(57)【要約】      （修正有）【課題】少なくとも１つ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により規定されて、コンタクト界面の手段で分離構造と物理的に接触し、分離構造と活性層は共通の実質的に平坦な面の上で隣接し、共通の実質的に平坦な面上にパターニングされた応力誘起層を形成する工程であって、応力誘起層は活性層中で応力場を誘起するために適用され、誘起された応力場は活性層中に存在する欠陥上の剪断応力となる工程と、アニール工程と、共通の実質的な平坦な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、を含み、パターニングされた応力誘起層を共通の実質的に平坦な面の上に適用する場合に、活性層はアモルファスである。【選択図】図１４
2014131028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの活性層から欠陥を低減する方法であって、活性層はデバイス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により規定されて、コンタクト界面の手段で分離構造と物理的に接触し、分離構造と活性層は共通の実質的に平坦な面の上で隣接し、この方法は、
共通の実質的に平坦な面上にパターニングされた応力誘起層を形成する工程であって、応力誘起層は活性層中で応力場を誘起するために適用され、誘起された応力場は、活性層中に存在する欠陥上の剪断応力となる工程と、
共通の実質的に平坦な面上のパターニングされた応力誘起層を形成した後に、アニール工程を行う工程と、
共通の実質的な平坦な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、を含み、
パターニングされた応力誘起層を、共通の実質的に平坦な面の上に適用する場合に、活性層はアモルファスであり、この方法は、さらに、共通の実質的に平坦な面の上にパターニングされた応力誘起層を形成する前に、活性層をアモルファス化するプロセスを含み、
アニール工程は、誘起された応力の下でアモルファス化された活性層を再結晶化するために適した温度で、一方で応力誘起層を過度に緩和しないために十分に低い温度で行われ、
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、共通の実質的に平坦な面の上に形状を規定し、この形状は平行な縦方向の境界により横方向に規定され、平行な縦方向の境界は、活性層と分離構造との間のコンタクト界面に対して、０°または１８０°とは異なる角度を形成する方法。
【請求項２】
活性層は、（００１）結晶方位を有するシリコン、ゲルマニウム、またはシリコンゲルマニウム層であり、活性層と分離構造との間のコンタクト界面は、活性層の（１１０）方向に沿って配置され、角度は８．４３°から２８．４３°までの範囲内である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
角度は、約１８．４３°である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
パターニングされた応力誘起層は、ＳｉＮを含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
パターニングされた応力誘起層の膜厚は、５ｎｍから１００ｎｍである請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
さらに、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面との間に少なくとも１つのスクリーニング層を含み、スクリーニング層は、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ように適用され、活性層中の応力場は、アニール中に、活性層中をコンタクト界面に向かって欠陥が移動するのを助けるような符号と大きさである請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つのスクリーニング層は、パターニングされていない完全な層である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つのスクリーニング層は、シリコン酸化物を含む請求項６または７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つのスクリーニング層は、例えばＳｉＮのような主にＳｉとＮを含む第１の堆積層と、例えばＳｉＯ２のような主にＳｉとＯを含む第２の堆積層とを含む請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
共通の実質的に平坦な面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、エッチングによりパターニングされていない応力誘起層をパターニングする工程とを含み、スクリーニング層または複数のスクリーニング層の上部スクリーニング層は、パターニングされた応力誘起層のパターンエッチのための、エッチストップ層となるように適用される請求項６〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つのスクリーニング層の組み合わされた全膜厚は、５ｎｍから５０ｎｍである請求項６〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
パターニングされた応力誘起層はＳｉＮ層を含み／であり、上部スクリーニング層はＳｉＯ２を含み／からなり、下部スクリーニング層はＳｉＮを含み／からなる請求項６〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
活性層は、ゲルマニウム含有層である請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
活性層は、ＳｉｘＧｅ１−ｘ含有層であり、ｘは０から０．８である請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
アニール工程は、４５０℃から１１００℃の温度で行われる請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスの製造方法に関する。所定の形態では、例えば、低減された欠陥レベルと改良された性能を有する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。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料（例えばＳｉＧｅまたはＧｅ）の、他の半導体材料（例えばＳｉ）の上へのヘテロエピタキシャルはしばしば、格子定数の違いにより転位のような欠陥を生成する。
【０００３】
アスペクト比トラッピング（ＡＲＴ）の技術を用いて実施されるような、限定された空間での成長は、制限された空間の端部近傍で（例えばシャロートレンチ分離（ＳＴＩ）に向かって）成長する欠陥を減らすことができる。例えば"Study of the defect elimination mechanisms in aspect ratio trapping Ge growth" Bai, J. et., Applied Physics Letters, Volume 90, Issue 10, id. 101902 (2007)参照。この技術は、例えば能動デバイスや能動デバイス層の中央近傍の転位のような欠陥を減らす解決策を提供しない。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中の、例えば転位のような欠陥の存在は、高移動度チャネル材料がシリコンウエハの上に集積される、ＦｉｎＦＥＴや類似のデバイスで本質的に懸念される。
【発明の概要】
【０００４】
半導体デバイスの一部、またはデバイス中の半導体の少なくとも１つの活性層から、例えば貫通転位のような転位等の欠陥を低減する方法を提供することが本発明の目的である。活性層は少なくとも横方向に分離構造により限定され、コンタクト界面の手段によりそれらの物理的に接触し、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。
【０００５】
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本発明により達成される。即ち、この方法は、
共通の実質的に平坦な面上にパターニングされた応力誘起層を形成する工程であって、応力誘起層は活性層中の応力場を誘起するために適用され、誘起された応力場は、例えば貫通転位のような転位のような、活性層中に存在する欠陥上の剪断応力となる工程と、
共通の実質的に平坦な面上のパターニングされた応力誘起層を形成した後に、アニール工程を行う工程と、
これにより、コンタクト界面に向かって、例えば転位のような欠陥の移動を任意的に含み、
共通の実質的な平坦な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、を示す。
【０００６】
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強力に低減できる、または完全に除去できることは、本発明の長所である。さらに、活性半導体デバイス層の中央領域から、欠陥が強力に低減できる、または完全に除去できることは、本発明の長所である。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その中を流れることができる層であり、これにより、ダイオードのように本質的に、または例えば電界効果トランジスタのソースとドレインでこの流れがゲートにより制御されるように明確に、この流れが制御できる。活性層または積層は、半導体材料のような電気的に制御可能な材料を含み、ダイオード機能のような電気的機能を提供するように形成され、またはその電気伝導性がゲートのような制御電極により変調できるように形成される。
【０００７】
本発明の目的のために、転位は結晶学的な線欠陥、または結晶構造中の不規則である。例えば、Derek Hull and J. Baconにより書籍"Introduction to Dislocations"に、転位についてのより詳細な記載がある。結晶学的な線欠陥は、例えば貫通転位でも良い。
【０００８】
実際に要求される応力は、デバイス寸法、材料、およびアニール温度に依存することは当然である。好適な具体例では、パターニングされた応力誘起層中の内部応力は、１００ＭＰａと５ＧＰａとの間である。圧縮応力または引っ張り応力の双方が使用できる。
【０００９】
本発明の好適な具体例では、活性層はゲルマニウム層、またはゲルマニウムを含んでも良い。それはＳｉＧｅ層でも良い。本発明の好適な具体例では、活性デバイス層は、ＳｉｘＧｅ１−ｘであり、またはこれを含み、ｘは０と０．８との間、または０と０．７との間、または０と０．６との間、または０と０．５との間、または０と０．４との間、または０と０．３との間、または０と０．２との間が好ましい。
【００１０】
代わりの具体例では、それはシリコン層でも良く、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、例えばＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＰ、３元系または４元系化合物のようなＩＩＩ−Ｖ材料であり、またはこれを含み。
【００１１】
例えばＦＥＴトランジスタデバイスのような最終半導体デバイスの活性層は、典型的には単結晶であることは当然である。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を、共通の実質的に平坦な面の上に適用する場合、活性層は結晶である。
【００１２】
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を、共通の実質的に平坦な面の上に適用する場合、活性層はアモルファスである。
【００１３】
本発明の好適な具体例でが、この方法は、さらに、共通の実質的に平坦な面の上にパターニングされた応力誘起層を形成する前に活性層をアモルファス化するプロセスを含み、アニール工程は、誘起された応力の下でアモルファス化された活性層を再結晶化するために適した温度で、一方で応力誘起層を過度に緩和しないために十分に低い温度で、行われる。
【００１４】
アモルファス化は、当業者に知られた最先端の技術で行われても良い。アモルファス化は、例えばイオン注入のような注入プロセスを含む。
【００１５】
活性層をアモルファス化し、誘起された応力の下（例えばアニール温度で誘起された応力）でアモルファス化された活性層を再結晶化するために適し、一方で応力誘起層を過度に緩和しないために十分に低い温度でアニール工程を行うことは、貫通転位を減らすことが見出された。なぜなら、貫通転位は再成長中に分離構造とのコンタクト界面に向かって外れるからである。これにより活性層がより良い品質になる。
【００１６】
本発明にかかる好適な具体例では、パターニングされた応力誘起層はＳｉＮを含む。本発明にかかる具体例では、パターニングされた応力誘起層は、ＳｉＮ、ＴｉＮ、Ｗ、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびはハフニウムシリケートおよび／またはハフニウムアルミネイトのような混合酸化物のいずれか、またはいずれかの組み合わせを含む。
【００１７】
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膜厚は、５ｎｍから１００ｎｍであり、さらに好適には１０ｎｍから３０ｎｍである。
【００１８】
好適な具体例では、この方法はさらに、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面との間に少なくとも１つのスクリーニング層を形成する工程を含み、スクリーニング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し、活性層の応力場は、アニール工程中にコンタクト界面に向かう活性層中の欠陥（例えば転位）の移動につながる符号および大きさとなる。１、２、または複数のスクリーニング層を形成しても良い。
【００１９】
少なくとも１つのスクリーニング層を使用することにより、活性層中のパターニングされた応力誘起層により形成された応力場の、例えばその方向および／または均一性が、より制御される。
【００２０】
例えば所定の活性デバイス層のために、少なくとも１つのスクリーニング層と応力誘起層が適当に選択されることにより、活性領域の対応部分で実質的に一方向である剪断応力を形成することが可能となり、所定の具体例では実質的に均一となる。
【００２１】
好適な具体例では、少なくとも１つのスクリーニング層はパターニングされず、完全な層である。少なくとも１つのスクリーニング層は、好適には下層の基板の主表面全体を覆う。
【００２２】
１またはそれ以上のパターニングされたスクリーニング層と比較した場合、そのような層は、改良された性能を提供する。
【００２３】
好適な具体例では、少なくとも１つのスクリーニング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の型のプロセスで堆積される。シリコン酸化物はさらに、ヤング率や歪率のような酸化物の機械的特性に影響する１またはそれ以上の元素を含み、これは酸化物の最適膜厚に影響しても良い。それらの他の元素は、例えばＣ、Ｈ、Ｎ、Ｆを含む。
【００２４】
好適な具体例では、スクリーニング層は、例えばＳｉＮのような主にＳｉとＮを含む第１堆積層と、例えばＳｉＯ２のような主にＳｉとＯを含む第２堆積層とを含む。
【００２５】
好適な具体例では、共通の実質的に平坦な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、エッチングによりパターニングされていない応力誘起層をパターニングする工程とを含み、スクリーニング層または複数のスクリーニング層の上部層は、パターニングされた応力誘起層のパターン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る。
【００２６】
好適な具体例では、１またはそれ以上の（複数の）スクリーニング層の組み合わせた全膜厚は５ｎｍから５０ｎｍである。この範囲にある膜厚は最適性能を示すことが示されている。しかしながら他の膜厚を排除しない。
【００２７】
好適な具体例では、パターニングされた応力誘起層はシリコン窒化物層を含み／であり、上部スクリーニング層はＳｉＯ２を含み／であり、下部スクリーニング層はＳｉＮを含む／である。
【００２８】
本発明の目的のために、ＳｉＮ層、またはＳｉＮ応力誘起層を参照した場合、それらの層は主にシリコンと窒素を含むことが理解されるべきである。シリコン窒化物は、おおよそＳｉ３Ｎ４の化学量論を有するが、これは異なっても良い。それらの層はさらに例えばＣ、Ｈ、Ｏのような不純物元素を含み、これは産業標準の化学気相堆積技術で堆積した膜の一般的な場合である。
【００２９】
好適な具体例では、アニール工程は４５０℃から１１００℃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℃の温度で行われる。
【００３０】
好適な具体例では、アニール工程の時間は、例えば転位のような欠陥がコンタクト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またはそれ以上のミリ秒から６時間のような数時間までである。一般的に比較的低い温度は、比較的長い時間を必要とする。時間は一般的には活性層の寸法と、典型的な欠陥または転位の移動速度との関数である。
【００３１】
好適な具体例では、この方法はさらに、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スクリーニング層を除去する工程と、リン酸を含む水溶液中でＳｉＮの下部スクリーニング層を除去する工程とを含む。特別な具体例では、２つのスクリーニング層（ＳｉＯｘ／ＳｉＮ）はＳｉＮのパターニングされた応力誘起層と組み合わされる。上部スクリーニング層（ＳｉＯｘ）はＳｉＮのパターニングされた応力誘起層のためのエッチストップとして形成される。下部スクリーニング層（ＳｉＮ）は、次に下方のＳｉＯ２スクリーニング層のため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、下部ＳｉＮスクリーニング層が熱リン酸中での短時間エッチで除去される。
【００３２】
好適な具体例では、分離構造はＳｉＯｘ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）を含んでも、これからなっても良い。ＳＴＩ構造は、シリコン酸化物を含み、またはこれからなる。
【００３３】
好適な具体例では、共通の平坦な面が化学機械研磨（ＣＭＰ）により準備される。
【００３４】
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面の上に形状を形成する工程である。それらの実質的に平行な境界は、例えば活性層の境界から３０ｎｍより小さい距離以内のような、近い距離にある。
【００３５】
他の観点では、共通の実質的に平坦な面の上のパターニングされた応力誘起層の突起は、活性層の境界に対して、少なくとも部分的に実質的に平行な、または実質的に平行な境界を形成し、実質的に平坦な境界は、例えば活性層の境界から３０ｎｍより小さい距離以内のような、近い距離にある。突起は好適には共通の主面に直交する突起である。下にある基板の主面に直交する突起物であっても良い。
【００３６】
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、他の応力誘起層に接続されても良い。接続された応力誘起層のために、それぞれの応力場は従属していることは当然である。それらの構造のいくつかは、いずれかの他の応力誘起層に接続されなくても良い。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層のために、それぞれの応力場は実質的に独立であることは当然である。
【００３７】
有利には、応力誘起層またはそれぞれの応力誘起構造は、最高の効果を得るために、活性デバイス層の境界に近い位置に形成される。好適な具体例では、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平行に配置された突起の境界を形成する。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あることは当然である。トランジスタデバイスは、プレーナまたはノンプレーナ型でも良い。ノンプレーナ型のトランジスタデバイスは、例えばＦＩＮＦＥＴ型または当業者に知られた類似の型のトランジスタでも良い。それは典型的には長い形状を有する。共通の主面上、または下にある基板の主面上の、活性デバイス層の突出した境界は、例えば矩形、角の丸い矩形、楕円形、または当業者に好ましいとして知られているいずれかの他の形状を有しても良い。
【００３８】
パターニングされた応力誘起層の突出した境界は、活性層のそれぞれの境界に対して実質的に平行な、または少なくとも部分的に実質的に平行であり、例えばチャネル層の長さのような活性デバイス層の長さに対応する長さに対して平行な複数の部分を含んでも良い。
【００３９】
好適な具体例では、パターニングされた応力誘起層の、隣り合った突出した実質的に平行な境界は、異なる隣り合った隣のチャネル層から３０ｎｍより小さい距離に配置される。
【００４０】
以下で述べるように、これは、アライメントの要求が比較的緩いという長所をもたらす。隣接するチャネル領域（例えば活性デバイス層）は、双方が縦方向で実質的に矩形な形状に突出し、長手方向に沿った同じ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良い。１つの応力誘起層構造（例えば、矩形の突起）が提供され、異なる隣り合ったチャネル領域の長手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り合って突出した実質的に平行な境界は、異なる隣り合った隣のチャネル層から近い距離に、例えば３０ｎｍより小さい距離に配置される一方、１つの応力誘起層自身は、隣接するチャネル領域の少なくとも１つの上に延びても良い。
【００４１】
応力誘起構造は、このように、２つの隣り合った活性チャネル領域の間の距離と等しいか、またはそれ以上の幅を有する。応力誘起層は、２つの隣接するチャネル領域の幅と、それらの間の距離（即ち、２つの隣接するチャネル領域の分離距離）とを合わせた距離と等しいか、またはそれより大きくても良い。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のような境界の「近さ」の要求、例えば３０ｎｍより小さい範囲内に配置するとの要求はそれぞれの境界に独立して適用される。しかしながら、この範囲内のばらつきは、本発明の形態にかかる方法には、実質的に影響しない。
【００４２】
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、応力誘起層は、例えば少なくとも部分的に活性層と重なるように、活性層の上に少なくとも部分的に形成される。
【００４３】
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、ミスフィット転位から２つの部分転位が形成されるのを回避し、または低減するのに適するように形成される。ここで、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をパターニングする工程は、共通な実質的に平坦な面の上に形状を形成する工程を含み、この形状は、平行な縦方向の境界により横方向に規定され、平行な縦方向の境界は、活性層と分離構造との間のコンタクト界面に対して、０°または１８０°とは異なる角度を形成する。
【００４４】
他の見方では、共通の実質的に平坦な面の上の、パターニングされた応力誘起層の突起は、活性層と分離構造との間のコンタクト界面に対して、０°または１８０°とは異なる角度を形成する。突起は、共通の主面上で、直交する突起が好ましい。下方の基板の主面上の直交する突起でも良い。
【００４５】
好適な具体例では、それらの形状は、平行な縦方向の境界により規定された、平行な矩形のストライプのセットを含む。平行な矩形のストライプのセットにより形成されたパターンの密度、即ち、活性層または活性領域の縦方向に対して実質的に直交する方向に沿った単位距離あたりのストライプの数は、（例えばフィン構造のような）活性層の密度、即ち活性領域の縦方向に対して実質的に直交する方向に沿った単位距離あたりの活性領域の数と同じオーダーであることが好ましい。
【００４６】
好適には、活性層は、（００１）結晶オリエンテーションを有するシリコン、ゲルマニウム、またはシリコンゲルマニウム層であり、活性層と分離構造との間のコンタクト界面は、活性層の＜１１０＞方向に沿って配置され、角度αは８．４３°から２８．４３°までの範囲内であり、より好適には１３．４３°から２３．４３°までの範囲内である。好適な具体例では、角度は約１８．４３°である。
【００４７】
好適な具体例では、応力誘起層は、少なくとも２つの隣り合った活性層の上に延びる。
【００４８】
本発明の更なる具体例では、先の具体例のいずれかにかかるこの方法は、
共通の実質的に平坦な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であって、応力誘起層は活性層の上に応力を誘起するために適用され、誘起された応力は、活性層中に存在する、転位のような欠陥に対する剪断応力となる工程と、
アニール工程を行う工程と、
共通の平坦な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回またはそれ以上の繰り返しを含む。
【００４９】
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、異なる予め決められたパターンを含み、それに続く応力誘起層により誘起された応力の組み合わせはコンタクト界面に向かう、例えば転位のような欠陥の動きを誘起する。
【００５０】
好適な具体例では、この方法は、さらに、パターニングされた応力誘起層と、（もし当てはまるのであれば）任意的にスクリーニング層を除去する最後の繰り返しの後に、ＣＭＰプロセスを行う工程を含んでも良い。
【００５１】
好適な具体例では、この方法はさらに、パターニングされた応力誘起層の除去後、またはそれぞれの除去工程の後に、ＣＭＰプロセスを行う工程を含んでも良い。
【００５２】
好適な具体例では、上述の方法のいくつかは、さらに、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または間違った方向に与えられた応力により、活性層の上部部分に残る欠陥が効果的に除去できるという利点を与える。この結果、残った活性層の高結晶品質の部分が、デバイスの形成に使用できる。本発明の目的では、範囲が限定された時はいつでも、それらの範囲は、それらの閉じられた、開いた、および２つの半開きの形状中に記載することを意図する。全てのそれらの選択肢は、そのような範囲を規定する文脈中で、「の間（between）」の用語がたとえ使用されても、記載されることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
本発明は、さらに、以下の記載および添付された図面の手段により明らかになるであろう。
【００５４】
【図１】標準的なシャロートレンチ分離モジュールのプロセス後のウエハを示す。
【図２】本発明の第１の具体例を示す。
【図３】本発明のさらなる具体例を示す。
【図４】本発明のさらなる具体例を示す。
【図５】本発明の具体例を支持するシミュレーション結果を示す。
【図６】本発明の具体例を支持するシミュレーション結果を示す。
【図７】本発明の具体例を支持するシミュレーション結果を示す。
【図８】本発明の具体例を支持するシミュレーション結果を示す。
【図９】本発明の具体例を支持するシミュレーション結果を示す。
【図１０】本発明にかかる具体例を示す。
【図１１】本発明にかかる具体例を示す。
【図１２】本発明にかかる具体例を示す。
【図１３】ミスフィット転位の分離の概念を示す。
【図１４】本発明の具体例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
本発明は、特定の具体例を用いて、添付図面を参照しながら記載されるが、本発明はこれらにより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ものである。記載された図面は、単に模式的であり、限定的では無い。図面において、図示目的で、いくつかの要素の大きさは拡張され、縮尺通りに記載されていない。寸法と相対寸法は、本発明の実施の実際の縮小には対応していない。
【００５６】
更に、記載や請求の範囲中の、第１、第２、第３等の用語は、類似の要素の間で区別するために使用され、順序的または時間的な順番を表す必要はない。用語は、適当な状況下で入替え可能であり、本発明の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる順序によっても操作できる。
【００５７】
また、記載や請求の範囲中の、上、下、上に、下に等の用語は、記載目的のために使用され、相対的な位置を示す必要は無い。そのように使用される用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された発明の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる位置でも操作できる。
【００５８】
さらに、様々な具体例は、「好適には」と呼ばれるが、本発明の範囲を限定するよりも、本発明が実効できる例示的な方法として解釈される。
【００５９】
請求の範囲で使用される「含む（comprising）」の用語は、それ以降に示される要素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。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、本発明は、単に列挙されたデバイスの要素がＡとＢであり、請求の範囲はさらにそれらの要素の等価物を含むものと解釈されるべきである。
【００６０】
図１は、標準的なシャロートレンチ分離フローの後の模式的なウエハの断面図を提供する。これは、例えばシリコン基板であるベース基板１、例えばシリコン酸化物層である、ベース基板１の第１主面の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の中の活性ライン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。プロセスフロー中のこの点において、活性ライン３は一般には、ベース基板と同じ材料を含み、例えばＳｉである。
【００６１】
図２では、本発明の具体例にかかるプロセスフローが記載される。図１の活性ライン３は、例えばトレンチ中のシリコンをエッチングすることにより掘る。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内で行われ、活性デバイス領域３０の層または構造が規定される。任意的に、アニール工程を行っても良い。ＳｉＧｅ（またはＧｅ）のトレンチ開口上のオーバー成長を除去して、活性デバイス層または活性層のための共通な実質的に平坦な面として見られる、平坦な面２３を形成するために、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ても良い。図示目的で、１つの貫通転位ライン３１のみが、１つの活性デバイス領域３０に対して示されている。
【００６２】
次に、応力誘起層４が共通の平坦な面２３の上に形成され、例えば応力のかかったＳｉＮ層や膜が堆積される。次に、応力のかかったＳｉＮ層は、標準的なリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてパターニングされる。
【００６３】
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、過剰に緩和するような高温とすべきではない。典型的なアニール温度は、構造の形態や活性ラインの組成に依存して、４５０℃と１１００℃の間である。次に、パターニングされた応力誘起層が、例えばＳｉＮの応力がかかった膜を、熱リン酸でエッチングする手段のような標準的な技術を用いて、除去はまたは剥離する。任意的に、ＣＭＰプロセスのような平坦化工程が行われて、挿入されたプロセスからの形状や損傷を除去しても良い。次に標準の下流側のプロセスが行われても良い。
【００６４】
図３では、更なる具体例が示され、応力誘起層４と共通の実質的に平坦な面２３との間に、１つのスクリーニング層が形成される。スクリーニング層は、例えばシリコン酸化物またはシリコン窒化物であり、またはこれらを含む。
【００６５】
図４では、更なる具体例が示され、例えばスクリーニング層５１、５２のような複数のスクリーニング層が、応力誘起層４と共通の実質的に平坦な面２３との間に形成される。
【００６６】
図５では、例えば図４に対応する場合において、応力誘起層４により誘起される剪断応力場の性質を示すシミュレーション結果を示す。ここでは、シリコン酸化物誘電体層２の中のゲルマニウム活性層３０が、内部応力が２ＧＰａのシリコン窒化物の、膜厚２０ｎｍの応力誘起層により誘起される応力に晒される。第１のスクリーニング層５１はシリコン窒化物を含み、膜厚は１０ｎｍである。第２のスクリーニング層５２はシリコン酸化物を含み、膜厚は１０ｎｍである。
【００６７】
スクリーニング層は、応力場の一部を遮断し、活性層３の補完する部分が、大きく一定の符号（この場合は負）で示した剪断応力状態にある。転位の移動方向は与えられた剪断応力の符号により決まるため、活性層の深さ方向の剪断応力に対して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、転位が一貫して同じ方向に移動（左または右、転位のバーガースベクトルに依存）することを保証する。
【００６８】
応力誘起層４の下のスクリーニング層５１、５２（例えばＳｉＯ２、ＳｉＮ）はパターニングされ、剪断応力の上の符号に良好に「吸着する」ように提供され、活性層中で剪断応力の１つの符号のみを許容する。活性層は、例えばＦＩＮＦＥＴデバイスのようなトランジスタデバイスのフィンである。
【００６９】
好適な具体例では、スクリーニング層の全膜厚は約２０ｎｍであり、これは十分であると信じられるが、２０ｎｍより厚くても薄くても良い。例として、図６は、スクリーニング窒化物が５ｎｍまで薄くされ、全スクリーニング層膜厚が１５ｎｍである以外は、図５と同じ条件を示す。応力誘起層４の前に、シリコン窒化物を含む第１スクリーニング層５１を堆積し、続いて、シリコン酸化物を含む第２スクリーニング層５２を堆積し、シリコン酸化物を応力誘起層の除去のためのエッチストップにし、スクリーン窒化物を例えばＳＴＩのような誘電体層を保護しながら、スクリーン酸化物を除去するためのエッチストップにする。
【００７０】
図７では、１０ｎｍのスクリーニング酸化物と１０ｎｍのスクリーニング窒化物とが無い以外は、図５と同じ条件であるシミュレーション結果を示す。ここでは、例えばチャネル層３０のような活性層中で、高いレベルの、正と負の剪断応力が見られる。スクリーン層を除去することで、誘起される剪断応力が、より深くで、活性層のより低い部分で誘起されるようになり、活性層の上または上部部分での剪断応力の方向は、ラインの残りとは異なる。本発明の所定の具体例では、この方法は、さらに活性層のこの上部部分を除去する工程を含んでも良い。これは、例えばエッチングや研磨（例えばＣＭＰ）で除去できる。
【００７１】
任意的には、活性層の上部部分は異なる材料で置き換えても良く、例えば新しい上部部分は、下部部分の上に形成しても良い。異なる材料は、例えば高い電子および／または正孔移動度を有する高移動度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スクリーニング層の除去後に行われる。
【００７２】
好適には、パターニングされていないスクリーン層５、５１、５２を有する応力誘起層４のためのマスク境界が、活性層の上（例えばフィンの上）に形成される。しかし、例えばフォトリソグラフィレジストレーションエラーによる小さな偏差により、結果が実質的に影響されないということは長所である。界面３２を用いた応力誘起層４のそれぞれの境界のアラインメントは、図５に比べて図８では、右に１０ｎｍ移動している。条件は図５と同じである。フォトリソグラフィレジストレーションの１０ｎｍの移動によらず、Ｇｅ活性層中の応力場は同じである。
【００７３】
図９は、１つのパターニングされていないスクリーニング層、ここではパターニングされていないシリコン酸化物を用いた具体例のシミュレーション結果を示す。ここでは、１つの２０ｎｍＳｉＯ２スクリーン層のみが使用される以外は、図５と同じ条件が用いられる。もう一度、Ｇｅ層中の剪断応力レベルは、図５と同様である。
【００７４】
図１０、１１、１２では、本発明の異なる具体例が示される。ここでは、応力誘起層４と活性層または活性領域３０との異なる相対位置と寸法が考慮される。図１０では、活性層３０中で剪断応力が最大となり、これにより応力誘起層（または層構造）４が、２つの隣接する活性層または領域３０のそれぞれと部分的に重なる。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の中央委に配置される。
【００７５】
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のそれぞれと完全に重なる。そのようなオーバーラップは、活性層３に対して対称である。図１２は、さらなる具体例が示される。ここでは、応力誘起層４が活性層３の間にのみ配置され、即ち、分離または誘電体層の上のみに形成される。
【００７６】
図１０、１１、１２に示された具体例と、他の具体例との間の選択は、リソグラフィ、集積、および転位減少の制限の最適化の問題である。
【００７７】
当業者は、当然、既知の予め決まったプロセスで、適切なアニール工程の時間を導き出すことができる。これは、例えば活性層材料や寸法、使用される材料系、誘起される剪断応力の大きさ、およびアニール工程の温度に基づく。背景情報は、例えば、J.R. PatelとR.E. Freelandの、"Velocities of Individual Dislocations in Germanium",
Journal of Applied Physics, 42, 3298-3303 (1971) ("PATEL")で検索できる。
【００７８】
表１は、"PETAL"のモデルとデータに基づき、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、関係式ｖ＝ｖ０（ｔａｕ／ｔａｕ０）ｍが用いられ、ここでｖは転位速度、ｔａｕは分解された剪断応力であり、ｖ０、ｔａｕ０およびｍは式の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℃では、ゲルマニウムに対して約１．５ＭＰａの剪断応力で、１ｎｍ／ｓの転位移動速度が得られる。同じ材料系で、５８０℃の温度で、同様の１ｎｍ／ｓの転位移動速度が、単に５０ｋＰａの剪断応力を用いて得られる。
【００７９】
表１
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【００８０】
上述の具体例では、活性層は、本来的に結晶の性質を有し、応力誘起層または領域、および任意的なスクリーニング層は、この結晶活性層の上に直接形成される。
【００８１】
本発明の代わりの具体例では、パターニングされた応力誘起層が共通の実質的に平坦な面の上に与えられた時、活性層はアモルファスでも良い。活性層は本来的に結晶でも良く、アモルファス化しても良く、例えば注入プロセスにより故意にアモルファスにできる。次に、アニール工程は、特徴的には、アモルファス化された活性層が誘起された応力の下で結晶化するのに適し、一方で応力誘起層の過度の緩和が無いような温度で行われる。例えば、Ｇｅに対しては、温度は好ましくは４００℃から７００℃の範囲内であり、典型的には温度は５００℃である。ＳｉＧｅおよびＳｉに対しては、温度は好ましくは５５０℃から８００℃の範囲内であり、典型的な温度は例えば６００℃であり、例えば８０％Ｇｅを含むＳｉＧｅに対しては約６００℃である。アモルファス化は、当業者に知られたいずれかの最先端技術で行われる。アモルファス化は、例えばイオン注入のような、注入プロセスを含む。
【００８２】
活性層のアモルファス化工程、および誘起された応力（例えばアニール温度で誘起された応力）の下でアモルファス化された活性層を再結晶するのに適し、一方で応力誘起層の過剰な緩和を起こさせないのに十分な温度でのアニール工程は、再結晶中に貫通転位は分離構造とのコンタクト界面に向かってそれるため、貫通転位を減らすことができる。これは、より良い品質の活性層につながる。
【００８３】
本発明の具体例に基づいてＦＥＴトランジスタデバイスを作製する一般的なプロセスフローが記載され、ここではアモルファス化工程とアニール工程の関連した制限が最適化される。
【００８４】
標準的なシャロートレンチモジュール（ＳＴＩ）が、出発点として使用される。活性シリコン部分は掘られる。次に、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）の選択エピタキシャル成長が行われる。次に、アニール工程が、有利には、ＳｉＧｅやＧｅ層の中に存在する貫通転位の一部を除去するために適用される。次に、ＣＭＰプロセスが、ＳｉＧｅオーバー成長を除去し、共通の実質的に平坦な面を回復するために行われる。任意的には、アモルファス化の注入が、ＳｉＧｅまたはＧｅ層の中に行われる。
【００８５】
例えば、典型的なアモルファス化注入は、１００ｋｅＶのエネルギで、１ｅ１５ｃｍ−２のドーズを用いたＧｅ注入である。次に、１またはそれ以上のスクリーニング層が、例えばＳｉＮとこれに続くＳｉＯ２が堆積される。次に、ＳｉＮの応力誘起層が上に堆積され、次に標準のリソグラフィおよびエッチング技術によりパターニングされる。次に、アニール工程が行われて、活性領域中の転位を除去し、これによりアニール工程が任意的に応力下の活性層を再結晶化するのに十分な温度で行われる。この選択肢は、好適には剪断応力下で、アニール温度において、応力誘起層およびもし存在するのであればスクリーニング層により働く応力の過剰の緩和（例えば、１０％より多い、２０％より多い、３０％より多い、４０％より多い、５０％より多い、６０％より多い、７５％より多い、９０％より多い、９５％より多い、９９％より多い緩和）が起こらないような高くない温度で行われる。アニール工程の時間は、例えば、数秒から３０分の範囲内である。先端技術により、スクリーニング層と同様に、（例えば、ＳｉＮに対しては熱リン酸を用いて）応力誘起層が除去される。任意的には、さらに、プロセスにより形成された可能性のあるいずれかの形状や損傷を除去するために、さらにＣＭＰ工程が適用されても良い。さらに、標準プロセスが適用できる。
【００８６】
上記例は、本発明の形態がいかに半導体デバイスの活性層から欠陥を除去するのに適しているか、特に活性層から貫通転位をいかに除去するかを示す。
【００８７】
しかしながら、活性層中で応力緩和中に形成される他のタイプの転位、ミスフィット転位は、ときどき２つの部分転位に分解する。図１３の左図は、１１１面の完全ａ／２＜１０１＞転位を示す。図１３の右図は、１１１面の完全ａ／２＜１０１＞転位の、３０°部分転位と９０°部分転位への分解を示す。それらの部分転位が互いに分離するやいなや、１１１面の積層欠陥が形成される。それらの欠陥は、平坦で固定されている。
【００８８】
それらは、先に述べた熱アニール工程では増幅しない。積層欠陥は、活性層とそれに隣接する分離構造との間のコンタクト界面により規定されるトレンチに沿って形成され、その後移動することはできない。
【００８９】
それゆえに、本発明のさらなる形態は、２つの部分転位と、それによるミスフィット転位からの発生を低減し、または避けることに関する。
【００９０】
ゲルマニウムまたはＳｉＧｅに充填された欠陥の無いトレントを得るために、最初から、積層欠陥の形成が避けられ、またはその発生の可能性が低減される。
【００９１】
最初の完全転位が３０°と９０°の部分転位に分解した後に、２つの部分転位が互いに分離した場合、そのような積層欠陥が形成される。３０°の部分転位に与えられた応力と、９０°の部分転位の与えられた応力との間で、応力の違いが非常に高い場合に、分離が起きる。エピタキシャル活性層と基板との間の格子不整合により１１１面上に与えられる剪断応力と同じ方向を持つため、９０°部分転位は比較的高い応力を有する。
【００９２】
２つの部分転位（３０°と９０°）にかかる応力の違いを低減するために、この違いを補うために、追加の剪断応力が３０°転位に与えられる。次に、完全転位の分離が回避される。本発明のいずれかの他の具体例に記載したようなスクリーニング層と組み合わせることもできるが、追加の剪断応力は、少なくとも部分的に活性層を覆う応力誘起層により与えることができる。応力誘起層とその提供は、他の具体例のいずれかに記載されているが、好ましいくは異なった方法でパターニングされる。
【００９３】
好適には、パターニングされた応力誘起層は、共通の実質的に平坦な面の上に形状を規定し、その形状は平行な縦方向の境界で、横方向に規定され、その平行な縦方向の境界は、活性層と分離構造との間のコンタクト界面に対して、０°または１８０°とは異なる角度αを形成する。好適には、平行な矩形のストライプのセットは、平行な縦方向の境界により規定される。
【００９４】
平行な矩形のストライプのセットにより形成されたパターンの密度、即ち、活性層または活性領域の縦方向に対して実質的に直交する方向に沿った単位距離あたりのストライプの数は、好適には活性層の密度、即ち活性層の縦方向に対して実質的に直交する方向に沿った単位距離あたりの活性層の数と同じオーダーである（例えばフィン構造）。そのような応力誘起層のパターンの例を図１４に示す。
【００９５】
好適な具体例では、活性層が、（００１）結晶方位のシリコン、ゲルマニウム、またはシリコンゲルマニウム層の場合、活性層と分離構造との間のコンタクト界面は、活性層の（１１０）方向に沿って配置され、角度αは８．４３°から２８．４３°の範囲内であり、より好適には角度αは１３．４３°から２３．４３°の範囲内である。好適な具体例では、角度αは約１８．４３である。これは分解を避けるためにこの部分転位への応力レベルを増加させる。この範囲は以下のように決定される。（００１）基板上の成長は、トレンチ、または活性層とそれに隣接する分離構造との間のコンタクト界面が、＜１１０＞方向となるように考慮される。欠陥が除去されるような理想の見方のように、もし転位を介してのみ緩和が起これば、＜１１０＞方向に沿った転位線で、ａ／２＜１０１＞（転位線とバーガースベクトルとの間の角度は６０°）に等しいバーガースベクトルを有して６０°ミスフィット転位が形成される。もし逆に、緩和が積層欠陥の形成を介して起これば（理想的ではない。固定された欠陥だから。）これは、６０°が３０°と９０°の部分転位に分離し、３０°転位に比較して９０°転位にはより高い剪断応力がかかることにより、それらがさらに分離することによる。これは９０°転位のバーガースベクトルが［１１１］面にあるからである。３０°転位は、ａ／６＜２１１＞に等しいバーガースベクトルを有し、＜１１０＞に沿う。９０°転位は、ａ／６＜１１２＞に等しいバーガースベクトルを有し、＜１１０＞に沿う。
【００９６】
本発明の形態では、９０°転位にかかるより高い応力を補うために、追加の剪断応力が３０°転位に与えられても良い。これは、３０°と９０°の転位分離を防止でき、換言すれば、分解不可能な６０°転位を形成することである。
【００９７】
最適化のために、好適には追加の剪断応力は、３０°転位バーガースベクトルａ／６＜２１１＞に整列する。（００１）面上のこのベクトルの投影は、ａ／６＜２１０＞方向である。この投影されたベクトルは、＜１１０＞トレンチ方向に対して１８．４３°の角度を有する。１８．４３°からの偏差が大きくなると効果は小さくなるが、角度αの１０°の偏差、または５°の偏差は、好適な効果を与えるためになおも適していることは当業者にとって当然である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【外国語明細書】
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