substrate temperature of 550 to 650 ° C. under the conditions of an implantation energy of 180 KeV and a dose of 3.0 to 4.5 × 10 17 ions / cm 2 . The depth of the silicon region 5 into which the oxygen ions have been implanted is set to be lower by 2 from the interface between the SiGe layer 1 and the silicon substrate.
The position was from 00 nm to 500 nm.
【0027】本発明においては、酸素イオン注入時、酸
素イオン濃度のピークが前記SiGe層とシリコン基板
3との界面より下方に位置するよう酸素イオンが注入さ
れていることが望ましい。In the present invention, at the time of oxygen ion implantation, it is desirable that oxygen ions be implanted such that the peak of the oxygen ion concentration is located below the interface between the SiGe layer and the silicon substrate 3.
【0028】さらに、シリコン基板3中にイオン注入に
て酸素イオンを注入する場合、後工程のアニール処理で
絶縁体層が形成されるまでに、SiGe層1のGe原子
が絶縁体層下のシリコン基板へ拡散しないようSiGe
層1と、酸素イオンが注入されたシリコン領域5との間
にマージンを取ることが望ましい。そのために、酸素イ
オンが注入されたシリコン領域5はSiGe層1とシリ
コン基板3との界面から100nm〜1μmの位置から
下方に深さ100nm〜1μmとなるように形成するこ
とが望ましい。Further, when oxygen ions are implanted into the silicon substrate 3 by ion implantation, the Ge atoms of the SiGe layer 1 are removed from the silicon under the insulator layer before the insulator layer is formed by a subsequent annealing process. SiGe to prevent diffusion to the substrate
It is desirable to have a margin between the layer 1 and the silicon region 5 into which oxygen ions have been implanted. For this purpose, it is desirable that the silicon region 5 into which oxygen ions have been implanted be formed so as to have a depth of 100 nm to 1 μm below a position of 100 nm to 1 μm from the interface between the SiGe layer 1 and the silicon substrate 3.
【0029】次に、図1(3)に示すように、非酸化性
雰囲気、例えば不活性ガス、窒素などの雰囲気中におい
てアニール処理を行った。本発明において、イオン注入
後のアニール処理時の雰囲気は上述のように非酸化性雰
囲気とすることが望ましいが、例えば1wt%以下のO
2ガスを添加することを許容する。また、アニール処理
時の熱処理温度は、1000℃以上1450℃以下が望
ましい。本実施例では1wt%のO2ガスを含むAr雰
囲気中で、1300℃以上のアニール処理を行った。こ
れによりシリコン酸化膜、具体的にはSiO2もしくは
SiOを主成分とする埋め込み酸化膜からなる絶縁体層
2が形成された。このときSiGe層1中のGe原子は
アニール処理によって若干拡散するが、この拡散したG
e原子はシリコン酸化物中にはほとんど進入せず、形成
される絶縁体層2上の表面半導体層に留まる。Next, as shown in FIG. 1C, annealing was performed in a non-oxidizing atmosphere, for example, an atmosphere of an inert gas, nitrogen, or the like. In the present invention, the atmosphere during the annealing treatment after the ion implantation is desirably a non-oxidizing atmosphere as described above.
Allow 2 gases to be added. Further, the heat treatment temperature during the annealing treatment is desirably 1000 ° C. or more and 1450 ° C. or less. In this embodiment, an annealing process at 1300 ° C. or higher was performed in an Ar atmosphere containing 1 wt% O 2 gas. As a result, an insulator layer 2 composed of a silicon oxide film, specifically, a buried oxide film containing SiO 2 or SiO as a main component was formed. At this time, Ge atoms in the SiGe layer 1 are slightly diffused by the annealing process.
The e atoms hardly enter the silicon oxide, but stay in the surface semiconductor layer on the insulator layer 2 to be formed.
【0030】本実施例では厚さ100nmの絶縁体層2
上に、厚さ400nm程度でGe濃度3atomic以
上8atomic%以下のSiGe層1が形成された。
本発明においては、イオン注入後のアニール処理後のS
iGe層1中のGe濃度は1atomic%以上12a
tomic%以下であることが望ましい。In this embodiment, the insulator layer 2 having a thickness of 100 nm is used.
An SiGe layer 1 having a thickness of about 400 nm and a Ge concentration of 3 atomic to 8 atomic% was formed thereon.
In the present invention, after annealing treatment after ion implantation, S
Ge concentration in the iGe layer 1 is 1 atomic% or more and 12 a
Tomic% or less is desirable.
【0031】さらに、本発明においては、後工程でSi
Ge層1上に形成されるシリコン層(第2のシリコン
層)に大きな歪を導入するために、絶縁体層2形成後に
SiGe層中のGe濃度を高濃度化する工程を行うこと
が望ましい。この工程は、絶縁体層2形成後にシリコン
基板を熱酸化処理することによりなされることが欠陥や
転移の発生を抑制する上で望ましい。この熱酸化処理に
より図1(4)に示すようにSiGe層1のGeが濃縮
され、かつ薄膜化する。またSiGe層上にシリコン酸
化膜11が形成されるとともに、SiGe層1下方の絶
縁体層2(シリコン酸化膜)が厚膜化することがある。Further, in the present invention, Si
In order to introduce a large strain into the silicon layer (second silicon layer) formed on the Ge layer 1, it is desirable to perform a step of increasing the Ge concentration in the SiGe layer after forming the insulator layer 2. This step is preferably performed by subjecting the silicon substrate to a thermal oxidation treatment after the formation of the insulator layer 2 in order to suppress the occurrence of defects and dislocation. By this thermal oxidation treatment, Ge in the SiGe layer 1 is concentrated and thinned as shown in FIG. In addition, the silicon oxide film 11 is formed on the SiGe layer, and the thickness of the insulator layer 2 (silicon oxide film) below the SiGe layer 1 may be increased.
【0032】前記熱酸化処理は、酸素分圧が100%で
はない希釈酸化条件下で処理することが望ましい。ま
た、熱酸化処理における処理温度は、SiGeの融点よ
りも低温であることが望ましく、具体的には900℃以
上1400℃以下であることが望ましい。SiGeはG
e濃度が増加するとその融点が低下するので、温度設定
には注意を要する。In the thermal oxidation treatment, it is desirable to carry out the treatment under a dilute oxidation condition in which the oxygen partial pressure is not 100%. Further, the treatment temperature in the thermal oxidation treatment is desirably lower than the melting point of SiGe, specifically, desirably 900 ° C. or more and 1400 ° C. or less. SiGe is G
Care must be taken in setting the temperature because the melting point decreases as the e concentration increases.
【0033】SiGe層1を熱酸化処理することによ
り、シリコン原子は酸素と反応して、SiO2もしく
は、SiOからなるシリコン酸化膜を形成し、一方、G
eは酸素と反応せず、形成されたシリコン酸化膜から排
除され、SiGe層1中に濃縮される。後工程でSiG
e層1上に形成されるシリコン層に大きな歪を導入する
ために、第2工程後のSiGe層1中のGe濃度は、3
atomic%以上60atomic%以下であること
が望ましい。By subjecting the SiGe layer 1 to a thermal oxidation treatment, silicon atoms react with oxygen to form a silicon oxide film made of SiO 2 or SiO.
e does not react with oxygen, is eliminated from the formed silicon oxide film, and is concentrated in the SiGe layer 1. SiG in later process
In order to introduce a large strain into the silicon layer formed on the e-layer 1, the Ge concentration in the SiGe layer 1 after the second step is set to 3
It is desirable that the content be at least atomic% and at most 60 atomic%.
【0034】本実施例では、650nm程度のシリコン
酸化膜11が形成される熱酸化処理を施した。(雰囲気
50%O2、50%不活性ガス、熱処理温度1300
℃)、その結果、膜厚100nmで5atomic%以
上30atomic%以下のGe濃度からなるSiGe
層1が形成された。さらに上記熱酸化処理における酸化
量を増やすことで、より高Ge濃度で薄膜のSiGe層
1を得ることができる。本発明においては熱酸化処理後
のSiGe層1の膜厚は5nm以上500nm以下であ
ることが望ましい。In this embodiment, a thermal oxidation process for forming a silicon oxide film 11 of about 650 nm was performed. (Atmosphere 50% O 2 , 50% inert gas, heat treatment temperature 1300
° C), and as a result, a SiGe film having a thickness of 100 nm and a Ge concentration of 5 atomic% or more and 30 atomic% or less.
Layer 1 was formed. Further, by increasing the amount of oxidation in the thermal oxidation treatment, it is possible to obtain a thin SiGe layer 1 with a higher Ge concentration. In the present invention, the thickness of the SiGe layer 1 after the thermal oxidation treatment is desirably 5 nm or more and 500 nm or less.
【0035】上記熱酸化処理後は、表面のシリコン酸化
膜11をウエットエッチング等で剥離することが望まし
い。After the above-mentioned thermal oxidation treatment, it is desirable that the silicon oxide film 11 on the surface is removed by wet etching or the like.
【0036】さらに、図2に示すようにSiGe層1上
に、シリコン層10(第2のシリコン層)を形成する工
程を行った。シリコン層10の形成方法としてはエピタ
キシャル成長にて行った。これによりシリコン層10が
歪シリコン層でありシリコン/絶縁体層/半導体層構造
を有する半導体基板が作成された。本発明において形成
する第2のシリコン層の厚さは1nm以上500nm以
下であることが望ましい。Further, as shown in FIG. 2, a step of forming a silicon layer 10 (second silicon layer) on the SiGe layer 1 was performed. The silicon layer 10 was formed by epitaxial growth. Thus, a semiconductor substrate having a silicon / insulator layer / semiconductor layer structure in which the silicon layer 10 is a strained silicon layer was produced. It is desirable that the thickness of the second silicon layer formed in the present invention be 1 nm or more and 500 nm or less.
【0037】次に、このようにして得られた歪を有する
シリコン層10を表面に有する半導体基板に対して電界
効果トランジスタを形成した。Next, a field-effect transistor was formed on the semiconductor substrate having the thus obtained strained silicon layer 10 on the surface.
【0038】上記半導体基板にシリコン層10表面にゲ
ート絶縁膜となるシリコン酸化膜を形成した。本実施例
では上記半導体基板を例えば800℃、ドライ雰囲気中
で熱酸化してシリコン酸化膜を形成した。次にこのゲー
ト酸化膜上にゲート電極を形成した。本実施例ではゲー
ト酸化膜上にnタイプ多結晶Siを厚さ200nm堆積
し、パターニングすることによって、ゲート電極を形成
した。次に、ソース領域及びドレイン領域を形成した。
本実施例ではソース領域及びドレイン領域は、ゲート電
極をマスクとして、AsイオンをSiGe層1までイオ
ン注入して形成した。この電界効果トランジスタのチャ
ネル領域は歪シリコン層10に存在する。このようにし
て、本発明の実施例に係る半導体基板上にMOS型電界
効果トランジスタが完成した。A silicon oxide film serving as a gate insulating film was formed on the surface of the silicon layer 10 on the semiconductor substrate. In this embodiment, the silicon substrate was thermally oxidized at, for example, 800 ° C. in a dry atmosphere to form a silicon oxide film. Next, a gate electrode was formed on the gate oxide film. In this embodiment, a gate electrode is formed by depositing n-type polycrystalline Si on the gate oxide film to a thickness of 200 nm and patterning it. Next, a source region and a drain region were formed.
In this embodiment, the source region and the drain region are formed by implanting As ions into the SiGe layer 1 using the gate electrode as a mask. The channel region of this field-effect transistor exists in the strained silicon layer 10. Thus, a MOS field effect transistor was completed on the semiconductor substrate according to the example of the present invention.
【0039】本発明の半導体基板の製造方法において、
絶縁体層形成後の熱酸化処理および熱酸化処理後のシリ
コン酸化膜の剥離処理は必ずしも施す必要はなく、低G
e濃度のSiGe層を形成するときには行う必要はな
い。本発明の半導体基板の製造方法においては、上記実
施例に示される第2のシリコン層を形成する工程を行わ
ずに、絶縁体層上にSiGe層が形成された半導体基板
の製造に適用してもよい。In the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention,
The thermal oxidation treatment after the formation of the insulator layer and the peeling treatment of the silicon oxide film after the thermal oxidation treatment are not necessarily performed.
This step need not be performed when forming the SiGe layer having the e concentration. In the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, the method is applied to the manufacture of a semiconductor substrate having a SiGe layer formed on an insulator layer without performing the step of forming the second silicon layer shown in the above embodiment. Is also good.
【0040】図3にシリコン基板上の絶縁体層上にSi
Ge層が形成された半導体基板の断面図を示す。シリコ
ン基板3上に絶縁体層2およびSiGe層1が形成され
ている。FIG. 3 shows that Si is formed on the insulator layer on the silicon substrate.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate on which a Ge layer is formed. An insulator layer 2 and a SiGe layer 1 are formed on a silicon substrate 3.
【0041】[0041]
【発明の効果】本発明は少なくとも絶縁体層上にSiG
e層が積層されてなる半導体基板の製造方法において、
絶縁耐圧の良好な絶縁体層を有する半導体基板を提供す
ることができる。According to the present invention, at least the SiG
In a method for manufacturing a semiconductor substrate having an e-layer laminated,
A semiconductor substrate having an insulator layer with good withstand voltage can be provided.
【0042】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、上記半導体基板の製造方法にて得られる半導体基
板を用いて電界効果トランジスタが形成されている半導
体装置が得られるため、高速かつ低消費電力であり、か
つ絶縁耐圧特性に優れた半導体装置を得ることができ
る。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a semiconductor device having a field-effect transistor formed using the semiconductor substrate obtained by the above-described method of manufacturing a semiconductor substrate can be obtained. A semiconductor device which consumes power and has excellent withstand voltage characteristics can be obtained.
【図1】 本発明の実施例による半導体基板の製造方法
の工程断面図。FIG. 1 is a process sectional view of a method of manufacturing a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の実施例による半導体基板の製造方法
の工程断面図。FIG. 2 is a process sectional view of a method for manufacturing a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の実施例による半導体基板の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention.
【図4】 従来の半導体基板の断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor substrate.
1…SiGe層 2…絶縁体層 3…シリコン基板 4…酸素イオン 5…酸素イオンが注入されたシリコン領域 6…傾斜SiGe層 7…転位 8…欠陥 9…埋め込み酸化膜 10…シリコン層 11…シリコン酸化膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SiGe layer 2 ... Insulator layer 3 ... Silicon substrate 4 ... Oxygen ion 5 ... Silicon region into which oxygen ion was implanted 6 ... Sloped SiGe layer 7 ... Dislocation 8 ... Defect 9 ... Buried oxide film 10 ... Silicon layer 11 ... Silicon Oxide film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F110 AA01 AA09 AA11 CC02 DD05 DD13 DD24 EE09 FF02 FF23 GG01 GG02 GG12 GG19 GG24 GG25 GG42 GG57 HJ01 HJ13 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F110 AA01 AA09 AA11 CC02 DD05 DD13 DD24 EE09 FF02 FF23 GG01 GG02 GG12 GG19 GG24 GG25 GG42 GG57 HJ01 HJ13
Claims (8)
る工程と、前記SiGe層と前記第1のシリコン層との
界面より下方に酸素イオンを注入後、アニールして前記
第1のシリコン層中に絶縁体層を形成する工程を備える
ことを特徴とする半導体基板の製造方法。A step of forming a SiGe layer on the first silicon layer; implanting oxygen ions below an interface between the SiGe layer and the first silicon layer; annealing the first silicon layer; A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising a step of forming an insulator layer in a layer.
素イオン濃度のピークが前記SiGe層と前記第1のシ
リコン層の界面より下方に位置するよう酸素イオンを注
入することを特徴とする半導体基板の製造方法。2. The semiconductor according to claim 1, wherein said step of forming said insulator layer comprises implanting oxygen ions such that a peak of oxygen ion concentration is located below an interface between said SiGe layer and said first silicon layer. Substrate manufacturing method.
成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項1記
載の半導体基板の製造方法。3. The method according to claim 1, further comprising the step of forming a second silicon layer on said SiGe layer.
リコン層を形成する工程前に前記SiGe層のGe濃度
を高濃度化する工程を行うことを特徴とする請求項3記
載の半導体基板の製造方法。4. The method according to claim 3, wherein a step of increasing the Ge concentration of the SiGe layer is performed after the step of forming the insulator layer and before the step of forming the second silicon layer. A method for manufacturing a semiconductor substrate.
工程は、前記半導体基板を酸化性雰囲気下で加熱するこ
とにより行われることを特徴とする請求項4記載の半導
体基板の製造方法。5. The method according to claim 4, wherein the step of increasing the Ge concentration of the SiGe layer is performed by heating the semiconductor substrate in an oxidizing atmosphere.
る工程により前記SiGe層上に形成された酸化膜を剥
離する工程を行うことを特徴とする請求項5記載の半導
体基板の製造方法。6. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 5, wherein a step of removing the oxide film formed on the SiGe layer by a step of heating the semiconductor substrate in an oxidizing atmosphere is performed.
atomic%以上かつ15atomic%以下である
ことを特徴とする請求項1記載の半導体基板の製造方
法。7. The SiGe layer has a Ge concentration of 1 when formed.
2. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the content is at least atomic% and not more than 15 atomic%.
る工程と、前記SiGe層と前記第1のシリコン層との
界面より下方に酸素イオンを注入後、アニールして前記
第1のシリコン層中に絶縁体層を形成する工程と、 前記SiGe層上に第2のシリコン層を形成する工程
と、 前記第2のシリコン層をチャネル領域とする電界効果ト
ランジスタを形成する工程とを備えることを特徴とする
半導体装置の製造方法。8. A step of forming a SiGe layer on the first silicon layer, implanting oxygen ions below an interface between the SiGe layer and the first silicon layer, annealing the first silicon layer, Forming an insulator layer in the layer; forming a second silicon layer on the SiGe layer; and forming a field-effect transistor using the second silicon layer as a channel region. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001095028A JP3995428B2 (en) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | Semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor device manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001095028A JP3995428B2 (en) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | Semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor device manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002299590A true JP2002299590A (en) | 2002-10-11 |
JP3995428B2 JP3995428B2 (en) | 2007-10-24 |
Family
ID=18949139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001095028A Expired - Fee Related JP3995428B2 (en) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | Semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor device manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3995428B2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004363199A (en) * | 2003-06-02 | 2004-12-24 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp | Process for producing semiconductor substrate |
JP2005333052A (en) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | Sony Corp | Simox substrate and its manufacturing method, and semiconductor device using same and method for manufacturing electrooptical display device using same |
JP2006503442A (en) * | 2002-10-18 | 2006-01-26 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | Semiconductor device with extensible strain silicon introduced into the compressed material of the buried oxide layer |
CN100336172C (en) * | 2004-12-22 | 2007-09-05 | 上海新傲科技有限公司 | Silicon-germanium material structure on insulator prepared through improved separation-by-implantation-of-oxygen technique and process thereof |
US7501318B2 (en) | 2003-05-30 | 2009-03-10 | International Business Machines Corporation | Formation of silicon-germanium-on-insulator (SGOI) by an integral high temperature SIMOX-Ge interdiffusion anneal |
US7507988B2 (en) | 2003-07-01 | 2009-03-24 | International Business Machines Corporation | Semiconductor heterostructure including a substantially relaxed, low defect density SiGe layer |
-
2001
- 2001-03-29 JP JP2001095028A patent/JP3995428B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006503442A (en) * | 2002-10-18 | 2006-01-26 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | Semiconductor device with extensible strain silicon introduced into the compressed material of the buried oxide layer |
US7501318B2 (en) | 2003-05-30 | 2009-03-10 | International Business Machines Corporation | Formation of silicon-germanium-on-insulator (SGOI) by an integral high temperature SIMOX-Ge interdiffusion anneal |
JP2004363199A (en) * | 2003-06-02 | 2004-12-24 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp | Process for producing semiconductor substrate |
US7507988B2 (en) | 2003-07-01 | 2009-03-24 | International Business Machines Corporation | Semiconductor heterostructure including a substantially relaxed, low defect density SiGe layer |
US7816664B2 (en) | 2003-07-01 | 2010-10-19 | International Business Machines Corporation | Defect reduction by oxidation of silicon |
JP2005333052A (en) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | Sony Corp | Simox substrate and its manufacturing method, and semiconductor device using same and method for manufacturing electrooptical display device using same |
CN100336172C (en) * | 2004-12-22 | 2007-09-05 | 上海新傲科技有限公司 | Silicon-germanium material structure on insulator prepared through improved separation-by-implantation-of-oxygen technique and process thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3995428B2 (en) | 2007-10-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6709909B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US6717213B2 (en) | Creation of high mobility channels in thin-body SOI devices | |
US7253034B2 (en) | Dual SIMOX hybrid orientation technology (HOT) substrates | |
US6707106B1 (en) | Semiconductor device with tensile strain silicon introduced by compressive material in a buried oxide layer | |
US20020168802A1 (en) | SiGe/SOI CMOS and method of making the same | |
TWI236707B (en) | Manufacturing method of semiconductor substrate | |
US7018882B2 (en) | Method to form local “silicon-on-nothing” or “silicon-on-insulator” wafers with tensile-strained silicon | |
US7812397B2 (en) | Ultra thin channel (UTC) MOSFET structure formed on BOX regions having different depths and different thicknesses beneath the UTC and source/drain regions and method of manufacture thereof | |
JP2002237590A (en) | Mos field effect transistor | |
KR0161611B1 (en) | Producing method of semiconductor device | |
JP2004063780A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP3751469B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device having SOI structure | |
US20030160300A1 (en) | Semiconductor substrate, method of manufacturing the same and semiconductor device | |
JP3648466B2 (en) | Field effect transistor, semiconductor substrate, method of manufacturing field effect transistor, and method of manufacturing semiconductor substrate | |
JP2002076347A (en) | Semiconductor device, semiconductor substrate and its manufacturing method | |
JPH05183154A (en) | Semiconductor device and fabrication thereof | |
JP3995428B2 (en) | Semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor device manufacturing method | |
JPH10209453A (en) | Semiconductor device and its manufacture | |
JP2633104B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP3600174B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
JP4037803B2 (en) | Method for manufacturing SGOI substrate | |
JPH06302826A (en) | Insulated gate field-effect transistor and preparation thereof | |
JP4265890B2 (en) | Method for manufacturing insulated gate field effect transistor | |
JP4265889B2 (en) | Method for manufacturing insulated gate field effect transistor | |
CN113937055A (en) | Method for manufacturing germanium-silicon layer of FDSOI (fully depleted silicon on insulator) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050401 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20050414 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050606 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070105 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070130 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070227 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070427 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070525 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070615 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070727 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070731 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100810 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100810 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100810 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110810 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110810 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120810 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120810 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130810 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |