(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪みシリコン層を有するシリコンウェーハの製造方法であって、少なくとも、シリコンウェーハにアルゴン、炭素、シリコン、ゲルマニウムのいずれかのイオンを注入することによって該シリコンウェーハの表面層をイオン注入層とし面内方向の格子を歪ませた後、前記シリコンウェーハのイオン注入された面上にシリコンを気相成長させることにより歪みシリコン層を成長させることを特徴とする歪みシリコン層を有するシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記シリコンを気相成長させる方法は、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法であることを特徴とする請求項１に記載の歪みシリコン層を有するシリコンウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪みシリコン層が形成されたシリコンウェーハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等のデバイスを作製するためのウェーハとしては、主にＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法によって育成されたシリコンウエーハが用いられている。このようなシリコンウェーハに形成される薄膜シリコン（Ｓｉ）単結晶層に引っ張り歪みを内在させた、いわゆる歪みシリコン層は、通常の歪みのないシリコン層に比べて高いキャリア移動度が得られるため、高速の半導体デバイスの需要に応えるための材料として近年注目されている。
【０００３】
一般的に、歪みシリコン層を形成するには、例えば結晶面方位が（１００）のシリコンウェーハ上に、エピタキシャル成長によりＳｉＧｅ層を形成し、さらにそのＳｉＧｅ層上にシリコン層をエピタキシャル成長し、ＳｉＧｅ層の格子定数がシリコン層の格子定数よりわずかに大きいことを利用して、シリコン層に引っ張り歪みを与えることによって得ることができる。この際、十分な歪みを内在する歪みシリコン層を形成するためには、歪みシリコン層を形成するためのＳｉＧｅ層の表面が十分に格子緩和された状態で形成されている必要がある。なお、ＳｉＧｅ層が十分に格子緩和された状態とは、ＳｉＧｅ層の格子定数が、Ｇｅ濃度に応じて定まる本来の格子定数に近い値となっている状態をいう。
【０００４】
また、歪みシリコン層を形成する別の方法として、上記のようなエピタキシャル法を主体とする方法のほか、例えば特許文献１および２に開示されているように、ボンドウェーハとなるシリコンウェーハ上にＳｉＧｅ層を形成し、形成したボンドウェーハのＳｉＧｅ層の表面をベースウェーハとなるシリコンウェーハと酸化膜を介して貼り合わせて貼り合わせウェーハを作製し、その後ボンドウェーハのシリコンウェーハを薄膜化して歪みシリコン層とする方法などが知られている。この場合、特許文献２に開示されているように、ＳｉＧｅ層の表面を熱酸化してＧｅ濃度を高める濃縮酸化法により、Ｇｅ濃度の高いＳｉＧｅ層とすることもできる。なお、酸化膜等の絶縁膜の上にＳｉＧｅ層が形成されているウェーハを、ＳＧＯＩ（ＳｉＧｅ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハと呼ぶことがある。
【０００５】
このように従来は、歪みシリコン層を形成する際に、高価なゲルマニウムとシリコンの化合物（ＳｉＧｅ）を用いる必要があり、さらに異なる種類の層を形成するために工程が煩雑となり、製造コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２１７４３０号公報
【特許文献２】特開２００２−１６４５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、シリコン以外の元素の層を堆積して形成していなくても十分な歪み量の歪みシリコン層を有するシリコンウェーハ及びその製造方法を低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、歪みシリコン層を有するシリコンウェーハの製造方法であって、少なくとも、シリコンウェーハにイオンを注入することによって該シリコンウェーハの表面層をイオン注入層とし面内方向の格子を歪ませた後、前記シリコンウェーハのイオン注入された面上にシリコンを気相成長させることにより歪みシリコン層を成長させることを特徴とする歪みシリコン層を有するシリコンウェーハの製造方法を提供する。
【０００９】
このように、シリコンウェーハにイオン注入することによって、イオン注入面の表面層をイオン注入層とし面内方向の格子を簡単に歪ませることができ、この表面にシリコンを気相成長させることで、シリコンを格子不整合状態で気相成長させることができるため、十分な歪み量の歪みシリコン層を容易に形成することができる。また、このような方法であれば、従来のようなＳｉＧｅ層を堆積して形成する工程が不要であるため、簡便な方法で安価に歪みシリコン層を形成でき、さらには高純度なシリコンウェーハとすることができる。
【００１０】
このとき、前記注入するイオンを、アルゴン、炭素、シリコン、ゲルマニウムのいずれかとすることが好ましい。
本発明の製造方法でのイオン注入は、シリコンウェーハの表面層にイオン注入層を形成するため、比較的質量の大きい上記の元素であれば、イオン注入の際にシリコンウェーハの表面層にとどまってイオン注入層を形成することができ、さらにはシリコンウェーハの面内方向の格子をより大きく歪ませることができる。特に、アルゴン、シリコンを用いれば不純物となることはないので、好適である。
【００１１】
このとき、前記シリコンを気相成長させる方法は、ＰＶＤ法又はＣＶＤ法とすることができる。
このように、本発明の気相成長させる方法としては、上記いずれかの方法であっても歪みシリコン層を成長させることができるため、これらの中から適宜選択することができる。
【００１２】
また、本発明の歪みシリコン層を有するシリコンウェーハの製造方法により製造されたことを特徴とする歪みシリコン層を有するシリコンウェーハを提供する。
このように、本発明の製造方法によれば、十分な歪み量を有する歪みシリコン層を有し、さらにＳｉＧｅ堆積層が形成されていない高純度で安価なシリコンウェーハとすることができる。
【００１３】
また、本発明は、単結晶シリコンウェーハの表面層がイオン注入層であって、該イオン注入層上に気相成長された歪みシリコン層が形成されているものであることを特徴とする歪みシリコン層を有するシリコンウェーハを提供する。
このような、歪みシリコン層を有するシリコンウェーハであれば、単結晶シリコンウェーハの表面層がイオン注入層であるため、その上に気相成長されたシリコン層は、十分な歪み量の歪みシリコン層となる。このため、従来のようにＳｉＧｅ層を単結晶シリコンウェーハ上にエピタキシャル法により形成する必要がないため、高純度で安価な歪みシリコン層を有するシリコンウェーハとすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の歪みシリコン層を有するシリコンウェーハの製造方法によれば、イオン注入とシリコンを気相成長させる工程で歪みシリコン層を形成できるため、エピタキシャル法によりＳｉＧｅ層を形成する必要が無く、安価で簡便に歪みシリコン層を有するシリコンウェーハを製造することができるため製造コストを抑えることができる。また、製造されるシリコンウェーハに堆積させたＳｉＧｅ層が形成されていないため、高純度で安価なシリコンウェーハとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
従来、シリコンウェーハに歪みシリコン層を形成するために、ＳｉＧｅ層をエピタキシャル法により形成する必要があり、シリコンのみで歪みシリコン層を形成する安価で簡便な製造方法の開発が待たれていた。
本発明者は、ＳｉＧｅ層を堆積しなくてもシリコンウェーハに歪みシリコン層を形成する方法について鋭意調査を行った結果、シリコンウェーハにイオン注入してその表面層をイオン注入層とし面内方向の格子を歪ませて、そのイオン注入面にシリコンを気相成長させることで歪みシリコン層を成長させることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１６】
以下、本発明の歪みシリコン層を有するシリコンウェーハの製造方法について、実施態様の一例として、図１を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は本発明の歪みシリコン層を有するシリコンウェーハの製造方法によって製造されたシリコンウェーハの構造の一例を示す概略図である。
【００１７】
本発明の製造方法では、まずシリコンウェーハ１２にイオンを注入してその表面層をイオン注入層１１とする。
このとき用意されるシリコンウェーハとしては、例えば、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶棒を育成し、そのシリコン単結晶棒を内周刃スライサあるいはワイヤソー等の切断装置によってスライスした後、面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の工程を経て作製された単結晶シリコンウェーハを用意する。
【００１８】
また、本発明の製造方法のイオン注入には、一般的に用いられているイオン注入装置を用いることができ、例えば高電流イオン注入機を用いることができる。
このとき注入するイオンとしては、アルゴン、炭素、シリコン、ゲルマニウムのいずれかとすることが好ましい。このような比較的質量の大きい元素のイオンを用いることで、格子をより大きく歪ますことができ、またシリコンウェーハの表面層にイオン注入層を形成することが容易である。さらには、これらのような元素のイオンであれば、シリコンウェーハの電気特性を変化させることもなく、また各種特性の劣化をもたらす金属汚染の原因となる可能性も少ない。特に、アルゴン、シリコンを用いれば、不純物とはならないのでより高純度の歪みシリコン層を有するシリコンウェーハとすることができる。
【００１９】
ここで、イオン注入条件としては特に限定されないが、例えば、注入するイオンのドーズ量を５×１０１３〜１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、注入イオンの加速エネルギーを３０〜２００ｋｅＶの条件で行うことができる。
【００２０】
次に、本発明の製造方法では、シリコンウェーハ１２のイオン注入された面上にシリコンを気相成長させることにより歪みシリコン層１０を成長させる。
このように、シリコンウェーハにイオン注入することによって表面層をイオン注入層とし面内方向の格子を歪ませた面上にシリコンを気相成長させることで、格子不整合状態でシリコンをエピタキシャル成長させて歪みシリコン層を形成することができる。
【００２１】
このときシリコンを気相成長させる方法としては、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）などのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、シランの塩化物／水素系などを用いるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。本発明の製造方法では、上記いずれの方法を用いても歪みシリコン層を気相成長させることができるため、上記の方法から適宜選択することができる。
【００２２】
このようにして、本発明の単結晶シリコンウェーハの表面層がイオン注入層であって、そのイオン注入層上に気相成長された歪みシリコン層が形成されているシリコンウェーハを製造することができる。このような堆積したＳｉＧｅ層を介さずに例えば、アルゴンをイオン注入して形成された歪みシリコン層を有するシリコンウェーハであれば、ＳｉＧｅ層を高温でエピタキシャル成長させるようなことは行っていないため高純度のシリコンウェーハとすることができる。また、本発明の製造方法であれば、歪みシリコン層を形成するために従来では必要であったエピタキシャル法によるＳｉＧｅ層の形成が不要であるため、安価で簡便に歪みシリコン層を有するシリコンウェーハを製造することができる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を実施例、比較例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００２４】
まず、直径２００ｍｍの単結晶シリコンウェーハ（１００）面に、アルゴンを加速エネルギー１５０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１５／ｃｍ２でイオン注入することで単結晶シリコンウェーハの表面層をイオン注入層とし面内方向の格子を歪ませた。
次に、単結晶シリコンウェーハのイオン注入した面上にＣＶＤ法によりシリコンを気相成長させて、図１に示すような構造の歪みシリコン層を有するシリコンウェーハを製造した。
【００２５】
このようにして製造されたシリコンウェーハの歪みシリコン層の歪み量をＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いたＸ線回折法により測定した。
この方法は、測定対象のウェーハに対してＸ線を照射し、特定面（例えば（２２４）、（１１３）、（００４）など）から得られるシリコンウェーハの回折信号強度のピーク位置と、歪みシリコン層のピーク位置とを捉え、シリコンウェーハと歪みシリコン層のピーク位置のずれを測定することにより、歪みシリコン層の歪み量を算出するという方法である。
【００２６】
図２にＸ線回折測定の際の配置を示す。Ｘ線光源２２からモノクロメーター２０、スリット２３を経てＣｕＫα１に単色化されたＸ線を、シリコンウェーハ２４表面と平行な（００４）で回折させた後、アナライザー２１を経てシンチレーションカウンター２５で回折Ｘ線を受光する。その際に、シリコンウェーハ２４とシンチレーションカウンター２５を同時に回転させることによりウェーハの（００４）の格子定数を求めることができるものである。
【００２７】
図３にＸ線回折測定の結果を示す。シリコンウェーハの（００４）面のピークが確認され、その低角側にも歪みシリコン層からのピークであるサブピークが確認された。そのサブピークの角度から歪み量を算出すると、格子の延びる方向に４×１０−５であり、十分な歪み量の歪みシリコン層が形成されていることが分かった。
【００２８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の歪みシリコン層を有するシリコンウェーハの製造方法によって製造されたシリコンウェーハの構造の一例を示す概略図である。
【図２】歪み量を測定するためのＸ線回折測定する際の配置である。
【図３】Ｘ線回折測定の結果である。
【符号の説明】
【００３０】
１０…歪みシリコン層、  １１…イオン注入層、  １２、２４…シリコンウェーハ、
２０…モノクロメーター、  ２１…アナライザー、  ２２…Ｘ線光源、
２３…スリット、  ２５…シンチレーションカウンター。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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