(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、前記シリコン基板上に被膜されたシリコン及びゲルマニウムの化合物層とを含んだ、その上に歪みシリコン層を成長させるための積層半導体基板であって、
前記化合物層の前記ゲルマニウムに対する前記シリコンの含有比は前記シリコン基板から前記化合物層の上面に向かって減少し、前記化合物層内の途中点の両側で前記シリコン含有比の減少が直線的であり、前記シリコン含有比が、前記化合物層内の前記途中点の両側において減少しており、且つ、前記シリコン含有比の減少率が前記途中点の両側で異なると共に、前記途中点の前記シリコン基板側よりも前記途中点の表面側のほうが前記減少率が大きく、さらに、前記化合物層のゲルマニウムに対するシリコンの含有比が前記途中点から前記化合物層の上面にかけて減少することを特徴とする積層半導体基板。
【請求項２】
前記シリコン含有比の減少率は前記シリコン基板から離れる方向で化合物の表面に向かって増加することを特徴とする請求項１記載の積層半導体基板。
【請求項３】
シリコンを含む最終層が前記化合物層の表面に被膜されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層半導体基板。
【請求項４】
前記化合物層の上面の成分組成は１０％から５０％のゲルマニウムを含んだものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の積層半導体基板。
【請求項５】
前記化合物層の上面の成分組成は２０％のゲルマニウムを含んだものであることを特徴とする請求項４記載の積層半導体基板。
【請求項６】
その上に歪みシリコン層を成長させるための積層半導体基板の製造方法であって、
シリコン基板を提供するステップと、シリコンとゲルマニウムとの化合物層を前記シリコン基板上に被膜するステップとを含んでおり、
前記化合物層のゲルマニウムに対するシリコンの含有比が前記シリコン基板から前記化合物層の上面に向かって減少し、前記化合物層内の途中点の両側で前記シリコン含有比の減少が直線的であり、前記シリコン含有比が、前記化合物層内の前記途中点の両側において減少しており、且つ、前記シリコン含有比の減少率が前記途中点の両側で異なると共に、前記途中点の前記シリコン基板側よりも前記途中点の表面側のほうが前記減少率が大きく、さらに、前記化合物層のゲルマニウムに対するシリコンの含有比が前記途中点から前記化合物層の上面にかけて減少することを特徴とする製造方法。
【請求項７】
前記シリコン含有比の減少率は基板から離れる方向で化合物の表面に向かって増加することを特徴とする請求項６記載の製造方法。
【請求項８】
前記化合物層のゲルマニウムに対するシリコンの含有比を、前記化合物層が前記シリコン基板に被膜される温度を前記化合物層の表面に向かって低下させることで部分的に減少させることを特徴とする請求項６又は７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化合物半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン（Ｓｉ）は半導体装置の製造において幅広く利用されている。なぜならシリコンは商業的に入手が容易で、多くの望ましい特性を提供するからである。しかし、半導体の高速化に対する要求の増大につれて、さらに大きな結晶格子定数を有し、よって高速で作動することができるゲルマニウム（Ｇｅ）等の素材で半導体装置を形成することが望ましくなってきた。
【０００３】
しかし残念ながら、ゲルマニウムのごとき材料は商業的に入手が容易ではなく、シリコンの有する望ましい特性を備えていない。
【０００４】
この問題を解決するため、シリコンを例えばＳｉ０．８Ｇｅ０．２のごときシリコンゲルマニウム化合物に被膜し、下側の化合物のゲルマニウム成分の格子定数側に増加した格子定数を有したシリコン層を形成することでシリコンの電子移動度を増加させることができることは良く知られている。
【０００５】
ＳｉＧｅ化合物をシリコン半導体基板上に被膜することの弱点は、格子定数が異なることに起因する材料間のずれが発生することである。この問題を解消するため、シリコン基板上にＳｉ１−ＸＧｅＸで表される化合物を被膜させることは良く知られている。このＸはその層を通じて５μｍから６μｍで０から０．２に徐々に変化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのような品質の化合物の弱点は、最終化合物材料の欠陥度と表面粗度が大きくなり、それら不都合な特性が最終化合物材料に被膜された全ての層に行き渡ることである。
【０００７】
本発明はそれらの弱点を緩和する半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、第１半導体材料の基板と、第１半導体材料の化合物層と、基板上に被膜された第２半導体材料とを含んだ半導体装置が提供される。化合物層の第１材料と第２材料の含有比は、基板から化合物層の上面側に向かって離れる方向で減少する。含有比の減少率はその層内で変化する。
【０００９】
第１材料と第２材料の含有比の減少率を変化させることで化合物層の表面での表面粗度と欠陥度が大幅に減少することが発見された。
【００１０】
好適には減少率は基板から化合物層の表面に向かって増加する。
【００１１】
１実施例においては、減少率は含有比が変化する化合物層内の途中点の両側で直線的に変化する。
【００１２】
別実施例では、減少率は化合物層内で非直線的に変化する。
【００１３】
その変化率が化合物層途中の点間で一定であるか増加することも本発明の想定内である。
【００１４】
好適には、第１材料を含んだ最終層は化合物層の表面上に積層される。
【００１５】
好適には、第１材料はシリコンであり、好適には第２材料はゲルマニウムである。
【００１６】
好適には、化合物層の上面での化合物層の成分構成は１０％から５０％の第２材料を含んでいる。
【００１７】
好適には、化合物層の上面での化合物層の成分構成は実質的に２０％の第２材料を含んでいる。
【００１８】
また本発明によれば、半導体装置を製造する方法が提供される。この方法は、第１材料の基板を提供し、化合物層の第１材料と第２材料の含有比が基板から化合物層の上面に向かって減少するように第１半導体材料と第２半導体材料の化合物層を基板上に着層させ、減少率を化合物層内で変化させることを含んでいる。
【００１９】
好適には、減少率は基板から化合物層の表面に向かって増加する。
【００２０】
１実施例においては、減少率は含有比が変化する化合物層内の途中点の両側で直線的に変化する。
【００２１】
別実施例においては、減少率は化合物層内で非直線的に変化する。
【００２２】
化合物層はシリコンとゲルマニウムとが導入されるチャンバー内で成長させる。典型的には、複数の異なる化合物層はチャンバーに導入されたシリコン材料とゲルマニウム材料のそれぞれの含有量を変えることで形成される。しかし本発明においては、化合物層の第１材料と第２材料の含有比は好適には基板から化合物層の表面方向に着層される温度を引き下げることで部分的に低下する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の１実施例を、添付図面を利用して解説する。
【００２４】
図１にはシリコン基板１０、基板１０に被膜されたＳｉ１−ＸＧｅＸの成分変化化合物層１１、及びシリコンのキャップ層を含んだ半導体装置が図示されている。
【００２５】
上述構造の半導体装置は良く知られている。今日まで化合物層１１はＳｉ１−ＸＧｅＸのＸを基板１０の表面での０から化合物層１１の表面での約０．２まで増加させることで形成されてきた。この緩やかなＸの変化により、もしＳｉ０．８Ｇｅ０．２がシリコン基板１０に直接的に着層されているなら発生するであろうタイプの結晶ずれが減少する。
【００２６】
シリコンのキャップ層１２は層Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２の大きな格子定数を得る。このようにしてシリコン層１２は従来のシリコン層の電子移動度よりも大きな電子移動度を有する。
【００２７】
上述構造の弱点は、Ｘが化合物層１１を通じて増加するときに発生する格子定数の変化により引き起こされる化合物層１１内の本質的な欠陥が常に発生することである。これは化合物層１１の表面粗度にも悪影響を及ぼす。これらの不都合な特性はシリコンキャップ層１２内部にも持ち込まれる。
【００２８】
図３は本発明による化合物層１１内のゲルマニウムに対するシリコンの含有比が、化合物層１１の途中のＰ点に到達するまで徐々に直線的に減少する様子を示す。そこで比の直線的減少率はＸが約０．２になるまで増加する。
【００２９】
化合物層１１を通したＸの変化率の変化は化合物層１１の表面の欠陥レベルと表面粗度を改善させることが発見された。
【００３０】
図４には本発明の別実施例が図示されている。Ｘの変化率は化合物層内を直線的に変化する。しかし、Ｘの変化率は基板１０の表面から離れる方向で増加することが望ましい。
【００３１】
本発明による化合物層はまずシリコンとゲルマニウムを開始成長温度でチャンバー内に導入することで製造できる。
【００３２】
チャンバーに供給される材料の量を調整することに加え、ゲルマニウム含有量Ｘを部分的に変化させるように温度が引き下げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は半導体装置の概略断面図である。
【図２】図２は従来技術で形成された図１で示す半導体装置の構成成分変化層を延びる垂直線Ｄに沿った様々な箇所でのＳｉ１−ＸＧｅＸのＸを示すグラフである。
【図３】図３は本発明の実施例に基づいて形成された図１で示す半導体装置の同様なグラフである。
【図４】図４は本発明の別実施例に基づいて形成された図１で示す半導体装置の同様なグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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