特許ウォッチ

公開番号2025167643
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-07
出願番号2024072469
出願日2024-04-26
発明の名称Ge含有基板及びGe含有基板の製造方法
出願人信越半導体株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01L 21/20 20060101AFI20251030BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】
Si基板とGe含有層を有するGe含有基板であって、効率的に製造された良質なGe含有基板を提供することを目的とする。
【解決手段】
シリコン基板上の炭素がドープされたシリコンエピタキシャル層と、該シリコンエピタキシャル層上のSi_xGe_1-x層(0≦x<1)とを有することを特徴とするGe含有基板。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
シリコン基板上の炭素がドープされたシリコンエピタキシャル層と、該シリコンエピタキシャル層上のＳｉ
ｘ
Ｇｅ
１－ｘ
層（０≦ｘ＜１）とを有することを特徴とするＧｅ含有基板。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記シリコンエピタキシャル層の炭素濃度が１×１０
２０
～４×１０
２１
ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
であることを特徴とする請求項１に記載のＧｅ含有基板。
【請求項３】
前記シリコンエピタキシャル層の炭素濃度が４×１０
２０
～８×１０
２０
ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
であることを特徴とする請求項１に記載のＧｅ含有基板。
【請求項４】
前記Ｓｉ
ｘ
Ｇｅ
１－ｘ
層がＳｉＧｅ層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Ｇｅ含有基板。
【請求項５】
前記Ｓｉ
ｘ
Ｇｅ
１－ｘ
層がＧｅ層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Ｇｅ含有基板。
【請求項６】
シリコン基板上に炭素をドープしたシリコン層をエピタキシャル成長させ、前記炭素をドープしたシリコン層上にＳｉ
ｘ
Ｇｅ
１－ｘ
層（０≦ｘ＜１）を成長させることを特徴とするＧｅ含有基板の製造方法。
【請求項７】
前記炭素がドープされたシリコン層の炭素濃度を１×１０
２０
～４×１０
２１
ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
とすることを特徴とする請求項６に記載のＧｅ含有基板の製造方法。
【請求項８】
前記炭素がドープされたシリコン層の炭素濃度を４×１０
２０
～８×１０
２０
ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３
とすることを特徴とする請求項６に記載のＧｅ含有基板の製造方法。
【請求項９】
前記炭素がドープされたシリコン層を７００～９００℃で前記エピタキシャル成長させることを特徴とする請求項６に記載のＧｅ含有基板の製造方法。
【請求項１０】
前記炭素がドープされたシリコン層を７３０～７５０℃で前記エピタキシャル成長させることを特徴とする請求項６に記載のＧｅ含有基板の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｇｅ含有基板及びＧｅ含有基板の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ＳｉＧｅやＧｅは電子・光・ＲＦ等の各種デバイスで広く利用されている材料である。特にＳｉＧｅについては、最近では現在のロジックＩＣに採用されているＦｉｎ構造に代わり、次世代以降の半導体ではＧＡＡ（ＧａｔｅＡｌｌＡｒｏｕｎｄ）や、さらにＮＭＯＳとＣＭＯＳを積層するＣＦＥＴ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が提案され、これらの製造工程においても重要な役割を担う材料である（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００７－１８０２８５号公報
特開２００４－３６３５９２号公報
【非特許文献】
【０００４】
応用物理学会半導体の結晶成長と加工および評価に関する産学連携委員会第１回研究会「半導体復権を支える結晶技術」
米永、「高品質ＳｉＧｅ結晶の育成と基礎物性の解明」、まてりあ、４７（１）、３（２００８）
佐藤、「ヘテロエピタキシーの基礎と課題厳環境下ＩｏＴ向け３Ｃ－ＳｉＣ技術研究会第１回研究会」（２０１９）
Ｗｏｎｇ，Ｌ．Ｈ．“ＳｔｒａｉｎｒｅｌａｘａｔｉｏｎｉｎＳｉＧｅ／Ｓｉｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｙ．” Ｄｏｃｔｏｒａｌｔｈｅｓｉｓ，ＮａｎｙａｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ，（２００７）．
Ｅ．Ａ．Ｆｉｔｇｅｒａｌｄ，ｅｔ．ａｌ．，“ＴｏｔａｌｌｙｒｅｌａｘｅｄＧｅｘＳｉ１－ｘｌａｙｅｒｓｗｉｔｈｌｏｗｔｈｒｅａｄｉｎｇｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｄｅｎｓｉｔｉｅｓｇｒｏｗｓｏｎＳｉｓｕｂｓｔｒａｒｅｓ”，Ａｐｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５９，８１１（１９９１）．
Ｆ．Ｋ．ＬｅＧｅｕｅｓ，ｅｔ．ａｌ．，“Ｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒａｎｏｍａｌｏｕｓｓｔｒａｉｎｒｅｌａｘａｔｉｏｎｉｎｇｒａｄｅｄｔｈｉｎｆｉｌｍｓａｎｄｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ”，Ａｐｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７１，４２３０（１９９２）．
Ｔ．Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ，ｅｔ．ａｌ．，Ａｂｓｔ．ｏｆＳＡＰＳｐｒｉｎｇＭｅｅｔｉｎｇ．，１７ａ－Ｆ１０２－９（２０１８）．
Ｔ．Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ，ｅｔ．ａｌ．，Ａｂｓｔ．ｏｆＪＳＡＰＡｕｔｕｍＭｅｅｔｉｎｇ．，２０ｐ－２３４－１０（２０１８）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＳｉＧｅは平衡状態図において、液相線と固相線が大きく離れておりその分配係数が２から５と、１より大きく多結晶化しやすいことが知られており、単結晶が成長できても成長速度が遅く恒常的には難しいことが知られている材料である（非特許文献２）。
【０００６】
そこで、半導体デバイス用にはＳｉ基板上へＳｉＧｅを成長させることが行われ、仮想ＳｉＧｅ基板と呼ばれたりすることがある。このＳｉＧｅ成長（ヘテロエピタキシャル）では、ＳｉとＧｅの格子定数差をどのように緩和するかが重要である。Ｓｉ結晶の格子定数は０．５４３１ｎｍ、Ｇｅ結晶の格子定数は０．５６７５４ｎｍであり、両者の間には約４．５％の違いがある。ＳｉＧｅはこの格子定数の違いを緩和するために、ＳｉＧｅ混晶を使う。Ｇｅの組成比をｘとすると、ＳｉＧｅ混晶の格子定数は「０．５４３１ｎｍ＋ｘ×０．０２ｎｍ＋ｘの２乗×０．００２７ｎｍ」となる。例えばｘを０．３と仮定すると、格子定数は０．５４９３ｎｍとなり、格子不整合は０．１４％とわずかで済む。この格子不整合が原因でその後に成長するエピタキシャル層に転位や欠陥が成長し、品質の劣化を招く。ところが、臨界膜厚が存在し、格子不整合が仮にあったとしてもこの臨界膜厚を超えなければ、欠陥が入らないとされている（非特許文献３）。
【０００７】
そこで、この臨界膜厚を利用したバッファ層形成による中間層が各種提案されている。例えば、シリコン基板から所定のＧｅ濃度のＳｉＧｅ層までにＧｅ濃度を変化させていくやり方があり、これは傾斜バッファ層と呼ばれる（非特許文献４、５、６）。また、超格子バッファ層と呼ばれる臨界膜厚以下の厚さの層を何層も重ねていくやり方も提案されている（非特許文献６、７、８）。
【０００８】
このような手法以外にも、特許文献１には、ＳＯＩ基板のＳｉ層上に、減圧ＣＶＤ装置を用いてＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長させて、クロスハッチ状の周期的表面凹凸を有しない歪みＳｉＧｅ層を設け、前記歪みＳｉＧｅ層を有するＳｉＧｅｏｎＳＯＩ基板を熱酸化処理して、Ｇｅ濃度を増大させ、かつ歪みを緩和する歪み緩和ＳＧＯＩ基板の製造方法が記載されている。
【０００９】
また、特許文献２には、Ｓｉ含有基板にイオンを最初に注入し、注入リッチ領域は、高温でのアニールの間にＧｅ拡散を妨げるバリア層が形成されるように充分なイオン濃度を有し、次に、Ｇｅ含有層は、Ｓｉ含有基板の表面の上に形成され、その後、加熱工程が、バリア層の形成およびＧｅの相互拡散を可能にする温度で行われ、それによって、バリア層の上に十分に格子緩和された単結晶ＳｉＧｅ層を形成することによりＳＩＭＯＸおよびＧｅ相互拡散を用いて十分に格子緩和された高品質ＳｉＧｅオン・インシュレータ基板材料を形成する方法が記載されている。
【００１０】
このように種々の方法が検討されているが、特に特許文献１や２にあるような手法は貼り合わせ・剥離工程を前提としており、この工程での不良の発生が避けられず、また基板製造工程の増加は避けられない。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許