(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料を作製する方法であって、
耐Ｇｅ拡散性のバリア層上にある、厚さ５００Å以下の上面にＳｉを含有する層の表面上にＧｅを含有する層を形成する段階と、
前記各層を、Ｇｅが前記上面にＳｉを含有する層およびＧｅを含有する層中を相互に拡散することができる温度に加熱する段階とを含み、
Ｇｅを含有する層の形成後、加熱前に、選択的イオン注入段階を実施する段階をさらに含み、
前記選択的イオン注入段階が、水素イオンを注入することを含み、
前記注入段階は、０．０１〜１０マイクロアンペア／ｃｍ2のビーム電流密度で、２８３Ｋ（１０℃）〜３０３Ｋ（３０℃）で行われ、
注入イオンの濃度は１×１０16〜２．９９×１０16ｃｍ-2であり、
注入エネルギが１〜１００ｋｅＶであり、
前記イオンは、上面にＳｉを含有する層内または上面にＳｉを含有する層とＧｅを含有する層の界面に注入される、
方法。
【請求項２】
前記上面にＳｉを含有する層および前記バリア層が、Ｓｉ含有基板上に形成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記上面にＳｉを含有する層が、単結晶層である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記上面にＳｉを含有する層の厚さが、１０〜３５０Åである、請求項１〜３いずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
前記バリア層が、パターン化されたバリア層である、請求項１〜４いずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
前記バリア層が、酸化膜または窒化膜を備える、請求項１〜５いずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
前記バリア層が、パターン化された埋込み酸化膜領域である、請求項１〜６いずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記Ｇｅを含有する層が、純Ｇｅ、または最高で９９．９９原子％のＧｅを含むＳｉＧｅ合金である、請求項１〜７いずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記Ｇｅを含有する層が、１０〜３５原子％のＧｅを含むＳｉＧｅ合金層である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｇｅを含有する層が、減圧化学気相成長、常圧化学気相成長、超高真空化学気相成長、分子線エピタキシ、およびプラズマ気相成長からなる群から選択されたエピタキシャル成長法によって形成される、請求項１〜９いずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記加熱段階の前に、前記Ｇｅを含有する層上にＳｉキャップ層を形成する段階をさらに含む、請求項１〜１０いずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
前記Ｓｉキャップ層が、エピＳｉ、ａ：Ｓｉ、単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉ、あるいはそれらの任意の組合せからなる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記加熱段階中に、表面酸化膜最上層が形成される、請求項１〜１２いずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
前記加熱段階が、９００℃〜１３５０℃の温度で実施される、請求項１３に記載の方法。
【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・オン・インシュレータ基板材料の製造方法に関し、より詳細には、シリコンゲルマニウム合金が準安定状態であるが極めて耐緩和性のある、シリコンゲルマニウム・オン・インシュレータ基板材料の製造方法に関する。また、本発明は、本発明の方法を用いて製造されたシリコンゲルマニウム・オン・インシュレータ基板材料にも関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体業界では、近年、ＣＭＯＳの用途のための高移動度構造を実現するために歪みＳｉ系ヘテロ構造を使用する旺盛な活動がなされている。このようなヘテロ構造では、歪みＳｉは、通常、緩和ＳｉＧｅ（relaxed SiGe）合金層上に形成される。
【０００３】
ＳｉＧｅ合金層の緩和は、合金内のＧｅ濃度が所与の場合、その層の厚さがある値（臨界厚と呼ぶ）を超えたときに起こり得る。臨界厚より厚い歪みＳｉＧｅ（strained SiGe）合金層の緩和は、主に、歪みを解放するミスフィット転位の形成によって生じる。臨界厚より厚く成長しているが、歪みが残り、欠陥のないままの、歪みＳｉＧｅ層は準安定といわれる。実際、（歪み成分、厚さ成分、および欠陥成分を含めて）全皮膜エネルギが欠陥発生に関して最小になっていないどんな歪み層も、定義により準安定である。
【０００４】
準安定な歪みＳｉＧｅ層は、成長条件を正しく選択した場合、欠陥なしであり得る。具体的には、欠陥形成による緩和は、Ｓｉ／ＳｉＧｅ界面の局所的な微細欠陥サイトでほとんど常に発生している。また、準安定なＳｉＧｅ層の成長は、成長表面が原子レベルでクリーンでかつ欠陥がないときに最も進む。準安定なＳｉＧｅ層が成長した後、この層を十分に高い温度でアニールさせた場合、この層を緩和することができる。ミスフィット転位の核生成および成長速度は温度に強く依存している。緩和は、１）皮膜中に別の転位を生成するのに十分な歪みエネルギがなくなるまで、および２）存在する転位区画が何か他の機構によってピン止めまたはトラップされるまで、欠陥の生成および成長によって生じる。
【０００５】
前記の準安定な歪みＳｉＧｅ層の物理特性が、どの初期のＳｉＧｅ層をＳｉＧｅオン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）基板材料を製造する熱混合法に適用できるかに対する制限となる。この熱混合法は、たとえば、米国特許出願第１０／０５５，１３８号に開示されている。
【０００６】
熱力学的に安定なＳｉＧｅ層が、シリコン・オン・インシュレータＳＯＩ上に成長され、次いで、約１２００℃以上の程度の高温で酸化される場合、形成される最終ＳＧＯＩ基板は、一般に完全に歪んだままである。これは、基板レベルで歪みを解放することができる唯一の機構が欠陥を介するものであるからであり、欠陥を形成するのに十分な歪みエネルギがないので、緩和は生じない。準安定なＳｉＧｅ層が、ＳＯＩ基板上に成長され、高温で酸化される場合、この層は、残留ＳｉＧｅ皮膜歪みおよび（欠陥生成による）格子緩和の程度に関して皮膜エネルギが最小になる条件に向かう傾向がある。用途によっては、緩和ＳｉＧｅ層よりも、完全に歪んだままの、すなわち緩和のないＳＧＯＩを形成する方が有利である。
【０００７】
上記に鑑みて、完全に歪んだＳｉＧｅオン・インシュレータの製造は、熱力学的に安定なＳｉＧｅ層を使用することによってのみ可能と思われる。しかし、このような方法では、所与のＧｅ濃度の場合、ＳＧＯＩ皮膜の全厚に制約が課される。
【０００８】
当技術分野の現況にもかかわらず、本出願人らは、ＳｉＧｅ層が準安定であるが極めて耐緩和性の、ＳＧＯＩ皮膜を作製するためのどんな先行技術開示も知らない。
【特許文献１】米国特許出願第１０／０５５，１３８号
【特許文献２】米国特許出願第０９／８６１，５９３号
【特許文献３】米国特許出願第０９／８６１，５９４号
【特許文献４】米国特許出願第０９／８６１，５９０号
【特許文献５】米国特許出願第０９／８６１，５９６号
【特許文献６】米国特許出願第０９／８８４，６７０号
【特許文献７】米国特許５，９３０，６３４号
【特許文献８】米国特許出願第１０／４４８，９４８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本出願の出願人らは、高品質で準安定なＳｉＧｅ合金が、約５００Å以下のＳＯＩ層を有するＳＯＩ基板上に形成されたときに、このＳｉＧｅ層を、より厚いＳＯＩ基板上に形成され次いで高温でアニールまたは酸化されたあるいはその両方の処理を受けた同等のＳｉＧｅ層に比べて、ほぼ歪んだままにすることができることを確認した。したがって、本発明は、薄くクリーンな高品質ＳＯＩ基板上にＳｉＧｅ層を成長させることによって、準安定な歪みＳｉＧｅ層を形成する方法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】
【００１０】
本方法は、たとえば、１）所与の基板表面上でＳｉＧｅを選択的に緩和させる、または２）所与のＧｅ比率の場合に、臨界値よりも厚いＳｉＧｅ厚の完全に歪んだＳＧＯＩを得るために適用される。上記１）の場合は、厚いＳｉ層内にイオンを注入して、注入された領域内に緩和を生じさせることができる転位を生じさせる方法を用いることができる。
【００１１】
おおまかに言うと、本発明の方法は、高品質の準安定なＳｉＧｅオン・インシュレータを製造するのに有用であり、
耐Ｇｅ拡散性のバリア層上にある、約５００Å以下の厚さの上面にＳｉを含有する層の表面上にＧｅを含有する層を形成する段階と、
前記層を、Ｇｅの前記Ｓｉを含有する層中および前記Ｇｅを含有する層中への内部拡散を可能にする温度に加熱し、それによって実質的に準安定で、前記バリア層上で耐緩和性であるＳｉＧｅ層を形成する段階を含む。
【００１２】
本発明の方法を用いて形成された準安定な歪み単結晶ＳｉＧｅ層は、基板全体の上に存在する連続層とすることができ、あるいは基板上にパターン形成された領域として存在することもできる。
【００１３】
本発明は、上述の処理段階を用いて形成されたＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料も提供する。具体的には、本発明の基板材料は、Ｓｉを含有する基板と、このＳｉを含有する基板上に存在する耐Ｇｅ拡散性の絶縁領域と、この絶縁基板上に存在する耐緩和性で実質的に準安定なＳｉＧｅ層とを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、内部のＳｉＧｅ層が耐緩和性である、高品質で実質的に準安定なＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料の製造方法を提供するが、以下、本出願書に添付の図面を参照してより詳細に説明する。図面中、同一のまたは対応する要素は同じ参照番号で示す。
【００１５】
図１および５を参照すると、本発明に使用することができる初期の基板材料が示してある。具体的には、図１および５に示した初期の基板材料は、それぞれＳｉを含有する半導体基板１０と、前記Ｓｉを含有する半導体基板１０表面上に存在する耐Ｇｅ拡散性のバリア層（以後「バリア層」）１２と、このバリア層１２上に存在する上面にＳｉを含有する層１４とを備える。２つの図面に示した２つの初期構造間の違いは、図１ではバリア層１２が構造全体にわたって連続的に存在し、図５では、半導体材料すなわち層１０、１４で囲まれた離散的で孤立した領域すなわちアイランドとして存在することである。したがって、図１に示す初期構造はパターン形成されていないバリア層を備えるが、図５の初期構造はパターン形成されたバリア層を備える。
【００１６】
バリア層１２がパターン形成されているか否かにかかわらず、この初期構造は、領域１２は、上面にＳｉを含有する層１４をＳｉを含有する半導体基板１０から電気的に分離する埋込み酸化膜領域である、従来のシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板材料でよい。この上面にＳｉを含有する層１４は、ＳＯＩ層と呼ぶことができる。本明細書で使用する「Ｓｉを含有」という用語は、少なくともシリコンを含む単結晶半導体材料を指す。例示的な例としては、それだけには限らないが、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅＣ、Ｓｉ／Ｓｉ、Ｓｉ／ＳｉＣ、Ｓｉ／ＳｉＧｅＣ、ならびにそこに存在する任意の数の（連続的、非連続的、または連続、非連続の混合の）埋込み酸化膜を備えることができる予備形成されたシリコン・オン・インシュレータが含まれる。
【００１７】
このＳＯＩ基板は、当業者によく知られた従来のＳＩＭＯＸ（酸素イオン注入による分離）法、および様々なＳＩＭＯＸ法を用いて形成することができる。この様々なＳＩＭＯＸ法は、米国特許出願第０９／８６１，５９３号、米国特許出願第０９／８６１，５９４号、米国特許出願第０９／８６１，５９０号、米国特許出願第０９／８６１，５９６号、および米国特許出願第０９／８８４，６７０号、そして米国特許５，９３０，６３４号に記載されている。本明細書では、この’５９０号出願に開示された方法を使用して図５に示すパターン形成された基板を製造することができることに留意されたい。代わりに、たとえば、熱ボンド法、および層転写法を含めた他の従来の方法でＳＯＩ基板材料を作製してもよい。
【００１８】
ＳＯＩ基板の他に、図１、５に示した初期基板は、従来の堆積法、ならびに（パターン形成された基板の製造時に使用される）リソグラフィ法およびエッチング法を使用して作製できる非ＳＯＩ基板であってもよい。特に非ＳＯＩ基板を使用するときは、初期構造は、従来の堆積法、熱成長法、または原子層堆積（ＡＬＤ）法を使用し、任意選択で従来のリソグラフィ法およびエッチング法を用いてバリア層にパターン形成し、その後で、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ、スパッタリング、蒸着、化学溶液堆積、またはエピタキシャルＳｉ成長を含めた従来の堆積法を使用して、Ｓｉを含有する基板の表面上に結晶Ｇｅ拡散層を堆積することによって形成される。
【００１９】
図１、５に示した初期構造のバリア層１２は、高い耐Ｇｅ拡散性のある任意の絶縁材料を含む。このような絶縁性の耐Ｇｅ拡散性材料の例としては、それだけには限らないが、結晶質の酸化物もしくは窒化物、または非結晶質の酸化物もしくは窒化物を含む。
【００２０】
本発明によれば、初期構造のＳｉを含有する層１４の上面は比較的薄い層である。本発明で使用される「比較的薄い」という用語は、上面にＳｉを含有する層１４の厚さが、約５００Å以下、より好ましくは、約１０〜約３５０Åであることを指す。この薄い上面にＳｉを含有する層１４は、切断、注入条件の適切な選択、堆積条件の適切な選択、エッチング、平坦化、またはより厚いＳＯＩ層の酸化ベースの薄層化によって得ることができる。
【００２１】
バリア層１２（すなわち、耐Ｇｅ拡散性の層）の場合は、層の厚さが約１〜約１０００ｎｍ、より好ましくは、約２０〜約２００ｎｍである。Ｓｉを含有する基板層、すなわち、層１０の厚さは、本発明では重要ではない。
【００２２】
図２および６に、上面にＳｉを含有する層１４上にＧｅを含有する層１６が形成された後に形成される構造を示す。このＧｅを含有する層１６は、純Ｇｅ層、またはＳｉＧｅ合金層からなるものでよい。「ＳｉＧｅ合金層」という用語は、Ｇｅ量が９９．９９原子％までの合金、より好ましくは、Ｇｅ含有量が約０．１〜約９９．９原子％のＳｉＧｅ合金を含む。さらに好ましくは、本発明で使用されるＳｉＧｅ合金は、約１０〜約３５％のＧｅ原子を有する。
【００２３】
本発明によれば、Ｇｅを含有する層１６は任意の従来のエピタキシャル成長法を使用してＳｉを含有する層１４上に形成される。このエピタキシャル成長法は、当業者に知られ、準安定なＳｉＧｅ合金層または純Ｇｅ層を成長させることができ、事実上、欠陥すなわちミスフィットおよび貫通転位がない。準安定でほぼ欠陥のない皮膜を成長させることができる、このようなエピタキシャル成長法の例示的な例としては、それだけに限らないが、減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、超高真空化学気相成長（ＵＨＣＶＤ）、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、およびプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）がある。
【００２４】
本発明のこの時点で形成されるＧｅを含有する層１６の厚さは変わり得るが、一般には層１６は、約１０〜約５００ｎｍ、より好ましくは、約２０〜約２００ｎｍの厚さである。
【００２５】
本発明の一代替実施形態では（図９、１０参照）、本発明の加熱段階を実施する前に、任意選択でＧｅを含有する層１６上にキャップ層１８を形成する。本発明で使用されるこの任意選択のキャップ層１８は、それだけに限らないが、エピタキシャル・シリコン（エピＳｉ）、アモルファス・シリコン（ａ：Ｓｉ）、単結晶または多結晶Ｓｉ、あるいは多層を含めてそれらの任意の組合せを含む任意のＳｉ材料を含む。好ましい実施形態では、キャップ層はエピＳｉからなる。層１６、１８は同一反応チャンバ内で形成してもそうでなくてもよいことに留意されたい。
【００２６】
任意選択のキャップ層１８は、それが存在するときは、約１〜約１００ｎｍ、より好ましくは、約１〜約３０ｎｍの厚さである。任意選択のキャップ層１８は、上述のエピタキシャル成長法を含む既知の堆積法を用いて形成される。
【００２７】
本発明の一実施形態では、好ましくはＳｉを含有する層の表面上に約１〜約５００ｎｍの厚さの純Ｇｅ層またはＳｉＧｅ合金（１５〜２０原子％のＧｅ）層を形成し、その後Ｇｅを含有する層上に約１〜約１００ｎｍの厚さのＳｉキャップ層を形成する。
【００２８】
Ｇｅを含有する層１６（および任意選択のキャップ層１８）を初期構造上に形成した後、図２、６、９、１０のどれか１つに示した構造を、上面にＳｉを含有する層１４、Ｇｅを含有する層１６、および存在する場合は任意選択のＳｉキャップ１８中をＧｅが相互拡散できる温度に加熱すなわちアニールし、それによってバリア層上の耐緩和性が高い、実質的に準安定な単結晶ＳｉＧｅ層２０を形成する。この加熱段階中、ＳｉＧｅ層２０上に表面酸化膜層２２が形成される。この表面酸化膜層２２は、一般に、常にではないが、加熱段階の後、ＳｉＧｅに比べて酸化物を高度に選択的に除去するＨＦなどの化学的なエッチャントを使用した従来のウェット・エッチ・プロセスによって構造から除去する。図３および７に、加熱段階が実施された後に形成される構造を示す。
【００２９】
表面酸化膜層２２が除去されると、層２０上に単結晶Ｓｉ層を形成することができ、本発明の上記の処理段階を複数回繰り返して多層の実質的に準安定なＳｉＧｅ基板材料を作製することができる。
【００３０】
本発明の加熱段階の後で形成される表面酸化膜層２２は、約１０〜約１０００ｎｍ、好ましくは、約２０〜約５００ｎｍの範囲で変わり得る多様な厚みを有する。
【００３１】
具体的には、本発明の加熱段階は、約９００〜約１３５０℃、好ましくは、約１２００〜約１３３５℃で実施されるアニール段階である。さらに、本発明の加熱段階は、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、オゾン、空気、および他の酸素含有ガスなど少なくとも１種の酸素含有ガスを含む酸化雰囲気中で実施される。この酸素含有ガスは（Ｏ２とＮＯの混合物など）互いに混合することができ、あるいはＨｅ、Ａｒ、Ｎ２、Ｘｅ、Ｋｒ、またはＮｅなどの希ガスで希釈することもできる。
【００３２】
本発明の加熱段階は、通常、約１０〜約１８００分、より好ましくは、約６０〜約６００分の様々な時間で実施することができる。加熱段階は単一の目標温度で実施することができ、あるいは様々な昇降温速度および処理時間を用いて様々な昇降温サイクルおよび処理サイクルで実施することもできる。
【００３３】
この加熱段階は、Ｇｅ原子の拡散バリアとして働く表面酸化膜層２２を存在させるために酸化雰囲気下で行う。したがって、酸化膜層が構造の表面上に形成されると、Ｇｅはバリア層１２と表面酸化膜層２２の間にトラップされる。表面酸化膜の厚さが増すにつれ、Ｇｅは層１４、層１６および任意選択で層１８中でより均一に分布するが、この割り込み酸化膜層からは継続的で効率的に排除される。したがって、この（いまや均一化された）層がこの加熱段階中、薄くなるにつれて、Ｇｅの相対的な割合は増大する。本発明では、加熱段階が希釈された酸素含有ガス中で約１２００℃〜約１３２０℃で行われるとき、効率的な熱混合が達成される。
【００３４】
本明細書では、ＳｉＧｅ層の融点に基づく適合させた熱サイクルを使用することも企図されている。このような例においては、温度はＳｉＧｅ層の融点またはその付近になるように調節される。この手順は、たとえば、米国特許出願第１０／４４８，９４８号に開示されている。
【００３５】
酸化があまりにも急激に起きる場合は、Ｇｅは表面酸化膜／ＳｉＧｅ界面から十分速く拡散していくことができず、酸化膜中を運ばれる（そして、なくなる）か、または界面におけるＧｅ濃度が高くなり、合金の融点に到達してしまう。
【００３６】
本発明の加熱段階の役割は、Ｇｅ原子がより速く拡散し、それによってアニール時の均一な分布を維持できるようにすることである。この加熱段階の実施後、構造は、バリア層１２と表面酸化膜層２２の間に均一で実質的に準安定なＳｉＧｅ合金層２０を備える。初期のＳｉを含有する層は薄かったので、このようにして形成されたＳｉＧｅ合金層は、歪みを解放する転位の核生成および成長を司る通常の機構が変化しているため歪みを緩和することができない状態にある。実質的に準安定なＳｉＧｅ層で測定した緩和は、より厚い初期ＳＯＩ層（５００Åより厚い）を用いて作製した同様なＳｉＧｅ層で測定した緩和値の０〜８５％である。より一般的には、緩和の測定値は、より厚い初期ＳＯＩ層を用いて作製された同等なＳｉＧｅ層について測定した緩和値の５〜５０％であり、耐緩和性は図５に示すようにＳＯＩの厚さの関数である。
【００３７】
本発明によれば、ＳｉＧｅ層２０の厚さは約２０００ｎｍ以下、より好ましくは約１０〜約１００ｎｍである。本発明に従って形成されたＳｉＧｅ層２０は薄いことに留意されたい。
【００３８】
本発明で形成されたＳｉＧｅ層２０は、約０．１〜約９９．９原子％、より好ましくは約１０〜約３５原子％の最終Ｇｅ含有量である。ＳｉＧｅ層２０のもう１つの特徴は、それが歪んだ層であることである。
【００３９】
上述のように表面酸化膜層２２は、たとえば図４または８に示すようにＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料を提供するために、本発明のこの時点で剥ぎ取られる（この基板材料はキャップ層を含まないことに留意されたい。というのはこの層はＳｉＧｅ層の形成において、すでに使用されているからである）。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態では、ＳｉＧｅ層の一部分がほぼ緩和され、ＳｉＧｅ層の他の部分が実質的に準安定で歪んでいる基板材料を形成することが可能である。このような実施形態を図１１および１２に示す。この実施形態では、アニールする前に上面にＳｉを含有する層１４の所定の部分にイオンが注入される。具体的には、初期構造上にＧｅを含有する層１６を（任意選択のキャップ層１８つきで、またはそれなしで）形成した後、この構造をイオン注入で処理する。このイオン注入では歪みを解放する欠陥の形成または核形成が可能なイオンが、上面にＳｉを含有する層１４内または上面にＳｉを含有する層１４とＧｅを含有する層１６の界面に注入される。ほとんどどんなイオンも、歪みを解放する欠陥の形成または核形成に使用することができる。というのは、転位は、欠陥クラスタ（空孔のクラスタ）、点欠陥、板状欠陥、バブルすなわちボイド欠陥など幅広い結晶の不完全性から核生成することができるからである。注入は、構造の表面上にまたは構造から少し間隔を置いて設置された注入マスクを用いて行うことができる。
【００４１】
このイオン注入段階後の構造を（任意選択のキャップ層なしで）図１１に示す。この図中、参照番号１９はイオン注入段階によって形成された欠陥領域を表し、参照番号１７は上面にＳｉを含有する層１４とＧｅを含有する層１６の界面を表す。この欠陥領域は、Ｓｉを含有する層／Ｇｅを含有する層の２層中に欠陥を発生させる問題を、そこに歪み解放欠陥の形成または核生成を可能にすることによって解決する。
【００４２】
個々のイオンの注入条件は、イオン・ピーク濃度がＳｉを含有する層１４内またはその付近にくるように選択する。より好ましいイオンは、現代のＣＭＯＳ製造に適合したＨ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｇｅ、Ａｓまたは任意の希ガスのイオンである。本発明で使用される例示的なイオンは、水素イオン（Ｈ＋）である。Ｈ２＋などの他の水素種も本明細書では企図されていることに留意されたい。
【００４３】
本発明の注入段階は、約０．０１〜約１０マイクロアンペア／ｃｍ２のビーム電流密度を使用して、室温近く、すなわち約２８３Ｋ（１０℃）〜約３０３Ｋ（３０℃）で行う。異なる温度で、または他のビーム電流密度を使用して注入あるいはその両方ですると、欠陥形成に影響を及ぼすことがある。
【００４４】
板状欠陥の形成時に使用される注入種の濃度は、使用した注入種のタイプに応じて変わる。しかし、一般的に、本発明のこの時点で使用される注入イオン（Ｈ）の濃度は３×１０１６ｃｍ−２より低く、より好ましくは１×１０１６から２．９９×１０１６ｃｍ−２である。この注入のエネルギは、注入されるイオンのタイプにも応じて変わり得る。ただし、注入のエネルギは、イオンを層１４内または層１４と層１６の界面に配置させることができるものでなければならない。たとえば、水素が注入イオンとして使用するときは、層１４内または層１４と層１６の界面近くへの欠陥形成を保証するために使用されるエネルギは、約１〜約１００ｋｅＶ、より好ましくは約３〜約２０ｋｅＶである。
【００４５】
イオン注入段階後、任意選択のキャップがあらかじめ構造上に形成されていない場合は、それをＧｅを含有する合金層上に形成することができる。次いで、上述の条件で注入構造を加熱すなわちアニールする。図１２には、アニール段階後に形成される構造を示す。この図面中で、表面酸化膜層は除去されている。実質的に準安定で歪んだＳｉＧｅの部分は２０で示し、上述のイオン注入を受けたほぼ緩和されたＳｉＧｅの部分は２３で示す。ほぼ緩和されたＳｉＧｅ領域２３の測定緩和値は、より厚い（５００Åより厚い）イオン注入なしで初期ＳＯＩ層１４を使用して形成された同じ膜厚およびＧｅ濃度のＳｉＧｅ層で測定される緩和値の９０〜１１０％である。緩和ＳｉＧｅ領域２３が等価なＳｉＧｅ層の緩和値の１００％より高い値をとる可能性があるのは、イオン注入済みの歪んだ層が、欠陥核生成のランダムな性質のためにより有効に緩和する傾向があることによる。
【００４６】
当技術分野でよく知られた従来のエピタキシャル堆積法を使用して（緩和されまたは準安定なあるいはその両方の）ＳｉＧｅ層上にＳｉ層を形成することができる。エピＳｉ層の厚さは、様々な値をとり得るが、一般には、約１〜約１００ｎｍ、より好ましくはエピＳｉの厚さは約１〜約５０ｎｍである。
【００４７】
ある場合には、上述の処理段階を使用して（緩和されまたは準安定なあるいはその両方の）ＳｉＧｅ層上に追加のＳｉＧｅを形成し、その後でエピＳｉ層を形成することができる。緩和ＳｉＧｅ層はエピＳｉ層に比べて面内格子定数が高いので、このエピＳｉ層は引っ張り歪みを受ける。
【００４８】
上述のように、本発明は、本発明のＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料を少なくとも備える格子不整合構造だけでなく超格子構造も企図している。超格子構造の場合は、この構造は、少なくとも、本発明のＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料およびこの基板材料のＳｉＧｅ層上に形成された交互になったＳｉ層およびＳｉＧｅ層を備えるはずである。
【００４９】
格子不整合構造の場合は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、または他の同様な化合物を、本発明のＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料のＳｉＧｅ層の上に形成することになる。
【００５０】
本出願の方法およびそれから得られるいくつかの利点を示すために以下に実施例を提供する。
【実施例】
【００５１】
この実施例では、様々な初期ＳＯＩ厚さの試料について最終ＳＧＯＩ緩和を決定した。具体的には、１４５０Å〜２００Åの厚さの上面ＳＯＩ層を有するＳＯＩ基板上に６００Å、１７％ＳｉＧｅを成長させることによって作成したＳＧＯＩ層の測定緩和値が求められた。次いで、上述の方法を用いてすべての構造を約３８０Å、２８％ＳｉＧｅのＳＧＯＩに変換する。具体的には、初期ＳｉＧｅ／Ｓｉ二層を、Ｇｅがこの二層中は均一に拡散できるが、表面に成長する酸化膜層からは排除される、約１２００℃の高温で酸化させる。このようにすると、この酸化段階によって（均一化された）ＳＧＯＩ層が薄くなっても全Ｇｅ量は維持される。図１３に記載されているＳＯＩ厚は、低温エピタキシャル法の一部である、ＳｉＧｅ層が成長する前に成長する薄いＳｉバッファ層を考慮していない。図１３は、初期の上面ＳＯＩ層の厚さが減少するにつれて、最終ＳＧＯＩの（Ｘ線回折を使用した）測定緩和値が急激に減少することを明確に示している。本発明の、高度に準安定で、耐緩和性のシリコンゲルマニウム・オン・インシュレータが実現されるのは、図１３中の初期ＳＯＩ厚さが５００Åより薄い領域である。
【００５２】
本発明をその好ましい実施形態について具体的に示し説明してきたが、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、上述ならびにその他の形式および細部に対する変更を加え得ることが当業者には理解されよう。したがって、本発明は、ここに説明し示したとおりの形態および細部に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】高品質で実質的に準安定なＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料であって、初期基板がパターン形成されていない拡散バリア領域を備える基板材料の製造において本発明で使用される基本的な処理段階を示す（断面で見た）絵画図である。
【図２】高品質で実質的に準安定なＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料であって、初期基板がパターン形成されていない拡散バリア領域を備える基板材料の製造において本発明で使用される基本的な処理段階を示す（断面で見た）絵画図である。
【図３】高品質で実質的に準安定なＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料であって、初期基板がパターン形成されていない拡散バリア領域を備える基板材料の製造において本発明で使用される基本的な処理段階を示す（断面で見た）絵画図である。
【図４】高品質で実質的に準安定なＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料であって、初期基板がパターン形成されていない拡散バリア領域を備える基板材料の製造において本発明で使用される基本的な処理段階を示す（断面で見た）絵画図である。
【図５】高品質で実質的に準安定なＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料であって、初期基板がパターン形成された拡散バリア領域を備える基板材料の製造における本発明の一代替実施形態で使用される基本的な処理段階を示す（断面で見た）絵画図である。
【図６】高品質で実質的に準安定なＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料であって、初期基板がパターン形成された拡散バリア領域を備える基板材料の製造における本発明の一代替実施形態で使用される基本的な処理段階を示す（断面で見た）絵画図である。
【図７】高品質で実質的に準安定なＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料であって、初期基板がパターン形成された拡散バリア領域を備える基板材料の製造における本発明の一代替実施形態で使用される基本的な処理段階を示す（断面で見た）絵画図である。
【図８】高品質で実質的に準安定なＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料であって、初期基板がパターン形成された拡散バリア領域を備える基板材料の製造における本発明の一代替実施形態で使用される基本的な処理段階を示す（断面で見た）絵画図である。
【図９】Ｓｉキャップ層がパターン形成されていない基板上に形成されたＧｅを含有する層上に形成されている、本発明の一代替実施形態を示す（断面で見た）絵画図である。
【図１０】Ｓｉキャップ層がパターン形成された基板上に形成されたＧｅを含有する層上に形成されている、本発明の一代替実施形態を示す（断面で見た）絵画図である。
【図１１】選択的イオン注入により、耐Ｇｅ拡散性のバリア層上に準安定で歪んだＳｉＧｅ領域および緩和されたＳｉＧｅ領域が形成される、本発明の一代替実施形態を示す（断面で見た）絵画図である。
【図１２】選択的イオン注入により、耐Ｇｅ拡散性のバリア層上に準安定で歪んだＳｉＧｅ領域および緩和されたＳｉＧｅ領域が形成される、本発明の一代替実施形態を示す（断面で見た）絵画図である。
【図１３】最終のＳＧＯＩの緩和（％）と初期のＳＯＩの厚さ（Å）の関係をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１０  Ｓｉを含有する半導体基板
１２  バリア層
１４  Ｓｉを含有する層
１６  Ｇｅを含有する層
１７  層１４と層１６の界面
１８  Ｓｉキャップ
１９  欠陥領域
２０  ＳｉＧｅ合金層
２２  表面酸化膜層
２３  ほぼ緩和されたＳｉＧｅ領域
【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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