(57)【要約】半導体装置を形成するプロセス。プロセスは、ストレインドシリコン層（３０５）を形成するためにテンプレート層（２０７）を形成することを含む。１例では、下部ではゲルマニウムの濃度がより高く、上部ではゲルマニウムの濃度がより低い、勾配シリコンゲルマニウム層（１０７）が形成される。凝縮プロセスを受けると、層の上部のゲルマニウムは、シリコンゲルマニウム層の残りの部分に拡散する。シリコンゲルマニウム層は下部でゲルマニウムの濃度がより高いため、シリコンゲルマニウム層の残りの部分の上部では凝縮後のゲルマニウムの集積が低減され得る。
2008510320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体構造を形成する方法であって、
セミコンダクター・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構成を有するウエハを提供することと、ウエハは、絶縁体上に第１半導体層を備え、第１半導体層は少なくとも２つの成分より形成され、第１半導体層は、第１半導体層の第２部分に重なる第１部分を備え、第１部分は前記少なくとも２つの成分のうちの第１濃度の第１成分を含み、第２部分は少なくとも２つの成分のうちの第２濃度の第１成分を含み、第１濃度は第２濃度よりも小さいことと、
第１半導体層上で凝縮プロセスを行い、第１半導体層の一部分を消費し、かつ第１半導体層の残りの部分の上に前記少なくとも２つの成分のうちの第２成分を含む材料を形成することと、
材料を除去することと、
材料を除去した後に、残りの部分の上に第２成分を含む第２半導体層を形成することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第２半導体層を形成することは、第１半導体層の残りの部分をテンプレート層として使用することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１半導体層は、第１成分を含有するガスと第２成分を含有するガスとを第１の比でウエハ上にわたって流し、次に、第１成分を含有するガスと第２成分を含有するガスとを第２の比でウエハ上にわたって流すことにより形成され、前記第１の比は前記第２の比より大きい請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１半導体層は化学蒸着（ＣＶＤ）層である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２半導体層はエピタキシ成長層である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第１成分はゲルマニウムであり、第２成分はシリコンである請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ゲルマニウムは凝縮プロセス後に第１半導体層の残りの部分内で凝縮される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１半導体層の残りの部分は、凝縮プロセスの実行前の第１半導体層よりも弛緩したものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
第１半導体層の第１部分および第２部分は、第１成分についての第１半導体層の戻り方向に勾配する部分の一部である請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
チャネル領域の少なくとも一部が第２半導体層に位置する、チャネル領域を含むトランジスタを形成することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
残りの部分の濃度勾配は、第１成分の実質的に一様な分布を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記凝縮プロセスは、第１成分の酸化物よりも第２成分の酸化物を優先的に生成する請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
第１半導体層は、第１部分と第２部分との間に位置する第３部分を備え、第３部分は第３濃度の第１成分を含み、第３濃度は第２濃度よりも小さいが第１濃度よりも大きい請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
半導体構造を形成する方法であって、
ウエハを提供することと、ウエハは第１半導体層を備え、第１半導体層はシリコンとゲルマニウムとを含み、第１半導体層は、第１濃度のゲルマニウムを有する第１部分と、第２濃度のゲルマニウムを有する第２部分とを備え、第１部分は第２部分に重なっており、第１濃度は第２濃度よりも小さいことと、
第１半導体層上で凝縮プロセスを行い、第１半導体層の一部分を消費し、かつ第１半導体層の残りの部分に重なるシリコンを含む材料を形成することと、
シリコンを含む材料を除去することと、
シリコンを含む材料を除去した後に、残りの部分上にシリコンを含む第２半導体層を形成することと、を含む方法。
【請求項１５】
前記凝縮プロセスは酸化プロセスを含み、シリコンを含む材料は酸化シリコンを含んでいる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２半導体層を形成することは、第１半導体層の残りの部分をテンプレート層として使用することを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
第１半導体層は、シリコン含有ガスとゲルマニウム含有ガスとを第１の比でウエハ上にわたって流し、次に、シリコン含有ガスとゲルマニウム含有ガスとを第２の比でウエハ上にわたって流すことにより形成され、前記第２の比は前記第１の比より大きい請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
第１半導体層の残りの部分は、凝縮プロセスの実行前の第１半導体層よりも弛緩したものであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１半導体層の第１部分および第２部分は、第１半導体層のゲルマニウムの戻り方向に勾配する部分の一部である請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
残りの部分のゲルマニウム濃度勾配は、ゲルマニウムの実質的に一様な分布を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
チャネル領域の少なくとも一部が第２半導体層に位置する、チャネル領域を含むトランジスタを形成することをさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
第２半導体層はストレインドシリコンであることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
第１半導体層の第１部分は凝縮プロセスの実施の間に消費される請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
ウエハはセミコンダクター・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構成を有し、第１半導体層は絶縁体上に配置される請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
第１半導体層の上で凝縮プロセスを行うことは、第１半導体層の選択領域上で凝縮プロセスを行なうことをさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
半導体装置を形成する方法であって、
セミコンダクター・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構成を有するウエハを提供することと、ウエハは、絶縁体上に第１半導体層を備え、第１半導体層はゲルマニウムとシリコンとを含み、第１半導体層は、第１半導体層の第２部分に重なる第１半導体層の第１部分を含み、第１部分は第１濃度のゲルマニウムを含み、第２部分は第２濃度のゲルマニウムを含み、第１濃度は第２濃度よりも小さいことと、
第１半導体層上で酸化プロセスを行い、第１半導体層の一部分を消費し、かつ第１半導体層の残りの部分の上に酸化物を形成することと、
酸化物を除去することと、酸化物を除去した後に、残りの部分をテンプレート層として用いて残りの部分の上にシリコンを含む第２半導体層を形成することと、
チャネル領域の少なくとも一部分は第２半導体層に位置する、チャネル領域を含むトランジスタを形成することと、
を含む方法。
【請求項２７】
残りの部分のゲルマニウム濃度勾配は、実質的に一様な分布を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
第１半導体層の残りの部分は、酸化プロセスの実行前の第１半導体層よりも弛緩したものであることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に半導体装置に関し、詳細にはストレインドチャネル領域を備えた半導体装置の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子と正孔の運動性は、特にセミコンダクター・オン・インシュレータ構成（ＳＯＩ）を有するウエハから構築された装置に関しては、チャネル領域への（例えば２軸の引張歪みによる）ストレインドシリコンの利用により増強され得る。ストレインドシリコン層は、テンプレート層（例えばシリコンゲルマニウム）にシリコン層を堆積させることにより形成され得る。いくつかのプロセスでは、シリコンの堆積前にシリコンゲルマニウムテンプレート層を弛緩するために、テンプレート層に対して凝縮プロセスが行なわれる。そのような凝縮プロセスの１例は、シリコンゲルマニウムテンプレート層の酸化を含む。そのようなプロセスにより、テンプレート層の上にはＳｉＯ2の層が成長すると共に、テンプレート層の消費された部分のゲルマニウムがシリコンゲルマニウム層の残りの部分へと下方に拡散し、残りの部分を濃縮する。続いて、ストレインドシリコンを堆積させる前に、その酸化物はエッチング除去される。
【０００３】
そのような方法で生じ得る１つの問題は、シリコンゲルマニウム層の残りの部分にゲルマニウムが十分に拡散しない恐れがあるということである。従って、残りの層の上部におけるゲルマニウムの濃度がシリコンゲルマニウム層の下部のゲルマニウム濃度に対して相対的に高い場合がある。テンプレート層中のゲルマニウム濃度のこのような差は転位を引き起こし、これは転位領域に形成された半導体装置の機能不全につながり得る。
【０００４】
半導体装置製造の改良されたプロセスが必要とされている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
添付図面を参照すれば、本発明は一層よく理解され、また、本発明の多くの目的、特徴、および利点が当業者には明らかになるであろう。
特段の注意がない限り、異なる図面中の同じ参照符号の使用は同一の部材を示す。図は必ずしも正しい縮尺で描かれているわけではない。
【０００６】
以下に、本発明を実施するための態様の詳細な説明を述べる。この記述は本発明を例証するものであって、限定とみなされるべきではない。
ゲルマニウムを勾配濃度にしたテンプレート層材料の層を提供することにより、凝縮プロセスが該層に行なわれた後、より勾配が一様なゲルマニウムが与えられることが見出された。
【０００７】
図１は、半導体装置の製造中のある段階にあるウエハ１０１の部分断面図である。示された実施形態では、ウエハ１０１は、半導体基板１０３と、基板１０３上に配置された絶縁層１０５（例えば酸化物）とを備えている。絶縁層１０５の上にはシリコン層１０６（例えば１００オングストローム）が配置される。１実施形態では、層１０６、層１０５および基板１０３は、ＳＥＶＩＯＸプロセスにより、または別のウエハの酸化物層上に１つのシリコンウエハを接合することにより、形成される。示された実施形態では、ウエハ１０１は絶縁体の上に半導体がある（セミコンダクター・オン・インシュレータ，ＳＯＩ）の構成を有している。別の実施形態では、ウエハ１０１は別のタイプのＳＯＩ構成（例えばシリコン・オン・サファイアまたはシリコン・オン・クオーツ）を有してもよい。
【０００８】
示された実施形態では、シリコン層１０６の上にシリコンゲルマニウム層１０７が形成される。示された実施形態では、層１０７のゲルマニウム濃度は、層１０７の下部の高濃度から層１０７の上部のより低い濃度まで勾配をつけられている。
【０００９】
１実施形態では、層１０７は、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスによりエピタキシ成長させられる。そのようなプロセスの１つの例では、ゲルマニウム含有ガス（例えばゲルマンまたは四塩化ゲルマニウム）およびシリコン含有ガス（例えばシランまたは二塩化ジクロロシラン）が、ゲルマニウムガス対シリコン含有ガスの第１の比で、層１０６の上にわたって流される。層１０７のより高い部分が形成されるにつれて、ゲルマニウムガスとシリコン含有ガスの比は小さくされ、それらの部分のゲルマニウム濃度は低減される。
【００１０】
１例において、ゲルマニウムの濃度は層１０７の底部では５０％であり、層１０７の上部では１０％まで徐々に減少される。しかしながら、他の実施形態は他のゲルマニウム勾配分布を有していてもよい。別の実施形態では、層１０７の底部のゲルマニウムの濃度が１００％ゲルマニウムから１０％ゲルマニウムまでの範囲であり、層１０７の上部のゲルマニウム濃度は０−２０％の範囲であり得る。しかしながら、別の実施形態では、層１０７は上部と底部の両方で異なるゲルマニウム濃度を有してもよい。
【００１１】
１実施形態では、層１０７は、厚さが７００オングストロームであり、底部の３０％から上部の１０％までのゲルマニウム勾配を備えている。別の実施形態では、層１０７は別の厚さであってもよい。いくつかの実施形態では、層１０７の厚さは、層１０７の底部のゲルマニウム濃度および層１０７の上部のゲルマニウム濃度ならびにＣＶＤプロセス中のゲルマニウム濃度変更能に依存して決定される。
【００１２】
示された実施形態では、層１０７のゲルマニウム濃度は、上部が下部よりも低いゲルマニウム濃度を有するという点で、戻り方向に勾配するものであることを特徴とする。しかしながら、いくつかの実施形態では、層１０７は、ゲルマニウム濃度が戻り方向に勾配しない部分を含んでもよい。例えば、１実施形態では、層１０７が絶縁層１０５の上に形成され、最初はゲルマニウム濃度が０であるが急速に増大する（例えば３０％）ようにしてもよい。その後、この上側部分のゲルマニウム濃度は、上部でより低い濃度に（例えば１０％）に戻り方向に勾配するだろう。
【００１３】
いくつかの実施形態では、ＣＶＤプロセスにおけるゲルマニウム含有ガス対シリコン含有ガスの比は、直線的にまたは段階的な様式で調節され得る。いくつかの実施形態では、段階的な様式のプロセスのステップ数は、ゲルマニウム濃度の所望の変化に依存して決定される。
【００１４】
図２は、凝縮プロセスがウエハ１０１に対して行なわれた後のウエハ１０１の部分断面図を示す。示された実施形態に対する凝縮プロセスの間、層１０７（図１を参照）の上部は消費され、シリコンゲルマニウム層の残りの部分２０７の上に酸化シリコン層２０９が成長する。また、凝縮プロセスの間に、層１０６が層１０７の残りの部分と効果的に合一するように、層１０７からのゲルマニウムが層１０６に拡散する。従って、図２では、層２０７は層１０６と層１０７の残りの部分との両方を含んでいる。別の実施形態では、層の残りの部分のゲルマニウム濃度を増加させる別のタイプの凝縮操作が利用されてもよい。
【００１５】
凝縮プロセスの間、層１０７の消費された上部のゲルマニウムは、残りの部分（層２０７）に拡散する。層１０７は勾配しているため、層２０７中のゲルマニウム濃度は凝縮プロセス後は比較的一様である。いくつかの先行技術のプロセスと比較して、層２０７の上部ではゲルマニウム増強の相対的な不足がある。１実施形態では、層２０７のゲルマニウム濃度は、層２０７の厚さにわたって約３５％±２％である。しかしながら、結果として得られる層２０７のゲルマニウム濃度は、別の実施形態では別の値であってもよいし、および／または別の勾配を有していてもよい。
【００１６】
１実施形態では、凝縮プロセスは、６％  ＨＣＬガス（例えば６％濃度で）で３０分間、１０５０℃で行なわれる。しかしながら、他の温度（１２００℃以内およびそれより高い温度）で、他の時間で、および／または他のガスの存在下で、別の凝縮プロセスが行われてもよい。１実施形態では、層２０７は４０ｎｍの厚さを有している。
【００１７】
異なる濃度のシリコンゲルマニウムを使用することの別の利点は、低温（例えばいくつかの例では１２００℃のプロセスに対して１０５０℃）および／またはより短い凝縮時間での凝縮プロセスが可能となり得ることである。１実施形態では、層１０７の底部のゲルマニウム濃度をより高くすると、拡散の第２の駆動力が提供され、より高い部分ではゲルマニウム濃度がより低いため、ゲルマニウム原子は層１０７内を上方に拡散する。この拡散のための第２の駆動力は、層１０７の上部におけるゲルマニウムからのゲルマニウムの拡散の駆動力に加えて、凝縮により消費される。低温で凝縮プロセスを行なうことの１つの利点は、それが層２０７で生じる恐れのある融解を回避し得ることである。いくつかの実施形態では、ゲルマニウムの濃度がより高いと、シリコンゲルマニウムの融点が低下する。したがって、低温で凝縮プロセスを行なう能力は有益であり得る。
【００１８】
いくつかの実施形態では、シリコンゲルマニウム層１０７の凝縮前に、層１０７の上にシリコンキャップ層（図示しない）が形成され得る。
図３は、酸化物層２０９が除去され（例えばＨＦウェットエッチングにより）、ストレインドシリコン層３０５がシリコンゲルマニウム層２０７にエピタキシ堆積させられた後の、ウエハ１０１の部分断面図である。層２０７は層３０５を堆積させるためのテンプレート層として機能し、層３０５の格子は通常層２０７の格子と同じ格子定数を有する。１実施形態では、層３０５は２００オングストロームの厚さを有するが、別の実施形態では別の厚さを有してもよい。
【００１９】
１実施形態では、層２０７は凝縮プロセスの後に弛緩される。従って、シリコン層３０５の格子は層２０７の格子定数と一致させるための引張歪みを有する。別の実施形態では、層２０７は別の歪み特性（例えば部分的に弛緩されている）を有してもよい。層２０７の歪み特性は、層１０７の歪み濃度よりも弛緩される。
【００２０】
いくつかの実施形態では、発明の名称が「テンプレート層生成（Template Layer Formation）」である、同一出願人により同時出願された整理番号ＳＣ１２８５１ＺＰ  Ｐ０１の出願に記載されたプロセスを含む、別のプロセスが層３０５に行なわれてもよい。この出願全体は参照により本明細書に組み込まれる。さらなるプロセスの例には、塩素系ガスによるポストベーキングが含まれる。
【００２１】
図４は、トランジスタ４０１の生成後のウエハ１０１の部分断面図を示す。トランジスタ４０１は、ゲート酸化物４０７上に形成されたゲート４０３を有する。ゲート酸化物４０７はストレインシリコン層３０５上に形成される。トランジスタ３０７は、層３０５の上方に形成されたスペーサ４０５をさらに有する。示された実施形態では、トランジスタ４０１は、例えば選択領域で層３０５および２０７にドーパントを注入することにより形成されたソース／ドレイン領域４１１および４０９を有する。トランジスタ４０１は、（示された実施形態では）ストレインドシリコン層３０５に形成されたチャネル領域４１３を有する。
【００２２】
別の実施形態では、テンプレート層材料は、シリコンゲルマニウム炭素、シリコンスズおよびゲルマニウム炭素中の炭素のような他の成分を含んでもよい。ウエハ１０１は他のトランジスタ（図示しない）を備えていてもよい。いくつかの実施形態では、層１０７がいくつかのウエハ１０１の領域に選択的に形成され得る。別の実施形態では、層１０７が全部のウエハ１０１の上に形成される。また、いくつかの実施形態では、凝縮プロセスが全部の層１０７に選択的に行なわれ得る。別の実施形態では、凝縮プロセスが他の領域がマスクされたウエハの選択領域に行なわれる。例えば、それは、層３０５は、Ｎチャネル領域とＰチャネル領域とで異なる歪み特性を有することが望ましい場合がある。
【００２３】
１実施形態では、半導体構造を形成する方法は、セミコンダクター・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構成を有するウエハを提供することを含む。ウエハは、絶縁体上に第１半導体層を備えている。第１半導体層は少なくとも２つの成分より形成されている。第１半導体層は、第１半導体層の第２部分に重なる第１部分を備えている。第１部分は少なくとも２つの成分のうちの第１濃度の第１成分を含み、第２部分は少なくとも２つの成分のうちの第２濃度の第１成分を含む。第１濃度は第２濃度よりも小さい。方法はさらに、第１半導体層上で凝縮プロセスを行い、第１半導体層の一部分を消費し、かつ第１半導体層の残りの部分の上に上記の少なくとも２つの成分のうちの第２成分を含む材料を形成することを含む。方法はさらに、材料を除去し、材料を除去した後に、残りの部分の上に第２成分を含む第２半導体層を形成することを含む。
【００２４】
別の実施形態では、半導体構造を形成する方法は、ウエハを提供することを含む。ウエハは第１半導体層を備えている。第１半導体層はシリコンとゲルマニウムとを含む。第１半導体層は、第１濃度のゲルマニウムを有する第１部分と、第２濃度のゲルマニウムを有する第２部分とを備えている。第１部分は第２部分に重なっている。第１濃度は第２濃度よりも小さい。方法はさらに、第１半導体層上で凝縮プロセスを行い、第１半導体層の一部分を消費し、かつ第１半導体層の残りの部分に重なるシリコンを含む材料を形成することを含む。方法はさらに、シリコンを含む材料を除去し、シリコンを含む材料を除去した後に、残りの部分上にシリコンを含む第２半導体層を形成することを含む。
【００２５】
別の実施形態では、半導体装置を形成する方法は、セミコンダクター・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構成を有するウエハを提供することを含む。ウエハは、絶縁体上に第１半導体層を備えている。第１半導体層はゲルマニウムとシリコンとを含んでいる。第１半導体層は、第１半導体層の第２部分に重なる第１半導体層の第１部分を含んでいる。第１部分は、第１濃度のゲルマニウムを含み、第２部分は、第２濃度のゲルマニウムを含む。第１濃度は第２濃度よりも小さい。方法はさらに、第１半導体層上で酸化プロセスを行い、第１半導体層の一部分を消費し、かつ第１半導体層の残りの部分の上に酸化物を形成することを含む。方法はさらに、酸化物を除去し、酸化物を除去した後に、残りの部分をテンプレート層として用いて残りの部分の上にシリコンを含む第２半導体層を形成することを含む。方法はさらに、チャネル領域を含むトランジスタを形成することを含む。チャネル領域の少なくとも一部分は第２半導体層に位置する。
【００２６】
本発明の特定の実施形態を図示し説明してきたが、当業者であれば、本明細書の教示に基づけば、本発明とその寄り広い態様から逸脱することなくさらなる変更および改変が行えることが理解される。したがって、特許請求の範囲は、そのような変更および改変を本発明の真の趣旨および範囲内にあるものとして自身の範囲内に包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による半導体装置の製造中のある段階にあるウエハの１実施形態の部分断面図。
【図２】本発明による半導体装置の製造中の別の段階にあるウエハの１実施形態の部分断面図。
【図３】本発明による半導体装置の製造中の別の段階にあるウエハの１実施形態の部分断面図。
【図４】本発明による半導体装置の製造中の別の段階にあるウエハの１実施形態の部分断面図。
【図１】
2008510320.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008510320.tif 000005
【図４】
2008510320.tif 000006
【国際調査報告】
2008510320.tif 000007
2008510320.tif 000008
2008510320.tif 000009