(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハ表面に、バッファ層を形成した後、前記バッファ層の表層部に第１のイオンを注入して第１のイオン注入層を形成する第１工程と、
前記第１のイオン注入層が形成されたバッファ層上に、１層以上のエピタキシャル層を形成し、前記エピタキシャル層のそれぞれの表層部に第２のイオンを注入して第２のイオン注入層を形成する第２工程と、
前記エピタキシャル層の最表層上に、シリコンゲルマニウムエピタキシャル層を形成する第３工程と、を含むことを特徴とするシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記第２工程において、前記エピタキシャル層を２層以上形成する、請求項１に記載のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記第１のイオンおよび前記第２のイオンのいずれか一方または両方が分子イオンである、請求項１または２に記載のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記分子イオンが、水素、ヘリウム、炭素、シリコンおよびゲルマニウムからなる群より選択される１以上の元素から構成される、請求項３に記載のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記分子イオンは構成元素として炭素及び水素を含む、請求項３に記載のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記第１工程において、前記第１のイオンの注入に先立ち、前記バッファ層表面に第１の酸化膜を形成する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記第１工程において、前記第１のイオンを注入した後、熱処理を行う、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項８】
前記第２工程において、前記第２のイオンの注入に先立ち、前記エピタキシャル層表面に第２の酸化膜を形成する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項９】
前記第２工程において、前記第２のイオンを注入した後、熱処理を行う、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１０】
前記バッファ層は、シリコンゲルマニウムからなるエピタキシャル層である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１１】
前記バッファ層は、厚み方向にＧｅ組成比ｘ（０＜ｘ≦０．５）を傾斜させたＳｉ(1-x)Ｇｅx組成傾斜層である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１２】
前記エピタキシャル層のそれぞれは、Ｇｅ組成比が一定のシリコンゲルマニウムからなる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１３】
シリコンウェーハと、
該シリコンウェーハ表面に設けられた、第１のイオン注入層を含むバッファ層と、
前記バッファ層上に設けられた、第２のイオン注入層を少なくとも１つ含むエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層上に設けられたシリコンゲルマニウムエピタキシャル層と、を有し、
前記エピタキシャル層が複数層設けられ、前記エピタキシャル層のそれぞれが前記第２のイオン注入層を含み、
前記第１のイオン注入層は前記バッファ層の表層部に設けられ、
前記第２のイオン注入層のそれぞれが前記複数層の前記エピタキシャル層のそれぞれの表層部に設けられることを特徴とするシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハ。
【請求項１４】
前記第１及び第２のイオン注入層の少なくともいずれかの厚み方向の炭素濃度プロファイルの半値幅が１００ｎｍ以下である、請求項１３に記載のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法およびシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体材料としてシリコン（Ｓｉ）が広く用いられている。また、Ｓｉと同じIV族元素のゲルマニウム（Ｇｅ）を固溶させてシリコンに歪みを導入することより、キャリアの移動度を高めることができることが知られている。
【０００３】
近年、シリコンにゲルマニウムを添加したシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）が半導体材料として注目されるようになってきた。例えば、高周波特性が必要な、移動体通信端末用の無線通信チップ等に利用されつつある。このようなＳｉＧｅを用いた半導体デバイスは、半導体デバイス製造時に、チャネル領域やソース、ドレイン領域に対して、選択的に歪導入領域を形成することが一般的である。なお、本明細書において、単に「ＳｉＧｅ」と表記する場合は、化学量論的組成の組成比の特定を意図するものではなく、所定比率でＧｅがＳｉに固溶した固溶体を意味する。
【０００４】
ここで、大面積のＳｉＧｅ層（膜）を半導体デバイス製造プロセスに適用するため、ベース基板となるシリコンウェーハ上にＳｉＧｅをヘテロエピタキシャル成長させたシリコンゲルマニウムエピタキシャル（以下、「ＳｉＧｅエピタキシャル」と表記する。）層を有するＳｉＧｅエピタキシャルウェーハの形態での利用が望まれている。
【０００５】
しかしながら、シリコンウェーハ上にＳｉＧｅをエピタキシャル成長させたＳｉＧｅ層と、ベース基板となるシリコンウェーハとでは格子定数が異なるため、この格子定数差に起因して、両者の界面から成長層上部に伸展する転位（貫通転位）が高密度に発生してしまうことが知られている。高密度の貫通転位が発生したＳｉＧｅエピタキシャルウェーハを半導体デバイス製造プロセスに適用することはできないため、転位密度を低減することのできる技術が種々検討されている。
【０００６】
転位密度を低減することのできるＳｉＧｅエピタキシャルウェーハの製造方法に関する技術として、例えば特許文献１では、以下の技術が提案されている。すなわち、Ｓｉ基板上にＧｅ系エピタキシャル膜を化学気相堆積法で成長させるステップと、前記Ｇｅ系エピタキシャル膜に７００〜９００℃の温度範囲で第１の熱処理を施すステップと、前記Ｇｅ系エピタキシャル膜の表面側からＧｅをイオン注入するステップと、前記イオン注入後のＧｅ系エピタキシャル膜に７００〜９００℃の温度範囲で第２の熱処理を施すステップと、を含むＧｅ系エピタキシャル膜の成長方法である。また、特許文献１では、Ｓｉ基板とＧｅ系エピタキシャル膜との間に、ＳｉＧｅ混晶のバッファ層を成長させることが好ましいことも提案されている。
【０００７】
特許文献１に記載の技術によると、Ｇｅイオン注入によりＧｅ系エピタキシャル膜の、Ｓｉ基板との界面近傍にアモルファス領域が形成され、次いで第２の熱処理を行ってアモルファス領域を単結晶化することで、得られたＧｅ系エピタキシャル膜の貫通転位およびループ転位の密度が低減するとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１２０６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載される技術は、結晶回復熱処理を複数回実施することで、Ｇｅ系エピタキシャル膜に形成された貫通転位を低減させる。そのため、熱処理によって結晶回復しきれなかった貫通転位は多数発生することが予想される。特許文献１の記載の技術では、Ｇｅ系エピタキシャル膜とＳｉ基板との界面近傍にアモルファス領域を形成するよう、エピタキシャル膜内にＧｅイオンを注入している。しかしながら、Ｇｅイオン注入による注入飛程には限界（深い位置まで注入することはできない）がある。そのため、特許文献１の記載の技術では、厚膜のＧｅ系エピタキシャル膜を製造することは困難である。
【００１０】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、貫通転位密度を低減することのできるシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法およびその製造方法により得られるシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハ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】
【００１１】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討し、第１のイオンを注入したバッファ層を形成し、第２のイオンを注入したエピタキシャル層を１層以上、さらに形成することを着想した。そして、このエピタキシャル層により貫通転位の密度を顕著に低減できることを本発明者は知見し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
【００１２】
本発明のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法は、シリコンウェーハ表面に、第１のイオンを注入したバッファ層を形成する第１工程と、前記バッファ層上に、第２のイオンを注入したエピタキシャル層を１層以上形成する第２工程と、前記エピタキシャル層上に、シリコンゲルマニウムエピタキシャル層を形成する第３工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記第２工程において、前記エピタキシャル層を２層以上形成することが好ましい。
【００１４】
また、前記第１のイオンおよび前記第２のイオンのいずれか一方または両方が分子イオンであることが好ましく、前記分子イオンが、水素、ヘリウム、炭素、シリコンおよびゲルマニウムからなる群より選択される１以上の元素から構成されることがより好ましい。
【００１５】
さらに、前記第１工程において、前記第１のイオンの注入に先立ち、前記バッファ層表面に第１の酸化膜を形成することが好ましい。また、前記第１工程において、前記第１のイオンを注入した後、熱処理を行うことも好ましい。
【００１６】
また、前記第２工程において、前記第２のイオンの注入に先立ち、前記エピタキシャル層表面に第２の酸化膜を形成することが好ましい。また、前記第２工程において、前記第２のイオンを注入した後、熱処理を行うことも好ましい。
【００１７】
ここで、前記バッファ層は、シリコンゲルマニウムからなるエピタキシャル層であることが好ましい。また、前記バッファ層は、厚み方向にＧｅ組成比ｘ（０＜ｘ≦０．５）を傾斜させたＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ組成傾斜層であることが好ましい。さらに、前記エピタキシャル層のそれぞれは、Ｇｅ組成比が一定のシリコンゲルマニウムからなることも好ましい。
【００１８】
また、本発明のシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハは、シリコンウェーハと、該シリコンウェーハ表面に設けられた、第１のイオン注入層を含むバッファ層と、前記バッファ層上に設けられた、第２のイオン注入層を少なくとも１つ含むエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層上に設けられたシリコンゲルマニウムエピタキシャル層と、を有することを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記エピタキシャル層が前記第２のイオン注入層を複数含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１のイオンを注入したバッファ層上に第２のイオンを注入したエピタキシャル層を１層以上形成するので、貫通転位密度を低減することのできるシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することができる。また、この製造方法により製造されるシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に従うシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態における第１工程を説明するための摸式断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における第２工程および第３工程を説明するための摸式断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に従うシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハによる貫通転位の低減作用を説明するための模式断面図である。
【図５】本発明の好適実施形態に従うシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法の工程の一部を説明するための摸式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図２〜５では図面の簡略化および説明の便宜上、各構成の縦横比について、実際の割合と異なり誇張して示す。
【００２３】
（シリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法）
本発明の一実施形態に従うシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハ１００（以下、「ＳｉＧｅエピタキシャルウェーハ１００」と略記する。）の製造方法は、図１〜３に示すように、シリコンウェーハ１０の表面１０Ａに、第１のイオンを注入したバッファ層２０を形成する第１工程Ｓ１０と、バッファ層２０上に、第２のイオンを注入したエピタキシャル層を１層以上形成する第２工程Ｓ２０と、前記エピタキシャル層の最表層３０Ａ上に、シリコンゲルマニウムエピタキシャル層４０（以下、「ＳｉＧｅエピタキシャル層４０」と略記する。）を形成する第３工程Ｓ３０と、を含む。図３（Ｆ）は、本実施形態に従う製造方法の結果得られたＳｉＧｅエピタキシャルウェーハ１００の模式断面図である。なお、図示の都合上、第２工程Ｓ２０において第２のイオンを注入したエピタキシャル層を２層形成したものを、本実施形態の具体的な一態様として説明する。各層の形成順に、第１のエピタキシャル層３１および第２のエピタキシャル層３２とそれぞれ称することとし、エピタキシャル層３０は、両者を含む。なお後述するが、エピタキシャル層を１層のみ形成してもよいし、３層以上形成してもよい。以下、各工程および各構成の詳細を順に説明する。
【００２４】
＜第１工程Ｓ１０＞
第１工程Ｓ１０では、まず、シリコンウェーハ１０の表面１０Ａに、第１のイオンを注入したバッファ層２０を形成する。本実施形態では、図２に示すように、シリコンウェーハ１０の表面１０Ａにバッファ層２０′を形成し、次に、バッファ層２０′にイオンを注入することにより、バッファ層２０を形成することができる。以下、図２を参照して本工程をさらに詳細に説明する。
【００２５】
まず、本実施形態ではシリコンウェーハ１０を用意する（図２（Ａ））。シリコンウェーハ１０としては、単結晶シリコンからなり、表面にエピタキシャル層を有しないバルクのシリコンウェーハを用いることができる。シリコンウェーハ１０は、チョクラルスキ法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）により育成された単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスしたものを使用することが一般的である。所望の目的に応じてシリコンウェーハ１０に炭素または窒素を添加してもよく、任意のドーパントを所定濃度添加して、いわゆるｎ＋型もしくはｐ＋型、またはｎ−型もしくはｐ−型の基板としてもよい。
【００２６】
次に、本実施形態ではシリコンウェーハ１０の表面１０Ａにバッファ層２０′を形成する（図２（Ａ），（Ｂ））。バッファ層２０′は、後述する第１のイオン注入（図２（Ｃ））を経てバッファ層２０となる。ここで、バッファ層２０（２０′）は、シリコンウェーハ１０と、ＳｉＧｅエピタキシャル層４０との格子定数差に起因する格子不整合を緩和するための層である。このようなバッファ層２０（２０′）として、シリコンゲルマニウムからなるエピタキシャル層を用いることが好ましい。また、バッファ層（２０′）の組成として、例えば、ＳｉＧｅエピタキシャル層４０におけるＳｉＧｅのＧｅ組成比αを超えない、Ｇｅ組成比をγとするＳｉ（１−γ）Ｇｅγをエピタキシャル成長させたＳｉ（１−γ）Ｇｅγ層を用いることができる（すなわち、γ≦αである）。また、厚み方向にＧｅ組成比ｘ（０＜ｘ≦０．５）を傾斜させたＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ組成傾斜層を用いることも好ましく、シリコンウェーハ１０からＳｉＧｅエピタキシャル層４０の方向へ厚み方向にＧｅ組成ｘを漸増させることも好ましい。なお、Ｇｅ組成比ｘの上限を、上記Ｇｅ組成比α以下とすることが好ましい。
【００２７】
このようなバッファ層２０′は、ＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy)法、ＧＳＭＢＥ(Gas Source MBE)法、ＵＨＶ−ＣＶＤ(Ultra High Vacuum Chemical Vapour Deposition)法や、減圧化学気相成長法（減圧ＣＶＤ法）等を用いて形成することができる。ソースガスとしては、Ｇｅ源としてＧｅＨ４およびＧｅ２Ｈ６等を、Ｓｉ源としてＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＳｉ２Ｈ６等を用いることができ、形成するバッファ層のＧｅ組成比に応じてＧｅ源およびＳｉ源のソースガスの混合比率を調整すればよい。バッファ層２０の厚みも、一般的な範囲とすることができ、例えば１０ｎｍ〜１μｍとすることができる。
【００２８】
次に、本実施形態では、バッファ層２０′に第１のイオンを注入する（図２（Ｃ））。このイオン注入により、第１のイオン注入層２０ａを形成することができる（図２（Ｄ））。第１のイオン注入層２０ａは第１のイオン注入の注入原子により、注入領域内で結晶格子が乱れ、歪場が形成され、注入原子の固溶や、空孔起因などの微小な結晶欠陥が存在する結晶欠陥領域となる。したがって、第１のイオン注入層を第１の結晶改質領域、あるいは結晶欠陥領域と言い換えることもできる。後述の第２のイオン注入によっても、第１のイオン注入と同様の理由で結晶欠陥領域が形成され、第２のイオン注入層を第２の結晶改質領域、あるいは結晶欠陥領域と言い換えてもよい。以下、バッファ層２０において、第１のイオン注入層２０ａよりもシリコンウェーハ１０側の領域を領域２０ｂと区分し、第１のイオン注入層２０ａよりもＳｉＧｅエピタキシャル層４０側の領域を領域２０ｃと区分して説明する。このようにして、第１のイオン注入（図２（Ｃ））を経ることで、バッファ層２０′がバッファ層２０となる。
【００２９】
注入するイオンは、第１のイオン注入層２０ａが形成される限りは、イオン種や注入条件は特に制限されない。例えば、水素、ヘリウム、シリコンおよびゲルマニウムの他、炭素、ホウ素、リン等を構成元素としたモノマーイオンを用いることができる。この場合、炭素を用いることが好ましい。炭素は、転位の起点となる格子間シリコンと結合して転位の発生を抑制できる点で有効となる。
【００３０】
また、モノマーイオンに代えて、分子イオンを注入することによっても第１のイオン注入層２０ａを形成することができる（図２（Ｄ））。この場合、分子イオンは、水素、ヘリウム、炭素、シリコンおよびゲルマニウムからなる群より選択される１以上の元素から構成されたものを用いることが好ましい。ここで、本明細書において「分子イオン」とは、分子がフラグメンテーションを起こすことなく、１個以上の電子を脱離（正イオン化）または付加（負イオン化）して生じたイオンを指すものとする。複数の分子イオンが塊状に集合してクラスターとなっていてもよい。分子イオンは、例えば日新イオン機器社より市販のＣＬＡＲＩＳ（登録商標）などを分子イオン発生装置として用いることができる。分子イオンについては詳細を後述する。
【００３１】
＜第２工程Ｓ２０＞
第１工程Ｓ１０に続き、第２工程Ｓ２０では、第１工程Ｓ１０により形成されたバッファ層２０上に、第２のイオンを注入したエピタキシャル層を１層以上形成する。エピタキシャル層のそれぞれは、Ｇｅ組成比が一定のシリコンゲルマニウムから構成することができる。本実施形態の具体的な態様では、第１のエピタキシャル層３１および第２のエピタキシャル層３２をこの順に備えるエピタキシャル層３０を形成するものとし、図３を参照してさらに詳細に説明する。
【００３２】
まず、バッファ層２０の表面２０Ａに、例えば、前述のＧｅ組成比αを超えない、Ｇｅ組成比をβ１とするＳｉ（１−β１）Ｇｅβ１をエピタキシャル成長させたＳｉ（１−β１）Ｇｅβ１層を形成し、第１のエピタキシャル層３１′を形成する（図３（Ａ），（Ｂ））。（すなわち、β１≦αである）。また、Ｇｅ組成比β１は、バッファ層２０のＧｅ組成比の最大値と等しいか、それより大きなＧｅ組成であることが好ましい。なお、Ｓｉ（１−β１）Ｇｅβ１層は、バッファ層と同様にＭＢＥ法、ＧＳＭＢＥ法、ＵＨＶ−ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法等を用いて形成することができ、これは以降の第２のエピタキシャル層３２′およびＳｉＧｅエピタキシャル層４０の形成においても同様である。
【００３３】
次に、第１のエピタキシャル層３１′に第２のイオンを注入し、第２のイオン注入層３１ａを形成して第１のエピタキシャル層３１を形成する（図３（Ｃ））。第２のイオン注入は、第１のイオン注入と同様に行うことができ、第１のイオンと第２のイオンとの注入条件（イオン種、加速電圧、ドーズ量等）は同一であっても異なっていてもよい。
【００３４】
続いて、第１のエピタキシャル層３１上に、例えば、前述のＧｅ組成比αを超えない、Ｇｅ組成比をβ２とするＳｉ（１−β２）Ｇｅβ２をエピタキシャル成長させたＳｉ（１−β２）Ｇｅβ２層を形成し、第２のエピタキシャル層３２′を形成する（図３（Ｄ））。（すなわち、β２≦αである）。なお、Ｇｅ組成比β２は、第１のエピタキシャル層３１のＧｅ組成比β１と等しいか、それより大きなＧｅ組成比であることが好ましい。
【００３５】
その後、第２のエピタキシャル層３２′に第２のイオンを注入し、第２のイオン注入層３２ａを形成して第２のエピタキシャル層３２を形成する（図３（Ｅ））。なお、第１のエピタキシャル層３１を形成するときの第２のイオン注入条件と、第２のエピタキシャル層３２を形成するときの第２のイオン注入条件とは、同一であっても異なっていてもよく、所望に応じて定めればよい。
【００３６】
上述のようにして、第２のイオンを注入したエピタキシャル層を１層以上形成することができる。ここで、本実施形態に従う製造方法において、エピタキシャル層の形成は１層のみでもよいし、３層以上であってもよい。詳細を後述するが、貫通転位密度の低減目標に応じて、エピタキシャル層を形成する層数を定めることができる。なお、貫通転位密度をより低減するためには、エピタキシャル層を１層のみ形成するよりは、２層以上（換言すれば複数）形成することが好ましく、３層以上形成することがより好ましい。
【００３７】
なお、エピタキシャル層３０の各層の厚さ等は、所望に応じて適宜設計することができ、例えば１０ｎｍ〜１μｍとすることができる。また、エピタキシャル層３０の合計厚さも、限定を意図するものではないが、例えば１〜３μｍとすることができる。
【００３８】
＜第３工程Ｓ３０＞
上述の第２工程Ｓ２０に続いて、エピタキシャル層３０の最表層３０Ａ上に、ＳｉＧｅエピタキシャル層４０を形成する工程Ｓ３０を行う。ＳｉＧｅエピタキシャル層４０におけるＳｉＧｅのＧｅ組成比αは、所望に応じて適宜選択されるが、例えば０．２≦α≦０．５の範囲で適宜選択することができる。ＳｉＧｅエピタキシャル層４０の厚さ等も、所望に応じて適宜設計することができ、例えば１０ｎｍ〜１０μｍとすることができる。
【００３９】
以上の工程を経ることで、ＳｉＧｅエピタキシャルウェーハ１００を製造することができる。本実施形態に従う製造方法により得られたＳｉＧｅエピタキシャルウェーハ１００は、貫通転位の密度を従来のＳｉＧｅエピタキシャルウェーハよりも低減することができる。以下、かかる効果が得られる作用について、図４を参照しつつ説明する。
【００４０】
図４に示すように、シリコンウェーハ１０とバッファ層２０とでは格子定数が異なるなるため、上方の層（エピタキシャル層３０およびＳｉＧｅエピタキシャル層４０）を形成するに先立ち、バッファ層２０を形成した段階で、バッファ層２０内には転位が多数発生する。第１のエピタキシャル層３１および第２のエピタキシャル層３２を順次形成する段階においても、同様に転位が発生する。発生した転位には、バッファ層２０の表面２０Ａまで到達する転位ＤＴＡと、バッファ層２０の表面２０Ａには到達しない転位ＤＴＢとがある。バッファ層２０の表面２０Ａまで到達していない転位ＤＴＢは、貫通転位の伸展を抑制する領域がなければ、上方の層を形成する時にバッファ層２０の表面２０Ａにまで伸展してしまい、この新たな伸展により表面２０Ａに発生した貫通転位を起点として、上方の層内に貫通転位が発生するおそれがある。ここで、バッファ層２０を形成した時点で、既にバッファ層２０の表面２０Ａにまで到達した貫通転位ＤＴＡを消失させることはできないが、バッファ層２０の形成後（すなわち、転位発生後）であっても、イオン注入により、バッファ層２０の表層部に微視的（ミクロ）には結晶格子が乱れたイオン注入層（結晶改質層でもあり結晶欠陥が形成された領域である）を形成することができる。この結晶改質層（結晶欠陥領域）は、バッファ層２０の表面２０Ａまで到達していない転位ＤＴＢがバッファ層２０の表面２０Ａに伸展することを防止するストップ層として機能し、転位ＤＴＢの伸展が結晶改質層で抑制されるため、貫通転位の発生を低減できるものと考えられる。
【００４１】
しかしながら、本発明者の検討によると、バッファ層２０に第１のイオン注入層２０ａを設けただけでは、上述の転位の伸展抑制効果が十分ではないことが確認された。そこで、バッファ層２０上に第２のイオン注入層を有するエピタキシャル層３０を設けることにより、第２のイオン注入層（３１ａ，３２ａ）によって領域２０ｃよりも上方において発生した貫通転位の伸展を再度抑止して、貫通転位密度をより低減できることを知見したのである。この効果を得るためには、第２のイオン注入層を含むエピタキシャル層を１層設けるだけでも得られるが、より確実にこの効果を得るためには第２のイオン注入層を形成したエピタキシャル層を２層以上設けることが好ましい。第１のエピタキシャル層３１のＳｉＧｅエピタキシャル層４０側の転位に対しても、エピタキシャル層３２によって転位の進展を止めることができる。
【００４２】
以下で、本実施形態において注入するイオンについてより具体的に説明する。第１のイオン注入層２０ａの形成する際、注入するイオン種や注入条件は特に制限されず、モノマーイオンおよび分子イオンを用いることができる。ここで、第１工程Ｓ１０において注入する第１のイオンと、第２工程Ｓ２０において注入する第２のイオンとのいずれか一方または両方が分子イオンであることが好ましく、両工程共に分子イオンを注入することがより好ましい。なお、この場合、第１工程および第２工程のそれぞれで注入する分子イオンの注入条件は同じであっても異なっていてもよい。
【００４３】
まず、モノマーイオンの注入については、一般的な大電流型イオン注入装置等により行うことができる。バッファ層およびエピタキシャル層の組成や厚み等の形成条件にも依存するが、例えば、モノマーイオンの加速電圧を１０ｋｅＶ／ａｔｏｍ以上１００ｋｅＶ／ａｔｏｍ以下、ドーズ量を１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下とすることで、各層に転位の伸展を止めることのできるイオン注入層を形成することができる。
【００４４】
また、分子イオンについて、例えば日新イオン機器社より市販のＣＬＡＲＩＳ（登録商標）などを分子イオン発生装置として用いることができるのは既述のとおりである。そして、イオン化させる分子は特に限定されないが、水素、ヘリウム、炭素、シリコンおよびゲルマニウムからなる群より選択される１以上の元素から構成されたものを用いることが好ましいのも既述のとおりである。ここで、イオン化が可能な炭素源化合物としては、エタン、メタンなどを用いることができる。例えばシクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）を材料ガスとすれば、炭素および水素からなる分子イオンを生成することができる。また、例えばメチルシラン（ＣＳｉＨ６）を材料ガスとすれば、炭素、シリコンおよび水素からなる分子イオンを生成することができる。シリコンゲルマニウム水素化物を材料ガスとすれば、シリコン、ゲルマニウムおよび水素からなる分子イオンを生成することができる。なお、炭素源化合物としては特に、ピレン(Ｃ１６Ｈ１０)、ジベンジル（Ｃ１４Ｈ１４）などより生成したＣｎＨｍ（３≦ｎ≦１６，３≦ｍ≦１０）を用いることが好ましい。小サイズの分子イオンビームを制御し易いためである。
【００４５】
分子イオンをバッファ層２０′に注入する場合、バッファ層２０′の表層部の所定領域に、分子イオンの構成元素が局所的に固溶して存在する領域が形成され、バッファ層２０が得られる。この局所的な固溶領域を形成することにより、第１のイオン注入層２０ａが形成されると、貫通転位密度の低減に特に有効であると本発明者は考えている。以下、バッファ層２０′への分子イオン注入を例に説明するが、分子イオンを第１のエピタキシャル層３１または第２のエピタキシャル層３２に注入する場合も、同様の効果が得られる。
【００４６】
バッファ層２０の表面２０Ａから分子イオンを注入する場合、分子イオンの構成元素はバッファ層２０の表層部に固溶する。一方、バッファ層２０の表面からモノマーイオンを注入する場合、加速電圧を低くしたとしても、モノマーイオンの構成元素は、分子イオンを注入する場合に比べればバッファ層２０の奥深くに侵入する。すなわち、モノマーイオン注入に比べて、分子イオン注入ではバッファ層２０の表層部にイオン注入を行うことができる。その結果、注入後の分子イオンの構成元素をバッファ層２０の表層部に浅く、かつ、局所的に固溶させることができる。この観点から、本実施形態において、分子イオン注入はモノマーイオン注入より好ましいのである。分子イオンの注入により第１のイオン注入層２０ａをバッファ層２０の表面近傍に形成することができるため、ＳｉＧｅエピタキシャル層４０の表面に進展する貫通転位密度をより低減することができ、好ましい。
【００４７】
なお、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Iron Mass Spectrometry）により、バッファ層２０の厚み方向における濃度プロファイルを測定することができ、ＳＩＭＳにより得られるプロファイルでは、分子イオンの加速電圧およびイオン種にも依存するが、モノマーイオン注入の場合に比べて極めてシャープ（即ち、半値幅が１００ｎｍ以下程度に小さくなる）になり、照射された構成元素が局所的に存在する領域の厚みは、概ね５００ｎｍ以下（例えば５０〜４００ｎｍ程度）となる。この結果、分子イオン注入により、第１のイオン注入層２０ａを、バッファ層２０の表面から１００ｎｍ以内に形成できる。
【００４８】
以上の点から、第１のイオン注入層２０ａをバッファ層２０の表面２０Ａ近傍に形成するために、分子イオンを注入する場合には、バッファ層２０の表面２０Ａから１００ｎｍ以下の範囲内に分子イオンを注入することが本実施形態において好ましい。すなわち、分子イオンの注入飛程が１００ｎｍ以内となるように、分子イオンの注入条件を設定することが好ましい。この目的のため、例えば分子イオンとしてＣｎＨｍ（３≦ｎ≦１６，３≦ｍ≦１０）を用いる場合、炭素１原子あたりの加速電圧は、０ｋｅＶ／ａｔｏｍ超え５０ｋｅＶ／ａｔｏｍ以下とし、好ましくは、４０ｋｅＶ／ａｔｏｍ以下とすることができる。分子イオンを第１のエピタキシャル層３１′または第２のエピタキシャル層３２′に注入する場合も、同様である。
【００４９】
ここで、分子イオンを構成する原子数は２〜５０個、好ましくは２０個以下、より好ましくは１０個以下で適宜設定することができ、後述する実施例においては、原子数７個のＣ２Ｈ５を用いた。原子数の調整は、ノズルから噴出されるガスのガス圧力および真空容器の圧力、イオン化する際のフィラメントへ印加する電圧などを調整することにより行うことができる。なお、分子イオンの原子数は、四重極高周波電界による質量分析またはタイムオブフライト質量分析により求めることができる。
【００５０】
なお、分子イオンのドーズ量は、イオン照射時間を制御することにより調整することができる。分子イオンが炭素を構成元素に含む場合、ドーズ量は、１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることができる。
【００５１】
ここで、本実施形態に従う製造方法において、以下の工程をさらに含むことができる。
【００５２】
図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、第１のイオンの注入に先立ち、バッファ層２０の表面２０Ａに第１の酸化膜２１を形成してもよい。第１の酸化膜２１は、バッファ層２０の表面２０Ａを熱酸化することにより形成することができる。第１の酸化膜２１により、バッファ層２０の表面２０Ａを保護することができると共に、第１のイオンの注入深さを調整することができる。第１のイオンの注入後には、所望に応じてエッチング等により第１の酸化膜２１を除去してもよい。図示しないが、図４（Ａ）〜（Ｄ）と同様に、第２のイオンの注入に先立ち、エピタキシャル層の各層の表面に第２の酸化膜を形成してもよいし、第２のイオン注入後に第２の酸化膜を除去してもよい。
【００５３】
また、図５（Ｅ）に示すように、第１のイオンを注入した後、熱処理を行ってもよく、図示しないが、図５（Ｅ）と同様に、第２のイオンを注入した後、熱処理を行ってもよい。なお、図５では上記酸化膜２１を形成する工程を含めて一連の工程として図示しているが、本実施形態においては、両工程のいずれか一方のみを行ってもよいし、両工程を行わなくてもよい。
【００５４】
（シリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハ）
次に、上記製造方法により得られるシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハ１００について説明する。前述の製造方法の実施形態と重複する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５５】
ＳｉＧｅエピタキシャルウェーハ１００は、図３（Ｆ）に示すように、シリコンウェーハ１０と、該シリコンウェーハ１０表面に設けられた、第１のイオン注入層２０ａを含むバッファ層２０と、バッファ層２０上に設けられた、第２のイオン注入層（例えば既述の第２のイオン注入層３１ａ，３２ａ）を少なくとも１つ含むエピタキシャル層３０と、該エピタキシャル層３０上に設けられたシリコンゲルマニウムエピタキシャル層４０と、を有する。
【００５６】
貫通転位の密度を低減するために、エピタキシャル層３０が前記第２のイオン注入層を複数含むことがより好ましい。
【００５７】
ここで、前述のとおり、「イオン注入層」を「結晶改質領域」、あるいは「結晶欠陥領域」と言い換えることもできる。なお、第１および第２のイオン注入層において、結晶欠陥が形成されているか否かについては、以下の手法により確認することができる。まず、シリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハを斜めに研磨加工したサンプルを作成し、断面方向からＣＬ（Cathode Luminescence；カソードルミネッセンス）法を行い、ＣＬスペクトルを取得する。このＣＬスペクトルから、バッファ層２０およびエピタキシャル層３０内に形成した結晶欠陥の有無を測定することができる。ＣＬ法とは、試料に電子線を照射した際に放出される光を検出する手法であり、伝導帯の底付近から価電子帯の頂上付近への遷移を検出して、結晶欠陥を測定する方法である。高ドーズの注入条件で分子イオンを注入した場合には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いて結晶欠陥の観察を行うこともできる。
【実施例】
【００５８】
（発明例１）
ＣＺ単結晶シリコンインゴットから得たｉ型シリコンウェーハ（直径：８インチ、厚さ：７２５μｍ、酸素濃度：１．１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を用意した。次に、厚み方向にＧｅ組成比ｘを傾斜させたＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ組成傾斜バッファ層をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長条件は以下のとおりである。キャリアガス：水素ガス、原料ガス：ＳｉＨ４およびＧｅＨ４、チャンバー圧力：１０〜１００Ｔｏｒｒ、温度：４００〜５５０℃、厚さ：１μｍ。なお、Ｇｅ組成比ｘについては、シリコンウェーハ側をｘ＝０．０２とし、ｘ＝０．３まで増加させた。
【００５９】
次に、日新イオン機器より市販のCLARIS（登録商標）を用いて、シクロヘキサンよりＣ２Ｈ５を生成して、Ｓｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ組成傾斜バッファ層の表面に注入した。注入条件は、炭素１原子当りの加速電圧を２０ｋｅＶ／ａｔｏｍ、ドーズ量６．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とした。
【００６０】
さらに、Ｓｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ組成傾斜バッファ層上にゲルマニウム組成比が０．３の、第１のＳｉ０．７Ｇｅ０．３エピタキシャル層をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長条件は以下のとおりである。キャリアガス：水素ガス、原料ガス：ＳｉＨ４およびＧｅＨ４、チャンバー圧力：５０Ｔｏｒｒ、温度：４５０℃、厚さ：３００ｎｍ。
【００６１】
前述のＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ組成傾斜バッファ層への分子イオン注入と同様に、上記第１のＳｉ０．７Ｇｅ０．３エピタキシャル層にＣ２Ｈ５を注入した。注入条件は、炭素１原子当りの加速電圧を２０ｋｅＶ／ａｔｏｍ、ドーズ量４．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とした。
【００６２】
次いで、第１のＳｉ０．７Ｇｅ０．３エピタキシャル層上にゲルマニウム組成比が０．３の、第２のＳｉ０．７Ｇｅ０．３エピタキシャル層をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長条件は以下のとおりである。キャリアガス：水素ガス、原料ガス：ＳｉＨ４およびＧｅＨ４、チャンバー圧力：５０Ｔｏｒｒ、温度：４５０℃、厚さ：４００ｎｍ。
【００６３】
前述のＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ組成傾斜バッファ層への分子イオン注入と同様に、上記第２のＳｉ０．７Ｇｅ０．３エピタキシャル層にＣ２Ｈ５を注入した。注入条件は、炭素１原子当りの加速電圧を２０ｋｅＶ／ａｔｏｍ、ドーズ量３．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とした。
【００６４】
最後に、ゲルマニウム組成比が０．３の、第３のＳｉ０．７Ｇｅ０．３エピタキシャル層をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長条件は以下のとおりである。キャリアガス：水素ガス、原料ガス：ＳｉＨ４およびＧｅＨ４、チャンバー圧力：５０Ｔｏｒｒ、温度：６７０℃、厚さ：４μｍ。こうして、発明例１にかかるＳｉＧｅエピタキシャルウェーハを作製した。
【００６５】
（発明例２，３）
発明例１と同一条件で、発明例２，３にかかるＳｉＧｅエピタキシャルウェーハを作製した。
【００６６】
（比較例１〜３）
発明例１において、Ｓｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ組成傾斜バッファ層へＣ２Ｈ５の分子イオンを注入したことに代えて、水素イオンを２０ｋｅＶ、２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で注入し、さらに、第１および第２のＳｉ０．７Ｇｅ０．３エピタキシャル層を形成しなかった以外は、発明例１と同様にＳｉＧｅエピタキシャルウェーハを作製し、それぞれ比較例１〜３とした。
【００６７】
（貫通転位密度の評価）
発明例１〜３および比較例１〜３のそれぞれのＳｉＧｅエピタキシャルウェーハに対して、ライトエッチング後にＳｉＧｅエピタキシャル層表面を光学顕微鏡観察することにより、エピタキシャルウェーハ表面へ貫通した欠陥の密度を評価した。観察箇所は、ＳｉＧｅエピタキシャルウェーハの（１）ウェーハ中心部、（２）ウェーハ中心とウェーハ端との中心部、（３）ウェーハ端から５ｍｍ内側部の３箇所とした。この（１）〜（３）のそれぞれの位置で観察された密度の平均値を表１に示す。
【００６８】
【表１】
0006493197.tif 000002
【００６９】
表１から明らかなように、発明例１〜３では、比較例１〜３に比べて貫通転位の密度を顕著に低減できたことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明によれば、貫通転位を抑制することのできるシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０    シリコンウェーハ
１０Ａ  シリコンウェーハの表面
２０    バッファ層
２０Ａ  バッファ層の表面
２０ａ  結晶欠陥領域
３０    エピタキシャル層
３１    第１のエピタキシャル層
３２    第２のエピタキシャル層
４０    シリコンゲルマニウムエピタキシャル層
１００  シリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハ
ＤＴＡ    貫通転位
ＤＴＢ    貫通転位
【図１】
0006493197.tif 000003
【図２】
0006493197.tif 000004
【図３】
0006493197.tif 000005
【図４】
0006493197.tif 000006
【図５】
0006493197.tif 000007