(57)【要約】【課題】表面が平坦で欠陥が少ないと同時にＳｉしか含まない歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法を提供する。【解決手段】ＳＯＩ基板上に設定した濃度のＧｅを含むアモロファスＳｉＧｅ層とアモロファスシリコン薄膜とを順次形成した後に、ＳＯＩ基板のＢｏｘ酸化膜とＳｉ層との界面に水素をイオン注入し、酸化雰囲気下で所定の温度と時間で熱処理を１回以上行ない、その後アモルファスＳｉＧｅ層とアモルファスシリコン層を溶融させる熱処理をし、酸化膜を除去した後に歪シリコンを成膜することを特徴とする歪シリコンＳＯＩ基板の製造方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＯＩ基板上に設定した濃度のＧｅを含むアモロファスＳｉＧｅ層とアモロファスシリコン薄膜とを順次形成した後に、ＳＯＩ基板のＢｏｘ酸化膜とＳｉ層との界面に水素をイオン注入し、酸化雰囲気下で所定の温度と時間で熱処理を１回以上行ない、その後アモルファスＳｉＧｅ層とアモルファスシリコン層を溶融させる熱処理をし、酸化膜を除去した後に歪シリコンを成膜することを特徴とする歪シリコンＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項２】
水素原子注入条件は、加速電圧はＢｏｘ酸化膜上のＳｉ、ＳｉＧｅ等のエピタキシャル成長で形成した膜厚の総厚さで選択し、注入量は１×１０１４〜１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃとする請求項１記載の歪シリコンＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項３】
注入する元素は水素以外に、ヘリウム、炭素、酸素とする請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】
熱処理の最高温度は、最終のＳｉＧｅ膜中のＧｅ濃度に応じて固相線より低い温度とする請求項１記載の製造方法。
【請求項５】
酸化膜除去後に平坦化処理を行なう請求項１記載の製造方法。
【請求項６】
水素原子注入後の熱処理は最終のＳｉＧｅ膜中のＧｅ濃度に応じて固相線より低い温度とする請求項１記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置用の基板、特に歪シリコンＳＯＩ基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンＭＯＳデバイスは、スケーリング則に従った微細化や動作電圧の低減を行うことにより、高速化と低消費電力化を両立してきた。
しかし、ゲート長が１００ｎｍ以下の領域となると、上記の両立が困難となりつつある。この為に、ＳＯＩ基板及び歪シリコンの導入が検討され、特にＳＯＩ基板上に歪シリコンを導入した基板が究極の基板と考えられ、研究が進められている。
【０００３】
第１の方法としてＳＯＩ基板とＳｉＧｅエピ技術との組み合わせが提供されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に示される方法は、既存のＳＯＩ基板上にＳｉＧｅエピ層を形成して歪緩和を起こし、歪緩和したＳｉＧｅ膜上にＳｉ膜を形成して歪Ｓｉとする方法である。
第２の方法として酸素イオン注入分離法（ＳＩＭＯＸ）により埋め込み酸化膜上に歪緩和ＳｉＧｅ層を形成する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
第３の方法としてＳＯＩ基板上にＳｉＧｅ膜を形成し、その後に酸化雰囲気の熱処理によりＧｅを拡散させつつ歪緩和を行う方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
第４の方法としてＳＯＩ基板上にＳｉＧｅ膜を形成し、熱処理にＳｉＧｅ層を溶融し、その後にＧｅを拡散させつつＳｉＧｅ層を固化させることにより歪緩和を行う方法がが開示されている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１６９９２６号公報
【特許文献２】
特開平９−３２１３０７号公報
【特許文献３】
特開２０００−２４３９４６号公報
【特許文献４】
特開２００３−３１４９５号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、表面が平坦で欠陥が少ないと同時にＳｉしか含まない歪Ｓｉ−ＳＯＩ基板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はＳＯＩ基板上に設定した濃度のＧｅを含むアモロファスＳｉＧｅ層とアモロファスシリコン薄膜とを順次形成した後に、ＳＯＩ基板のＢｏｘ酸化膜とＳｉ層との界面に水素をイオン注入し、酸化雰囲気下で所定の温度と時間で熱処理を１回以上行ない、その後アモルファスＳｉＧｅ層とアモルファスシリコン層を溶融させる熱処理をし、酸化膜を除去した後に歪シリコンを成膜することを特徴とする歪シリコンＳＯＩ基板の製造方法である。
本発明の歪シリコンＳＯＩ基板の製造方法においては、水素原子注入条件は、加速電圧はＢｏｘ酸化膜上のＳｉ、ＳｉＧｅ等のエピタキシャル成長で形成した膜厚の総厚さで選択し、注入量は１×１０１４〜１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃとする。
【０００８】
注入する元素は水素以外に、ヘリウム、炭素、酸素とする。熱処理の最高温度は、最終のＳｉＧｅ膜中のＧｅ濃度に応じて固相線より低い温度とする。酸化膜除去後に平坦化処理を行なう。
水素原子注入後の熱処理は最終のＳｉＧｅ膜中のＧｅ濃度に応じて固相線より低い温度とする。
【０００９】
ＳＯＩ基板のＢｏｘ酸化膜とＳｉ層との界面に水素をイオン注入することによってその間の原子結合が切れやすくなるために、その後の溶融し単結晶化したＳｉＧｅ層は十分緩和し、形成された歪シリコン層はＳｉＧｅ層のＧｅ濃度に応じた十分な歪み量を有することができる。また注入する元素は大きいものであるとＳＯＩ基板のシリコン層の結晶性を乱す可能性がある。また同様の理由で、注入量は少ない方が良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
まず図１に示すように、シリコン１上にＢＯＸ酸化膜２と５５ｎｍの厚さのシリコン薄膜３を持つＳＯＩ基板上にＧｅ濃度４２％のアモルファスＳｉＧｅ層４を１２５ｎｍ、３０ｎｍのアモルファスシリコン層５をＣＶＤ装置にて順に形成する。このときの成膜装置として今回はＣＶＤ装置を使用したが、特に方法は問わない。その後ＳＯＩ基板のＢＯＸ酸化膜４とシリコン薄膜５の界面に５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｃの水素原子を注入する。このときの水素注入量は１×１０１４〜１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃが良い。１×１０１４以下の注入量であるとラマンピークシフトは小さくＳｉＧｅ層は十分緩和していないので、１×１０１４以上の注入量が必要であるが、一方注入量が多すぎるとＳＯＩ基板のシリコン薄膜３の結晶性を乱すために注入量はなるべく少ない方が良く、１×１０１６以下が望ましい。また注入する元素は水素が最も良いが、そのほかヘリウム、炭素、酸素でも同様の効果が得られる。
【００１１】
次に図２のように表面に絶縁体６を形成する。これは後の溶融プロセスにて表面からＧｅ成分が蒸発することを避けるためである。絶縁体は表面のアモルファスシリコン５を酸化させるなどして形成しても良い。次にＳｉＧｅを溶融させ、さらに単結晶化させるために１２１０℃にて２時間の熱処理を行なう。溶融後単結晶化するには図３に示すＳｉＧｅ系の状態図より、熱処理後のＧｅ濃度に応じて固相線より低い温度とする必要がある。図３中の横軸はＳｉＧｅのＳｉ含有率（％）、縦軸は温度（℃）を表す。図中に２本ある曲線のうち、上の曲線を液相線といい、これよりも高温側では完全に溶融し、液体状態である。下の曲線を固相線といい、これよりも低温側では固体状態である。二本の曲線に囲まれた領域では部分溶融状態になっている。このようにアモルファスＳｉＧｅ層４およびアモルファスシリコン層５は単結晶であるシリコン薄膜３とともに、シリコン薄膜３を種結晶として２１０ｎｍでＧｅ濃度２５％のＳｉＧｅ単結晶７になる。熱処理後のウェハの断面概略図を図４に示す。その後、表面の絶縁膜を除去した。ここで図５に注入量と、その後に熱処理をして、絶縁膜を除去した後のラマンピークシフト量の関係を示す。これはＳｉＧｅ層がどのくらい緩和しているかを示すものであるが、水素注入を行っていないものについてラマンシフト量は十分でなくＳｉＧｅ層が十分緩和していないが、おおよそ水素注入量１×１０１５以上でその後熱処理を１１０分以上行ったものに関してはＧｅ濃度に対して十分なラマンシフト量が得られ、ＳｉＧｅ層も十分緩和していることが分かる。この後、ＣＶＤにてＧｅ濃度２５％、５０ｎｍのＳｉＧｅ８、さらに２０ｎｍの歪シリコン層９を連続して形成し図６に示すような絶縁膜を下層に持つ歪シリコンウェハとなる。本実施例により作製されたウェハの熱処理後の表面粗さはＲＭＳでおよそ０．５ｎｍと非常に平坦である。さらにＣＶＤ前にＣＭＰ処理し、ＣＶＤにてＧｅ濃度２５％、５０ｎｍのＳｉＧｅ８、さらに２０ｎｍの歪シリコン層９を連続して形成することによって表面ラフネスは０．３ｎｍまで低減できた。
【００１２】
【発明の効果】
本発明による製造方法によって酸化膜上にＳｉＧｅ層の濃度に応じた十分な歪み量を持った歪シリコンウェハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＯＩ基板上に設定した濃度のＧｅを含むアモロファスＳｉＧｅ層とアモロファスシリコン薄膜とを順次形成したときの断面構成図。
【図２】図１の積層体に絶縁体を形成したときの断面構成図。
【図３】ＳｉＧｅ系の状態図。
【図４】熱処理後のウェハの断面概略図。
【図５】注入量と、その後に熱処理をして絶縁膜を除去した後のラマンピークシフト量の関係を示す図。
【図６】絶縁膜を下層に持つ歪シリコンウェハの断面構成図。
【符号の説明】
１…シリコン基板
２…ＢＯＸ酸化膜
３…シリコン薄膜
４…アモルファスＳｉＧｅ層
５…アモルファスシリコン層
６…絶縁膜層
７…熱処理後の単結晶ＳｉＧｅ層
８…ＣＶＤによる再形成した単結晶ＳｉＧｅ層
９…歪シリコン層
【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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