專利名稱：應(yīng)變硅基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用于高速金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET) 的表體(bulk)型或絕緣層上覆硅(SOI)型應(yīng)變硅基板的制造方法。
背景技術(shù)：
在硅基板上，鍺(Ge)濃度是隨著厚度同時(shí)增加而形成硅鍺(SiGe)濃度傾 斜層，并在其上面形成鍺濃度一定的硅鍺濃度一定層，進(jìn)而在其上面形成硅 層的表體型應(yīng)變硅基板上，因?yàn)槭窃诰Ц癯?shù)比硅更大的硅鍺層上形成硅 層，硅層的晶格常數(shù)被拉伸(產(chǎn)生拉伸應(yīng)變)而產(chǎn)生應(yīng)變。如此，已知若元件 形成區(qū)域的硅層的晶格常數(shù)被拉伸時(shí)，電子及空穴的移動(dòng)度提高，能夠有助 于MOSFET(Metal Oxide Semicondcutor Field Effect Translator;金屬氧化物半 導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的高性能化。
但是，在應(yīng)變硅基板中，由于硅基板與在其表面上所層積的硅鍺層的晶 格常數(shù)不同，會(huì)在硅鍺層產(chǎn)生位錯(cuò)，又，會(huì)在其表面產(chǎn)生凹凸(交叉影線圖案)， 所以目前無法得到品質(zhì)能夠滿足的應(yīng)變硅基板。
作為改善此問題的對(duì)策，有公開一種方法(例如，參照日本特表 2000-513507號(hào)公報(bào))，是在形成硅鍺濃度傾斜層的途中，通過CMP(化學(xué)機(jī) 械研磨；Chemical Mechanical Polishing)等至少一次使表面凹凸平坦化，來改 良貫穿位錯(cuò)密度及表面粗糙度的方法。又，公開一種方法(例如，參照日本特 開2000-289533號(hào)公報(bào))，是在形成硅鍺濃度層后，通過對(duì)其表面凹凸進(jìn)行化 學(xué)機(jī)械研磨，且研磨后進(jìn)行SC1洗凈，來抑制隨后在硅鍺層上形成的應(yīng)變硅 層的貫穿位錯(cuò)密度，且減小表面粗糙度。
但是，在上述日本特表2000-513507號(hào)公報(bào)及上述日本特開2000-289533 號(hào)公報(bào)中任一者的方法，因?yàn)樵诠桄N層表面使應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)(以下稱為外延 成長(zhǎng))時(shí)，在自然氧化膜的除去工藝及在應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)工藝時(shí)的熱處理過 程，會(huì)誘導(dǎo)使表面粗糙度變差及貫穿位錯(cuò)密度增加，所以無法得到品質(zhì)充分高的應(yīng)變硅基板。
因此，盡可能使在硅鍺層表面的應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)為低溫成長(zhǎng)為佳，又， 特別是硅鍺層表面的自然氧化膜除去工藝，是在使應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)時(shí)需要最 高溫的工藝，如何加以低溫化成為關(guān)鍵。
為了該低溫化，先前通常所進(jìn)行的手段是在硅鍺層形成后的芯片洗凈的
最后階段，進(jìn)行氫氟酸(HF)洗凈來除去自然氧化膜后，盡可能快速地進(jìn)行應(yīng) 變硅外延成長(zhǎng)。也即，若能夠形成較薄的自然氧化膜時(shí)，即便低溫也能夠除 去自然氧化膜，能夠抑制硅鍺層表面粗糙度變差來進(jìn)行應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)。
但是，在最后階段具有氫氟酸洗凈的工藝，因?yàn)闀?huì)有微粒容易粘附的根 本上的缺點(diǎn)，結(jié)果，會(huì)產(chǎn)生微粒程度變差的應(yīng)變硅基板。
針對(duì)上述的問題點(diǎn)，在日本特開2001-148473號(hào)公報(bào)公開一種方法，是 在形成硅鍺層后，通過使用HF+HN03系蝕刻劑蝕刻其表面，來使硅鍺層的 厚度薄化至需要的厚度，并使用SC2洗凈其表面而在表面上形成保護(hù)氧化 膜，再通過在高真空下進(jìn)行熱處理來除去該保護(hù)氧化膜后，在硅鍺層的表面 上于65(TC形成應(yīng)變硅的方法。又，在日本特開2003-31495號(hào)公報(bào)公開一種 方法，是在硅鍺層形成后，在其表面層積保護(hù)層(例如硅層)后，通過外延成 長(zhǎng)來形成應(yīng)變硅層的方法。
但是，在上述日本特開2001-148473號(hào)公報(bào)的方法中，除去粘附于表面 的微粒并不充分，在上述日本特開20003-31495號(hào)公報(bào)中，完全未記載洗凈 工藝。因此，即便使用兩者的任何一者的方法，也難以得到具有滿足的表面 粗糙度、且低微粒程度的應(yīng)變硅基板。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情形，本發(fā)明的目的是提供一種制造方法，是制造應(yīng)變硅基板 的方法，能夠制造出一種表面粗糙度、貫穿位錯(cuò)密度及微粒程度低的應(yīng)變硅 基板。
又，本發(fā)明的另外目的是提供一種制造方法，是使用該應(yīng)變硅基板來制 造高品質(zhì)的SOI型應(yīng)變硅(SSOI:應(yīng)變型絕緣層上覆硅；Strained Silicon On Insulator)基板。
為了達(dá)成前述目的，本發(fā)明提供一種應(yīng)變硅基板的制造方法，是至少在
4硅單晶基板上，先形成晶格緩和的硅鍺層，并通過化學(xué)機(jī)械研磨將該硅鍺層 的表面平坦化，而在該平坦化后的硅鍺層的表面上形成應(yīng)變硅層的應(yīng)變硅基 板的制造方法，其特征是在上述平坦化后的晶格緩和硅鍺層的表面上，形
成應(yīng)變硅層之前，SC1洗凈該硅鍺層的表面，并在80(TC以上的含氫環(huán)境中， 熱處理具有上述SC1洗凈后的硅鍺層的上述基板，且在該熱處理后未降溫至 低于80(TC的溫度而是立刻在上述熱處理過后的基板上的硅鍺層表面，形成 保護(hù)硅層，并以比該保護(hù)硅層的形成溫度低的溫度，在該保護(hù)硅層的表面上 形成應(yīng)變硅層。
如此，利用先在硅單晶基板上形成晶格緩和的硅鍺層，并在其表面上使 應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)前，通過CMP將該硅鍺層的表面平坦化，能夠消除晶格緩 和硅鍺層的表面的交叉影線或位錯(cuò)等。隨后，通過SC1洗凈(使用NH4OH及 H202的水溶液洗凈)，能夠有效率地除去在CMP中所使用的研磨劑或粘附在 表面的微粒。又，若進(jìn)行SC1洗凈，能夠在硅鍺層表面形成自然氧化膜，此 自然氧化膜能夠達(dá)成防止不純物等粘附于表面的任務(wù)。然后，在800'C以上 的含氫環(huán)境中(以下也簡(jiǎn)稱H2烘烤)除去此自然氧化膜后，未降溫至低于800 'C的溫度而是立刻在硅鍺層表面上形成保護(hù)硅層。通過如此進(jìn)行，在H2烘 烤時(shí)，能夠使硅鍺層表面的粗糙度(霧度)的變差，作成最小限度。隨后，進(jìn) 行應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)時(shí)，因?yàn)楸砻娲植诙刃?、且是在較少微粒的表面使應(yīng)變硅 外延成長(zhǎng)，所以能夠得到品質(zhì)良好的應(yīng)變硅層。此時(shí)，將應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)時(shí) 的溫度設(shè)成比保護(hù)硅層形成溫度低的溫度，是因?yàn)闇囟容^低時(shí)，在應(yīng)變硅層 所含有的鍺濃度下降的緣故。
此時(shí)，以在對(duì)上述晶格緩和硅鍺層表面進(jìn)行SC1洗凈后，進(jìn)行SC2洗 凈為佳。
如此，因?yàn)樵赟C1洗凈后通過進(jìn)行SC2洗凈(HC1與H202的水溶液洗凈)， 能夠除去粘附在硅鍺層的表面上的重金屬等，所以能夠得到不純物更少的表 面。
此時(shí)，使在洗凈上述晶格緩和硅鍺層表面時(shí)的蝕刻量，其總量以3納米 以下為佳。
因?yàn)楣桄N的蝕刻速度比硅快，所以表面粗糙度容易變差。但是，使洗凈 硅鍺層的表面時(shí)被蝕刻的硅鍺層的蝕刻損總量為3納米以下時(shí)，能夠?qū)⒈砻娲植诙鹊淖儾?，抑制在最小限度?br> 又，上述保護(hù)硅層的厚度以10納米以下為佳。
該保護(hù)硅層是在降溫至規(guī)定溫度及在形成應(yīng)變硅為止之間，用以防止硅
鍺表面的粗糙，以10納米以下的厚度為充分。保護(hù)層更厚于此時(shí)，會(huì)有形
成多數(shù)不良位錯(cuò)而使膜質(zhì)變差的可能性。
又，以對(duì)上述形成應(yīng)變硅層后的表面進(jìn)行蝕刻為佳。
如此，通過蝕刻形成應(yīng)變硅層后的表面，能夠除去在表層部分堆積的鍺。
又，在上述含氫環(huán)境中的熱處理后，以與進(jìn)行該熱處理的溫度相同的溫 度，在上述熱處理后的硅鍺層的表面，形成保護(hù)硅層為佳。
如此，若在上述含氫環(huán)境中的熱處理后，以與進(jìn)行該熱處理的溫度相同 的溫度，進(jìn)行隨后的保護(hù)硅層的形成時(shí)，能夠使露出的硅鍺層的表面的露出 時(shí)間抑制在最小限度。
而且，本發(fā)明提供一種應(yīng)變硅基板的制造方法，是將通過上述任一種應(yīng) 變硅基板的制造方法所制造的應(yīng)變硅基板，使用作為接合芯片，并通過芯片
貼合方法來制造SOI型的應(yīng)變硅基板。
如此，利用本發(fā)明的制造方法所制造的應(yīng)變硅基板，使用作為接合芯片，
并通過與基體芯片貼合的芯片貼合方法，來制造SOI型應(yīng)變硅基板時(shí)，因?yàn)?形成元件的部分也就是應(yīng)變硅層的品質(zhì)高，所以能夠得到高品質(zhì)的SSOI基板。
若依照本發(fā)明，能夠制造出貫穿位錯(cuò)密度、表面粗糙度及微粒程度低的
應(yīng)變硅基板。
又，能夠提供一種高品質(zhì)的SSOI基板，其是將該應(yīng)變硅基板作為SOI 型基板的元件區(qū)域(SOI層)來使用。


圖1是用來說明本發(fā)明的應(yīng)變硅基板的工藝的一個(gè)例子的概略圖。
圖2是顯示在HF洗凈及SC1洗凈后，粘附在芯片表面上的微粒。 圖3中A是顯示在形成保護(hù)硅層前的芯片的霧度程度；B是顯示在實(shí)施 例2中的H2烘烤處理時(shí)的反應(yīng)的工藝條件;C是顯示在實(shí)施例2中的通過各 H2烘烤條件除去自然氧化膜后，在芯片表面的霧度程度的圖。圖4中A是顯示形成保護(hù)硅層前的芯片的霧度程度；B是顯示在實(shí)施例 3中的應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)時(shí)的反應(yīng)的工藝條件；C是顯示依照有無保護(hù)氧化膜
與應(yīng)變硅成長(zhǎng)時(shí)的溫度不同的芯片表面的霧度程度的圖。
圖5是顯示測(cè)定本發(fā)明的應(yīng)變硅基板中的鍺深度剖面的結(jié)果的圖
并且，上述附圖中的附圖標(biāo)記說明如下-
11硅單晶基板 12硅鍺濃度傾斜層
13硅鍺一定濃度層 14硅層
15自然氧化膜 16保護(hù)硅層
17應(yīng)變硅層
具體實(shí)施例方式
先前，在制造至少含有晶格緩和硅鍺層的應(yīng)變硅基板時(shí)，欲同時(shí)滿足表 面粗糙度及貫穿位錯(cuò)密度的2種參數(shù)，因?yàn)槎呔哂袑?duì)立(tmde off)關(guān)系的傾 向，所以難以兩者兼具。又，在基板形成中必須除去粘附在表面的微粒，期 待開發(fā)一種有效率的方法，用以解決上述三個(gè)課題。
對(duì)于如此的問題的解決對(duì)策，已知先前通過研磨晶格緩和硅鍺層的表面 并充分地使其平坦化，能夠觀察到可以改良位錯(cuò)及表面粗造，又，研磨后通 過進(jìn)行充分地洗凈，能夠觀察到可以改良微粒程度的問題。本發(fā)明者等進(jìn)行 專心實(shí)驗(yàn)及研討，發(fā)現(xiàn)配合前述方法，并且通過在洗凈后的硅鍺(SiGe)層表 面外延成長(zhǎng)應(yīng)變硅時(shí)，適當(dāng)?shù)毓芾碓诤瑲洵h(huán)境中通過熱處理(H2烘烤)除去在 洗凈工藝所形成的自然氧化膜的除去工藝的條件，及在該H2烘烤處理后， 立刻形成保護(hù)硅層并使應(yīng)變硅層外延成長(zhǎng)的條件，則能夠更有效地解決上述 三個(gè)課題，而完成了本發(fā)明。
以下， 一邊參照?qǐng)D示一邊具體地說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)，但是本發(fā)明未 限定于此等記載。
圖l是顯示本發(fā)明的例示性應(yīng)變硅基板的工藝的概略圖。首先，準(zhǔn)備其 主表面十分平坦的硅單晶基板11。又，硅單晶基板11的制造方法或面方位， 可配合目的而適當(dāng)?shù)剡x擇，沒有特別限定。例如通常是通過切克勞斯基(CZ) 法或浮動(dòng)區(qū)熔(FZ)法所制造的硅單晶。
接著，在硅單晶基板11的表面上，以伴隨著厚度而使鍺濃度增加的方式，使硅鍺(SiGe)濃度傾斜層12成長(zhǎng)。使硅鍺濃度傾斜層12成長(zhǎng)至需要的 厚度后，若使鍺濃度為一定的硅鍺(SiGe)—定濃度層13成長(zhǎng)，則能夠得到晶 格緩和的硅鍺層。
又，也可在硅鍺一定濃度層13的上面，堆積硅層14，用以防止其表面 粗糙(參照?qǐng)D1A)。
因?yàn)樵诠桄N一定濃度層13的表面(或是硅層14的表面)，由于交叉影線 而致使表面粗糙度變差，所以通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)來使其表面平坦化(參 照?qǐng)D1B)。接著，通過SC1洗凈，清洗平坦化后的基板主表面13來除去在 化學(xué)機(jī)械研磨過程中所產(chǎn)生的微粒等。又，已知SC1洗凈其特征是能夠得到 微粒粘附少的洗凈，又，能夠同時(shí)蝕刻硅及硅鍺(SiGe)且在其表面上形成自 然氧化膜15(參照?qǐng)D1C)。在此，因?yàn)楣桄N的蝕刻速度比硅快，所以粗糙度容 易變差。為了防止粗糙度變差，以使研磨后的硅鍺層表面的蝕刻量止于3納 米以下為佳。
又，因?yàn)楣桄N層的鍺濃度越高會(huì)使蝕刻速度變快，故制造具有高濃度的 鍺的硅鍺層時(shí)必須注意此點(diǎn)。
接著，將因上述SC1洗凈而在晶格緩和硅鍺一定濃度層13的表面上所 形成的自然氧化膜15，通過使用單片式CVD(化學(xué)氣相沉積；Chemical Vapor Deposition)裝置，于減壓條件下、規(guī)定溫度及時(shí)間，進(jìn)行H2烘烤來加以除去。 H2烘烤至少必須在800°C以上，以在900°C以上進(jìn)行為佳。
又，己知硅鍺層在高溫H2烘烤處理時(shí)，其粗糙度也容易變差。因此， 熱處理以盡可能短時(shí)間為佳。但是，因?yàn)樵谠摴に囍校粑赐耆貙⒆匀谎?化膜除去時(shí)，則無法得到結(jié)晶性良好的應(yīng)變硅層，所以必須以粗糙度不會(huì)變 差、且能夠完全地除去自然氧化膜的方式，來設(shè)置適當(dāng)?shù)臅r(shí)間及溫度。又， 通過后述的實(shí)施例來詳細(xì)地說明，在自然氧化膜殘留于表面上的期間，H2 烘烤所引起的硅鍺表面的粗糙度變差是極輕微的，且只要在除去自然氧化膜 后立刻形成保護(hù)硅層16，則能夠防止粗糙度(霧度)變差(參照?qǐng)D1D)。
又，因?yàn)橥ㄟ^H2烘烤除去自然氧化膜15后，盡可能迅速地進(jìn)行保護(hù)硅 層16的形成是重要的，所以保護(hù)硅層16的形成，是在自然氧化膜除去后以 不比800'C低的溫度，以與H2烘烤大致相同的溫度進(jìn)行為佳，是有效果的。
又，保護(hù)硅層16的形成，通常硅源氣體是使用三氯硅烷(TCS)、 二氯硅烷(DCS)、甲硅垸(SiH4)。又，形成該保護(hù)硅層16的意義主要是在除去自然 氧化膜后，在降低至規(guī)定溫度，來形成應(yīng)變硅層17的期間，用以防止硅鍺 層13的表面粗糙度變差而已，所以厚度10納米以下即足夠。厚度更厚時(shí)， 在保護(hù)硅層16內(nèi)會(huì)有形成多數(shù)的不良位錯(cuò)而使膜質(zhì)變差的情形。
接著，在保護(hù)硅層16上以規(guī)定溫度使應(yīng)變硅進(jìn)行外延成長(zhǎng)。此時(shí)，形 成有保護(hù)硅層時(shí),即便將外延成長(zhǎng)溫度降低至650'C左右，也不會(huì)使霧度(haze) 變差而能夠使應(yīng)變硅層17良好地進(jìn)行外延成長(zhǎng)(參照?qǐng)D1E)。
又，盡可能以較低溫的條件進(jìn)行外延成長(zhǎng)的原因，是因?yàn)樵礁邷貢r(shí)從硅 鍺層往應(yīng)變硅層的鍺擴(kuò)散會(huì)變?yōu)轱@著的緣故。
作為要得到所期望的應(yīng)變硅基板的最后工藝，較佳是將對(duì)應(yīng)變硅層17 的表面蝕刻除去規(guī)定厚度。在后述的實(shí)施例中將詳細(xì)地說明，是因?yàn)樵趹?yīng)變 硅層17表面堆積有鍺的緣故。又，除去量以從應(yīng)變硅層17表面算起約10 納米左右為佳。
若鍺堆積在應(yīng)變硅層的表層上，隨后，應(yīng)變硅的應(yīng)變量會(huì)降低，又，將 應(yīng)變硅層的一部分作為閘極氧化膜時(shí)，絕緣耐壓特性會(huì)變差。
如此，依照本發(fā)明的應(yīng)變硅基板的制造方法時(shí)，通過化學(xué)機(jī)械研磨硅鍺 層的表面，隨后進(jìn)行SC1洗凈，并通過適當(dāng)?shù)毓芾碓诤瑲洵h(huán)境中的熱處理用 以除去因該SC1洗凈所形成的自然氧化膜、及形成保護(hù)層與應(yīng)變硅外延成長(zhǎng) 時(shí)的溫度和時(shí)間，不必經(jīng)過復(fù)雜的工藝，也能夠以高生產(chǎn)力制造出其貫穿位 錯(cuò)密度、表面粗糙度及微粒程度低的應(yīng)變硅基板。
又，通過將前述應(yīng)變硅基板的應(yīng)變硅層表面，蝕刻除去規(guī)定厚度，能夠 得到具有優(yōu)良特性的應(yīng)變硅基板。
又，使用本發(fā)明的應(yīng)變硅基板作為接合芯片，通過芯片貼合法，例如將 在表面形成有氧化膜的硅單晶基板(基體芯片)，以夾住形成有該氧化膜的面 的方式來與前述應(yīng)變硅層部分貼合，并通過磨削及研磨等薄膜化至應(yīng)變硅層 為止，則能夠得到高品質(zhì)的SOI型應(yīng)變硅基板。
以下，例示本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)例來更具體地說明，但是本發(fā)明未限定于此等 實(shí)驗(yàn)例。
準(zhǔn)備通過CZ法所制造的面方位為{100}的硅單晶基板11。將該硅單晶 基板11搬運(yùn)至單片式的CVD裝置內(nèi)，并使用二氯硅烷及四氯化鎵作為工藝
9氣體，且在100(TC、 80托(約llkPa)的條件下，如以下般地進(jìn)行硅鍺層的外 延成長(zhǎng)。也即，二氯硅烷的供給量為200sccm且是一定，并使四氯化鎵的供 給量是從0克/分鐘增加至0.6克/分鐘且鍺濃度是從0%慢慢地增加至21%， 來成長(zhǎng)2微米硅鍺濃度傾斜層12，并在其上面使二氯硅垸、四氯化鎵的供給 量各自為200sccm、 0.6克/分鐘，來成長(zhǎng)2微米鍺濃度為21°/。且為一定的晶 格緩和硅鍺一定濃度層13。又，晶格緩和硅鍺一定濃度層13的表面，存在 有交叉影線等，表面粗糙度不佳(參照?qǐng)D1A)。
以研磨損為約100納米，對(duì)該硅鍺一定濃度層13進(jìn)行CMP(參照?qǐng)D1B)。 研磨后的硅鍺一定濃度層13的表面平坦性是均方根(RMS)粗糙度為0.13納 米(測(cè)定區(qū)域?yàn)?0微米X30微米)。又，對(duì)該半導(dǎo)體基板使用微粒測(cè)定器測(cè) 定硅鍺一定濃度層13的表面全部區(qū)域的霧度，確認(rèn)為良好。
在以下記載的實(shí)驗(yàn)例中，是使用層積該鍺濃度21%的硅鍺一定濃度層 13，并進(jìn)行過CMP處理的基板。
(實(shí)驗(yàn)例1)
對(duì)上述CMP后的半導(dǎo)體基板，比較芯片表面的最后洗凈是采用HF精加 工及采用SC1精加工的情況(參照?qǐng)D2)。
1) 對(duì)上述半導(dǎo)體基板，進(jìn)行76。C、 (NH4OH: H202: H20)=1: 1: 5的混 合液(SCl)洗凈+稀釋氫氟酸(DHF(5。/。))洗凈+旋轉(zhuǎn)干燥后，使用微粒測(cè)定器 (KLA-Tencor公司制SP1)以黑暗視野寬度模式，測(cè)定微粒程度(參照?qǐng)D2左 圖)。
2) 對(duì)上述半導(dǎo)體基板，進(jìn)行76。C、 (NH4OH: H202: H20)=1: 1: 5的混 合液(SCl)洗凈+旋轉(zhuǎn)干燥后，使用微粒測(cè)定器(KLA-Tencor公司制SP1)以黑 暗視野寬度(Dark Field Wide)模式，測(cè)定微粒程度(參照?qǐng)D2左圖)。
從圖2能夠清楚明白，芯片表面的最后洗凈是采用HF精加工時(shí)，是非
常容易粘附微粒。 (實(shí)驗(yàn)例2)
對(duì)芯片表面的最后洗凈是采用上述實(shí)驗(yàn)例1的條件進(jìn)行SC1洗凈過的上 述CMP后的半導(dǎo)體基板(圖1C)，為了除去因SC1洗凈所形成的自然氧化膜 15，研討使用單片式CVD裝置，并在減壓條件下，以下述的溫度及時(shí)間，
進(jìn)行H2烘烤時(shí)的最佳條件。
10在80托(約llkPa)的減壓條件下，使H2烘烤溫度各自從65(TC上升至 (900、 950、 1000。C)的溫度，并在各自溫度各自以一定時(shí)間(O、 30、 60秒) 處理后，使用DCS(100sccm)，在與&烘烤相同溫度使其反應(yīng)30秒，來形成 保護(hù)硅層16后，觀察以微粒測(cè)定器(SP1)得到的霧度圖(參照?qǐng)D3B、圖3C)
但是，因?yàn)樵?0(TC的條件，即便進(jìn)行H2烘烤60秒，也無法除去自然 氧化膜15，所以省略了0及30秒時(shí)的圖。又，在95(TC的條件，因?yàn)镠2烘 烤處理30秒時(shí)幾乎完全除去自然氧化膜15，所以省略了 60秒時(shí)的圖。
又，在圖3A顯示SC1洗凈后(H2烘烤前)的霧度程度，作為比較對(duì)象。
依照本實(shí)驗(yàn)例2時(shí)，得知在90(TC以下進(jìn)行H2烘烤處理時(shí)，需要相當(dāng)?shù)?時(shí)間來除去因SC1洗凈所形成的自然氧化膜15。又，在95(TC、 O秒的條件 時(shí)，雖然自然氧化膜會(huì)有部分殘余，但是在同樣的溫度處理30秒時(shí)，能夠 幾乎完全地除去自然氧化膜。又，在100(TC時(shí)，確認(rèn)在升溫的途中自然氧化 膜完全地被除去。因此，O秒的處理時(shí)間(也即，只有從65(TC至到達(dá)100(TC 的升溫工藝而已)，便能夠完全地除去自然氧化膜。因此，在100(TC、 30及 60秒的條件時(shí)，因?yàn)樽匀谎趸I(yè)己被除去，所以是在硅鍺層露出的狀態(tài)繼 續(xù)進(jìn)行熱處理，因此如圖3C所示，霧度程度是依照處理時(shí)間而變差。又，圖3C上的箭頭是表示自然氧化膜殘留的部分。
又，以稀釋氫氟酸(DHF)洗凈作為最后洗凈時(shí)，利用81(TC的H2烘烤， 能夠除去自然氧化膜。
因此，得知為了除去自然氧化膜15的H2烘烤工藝，以在95(TC進(jìn)行30 秒、或在IOO(TC進(jìn)行O秒為佳。
以下所示的實(shí)施例及比較例是將H2烘烤設(shè)定為IOO(TC、 0秒，來調(diào)査 有無形成保護(hù)硅層16、及在應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)時(shí)的溫度與芯片表面的霧度程度 的關(guān)系(參照?qǐng)D4)。
(實(shí)施例1、 2、比較例1、 2)
在圖4C中，實(shí)施例1、2是在剛H2烘烤后，形成5納米保護(hù)硅層16后， 降溫至80(TC或650。C的應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)溫度，并使應(yīng)變硅層17外延成長(zhǎng)70 納米而成者。比較例1、 2是在H2烘烤結(jié)束后，在含氫環(huán)境狀態(tài)，降溫至800 。C或65(TC的應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)溫度后，使應(yīng)變硅層17外延成長(zhǎng)70納米，且 測(cè)定在各自條件下的霧度程度而成者。又，圖4A是顯示H2烘烤前的芯片表面的霧度程度(0.19ppm)來作為對(duì)照。 又，圖4B是表示上述反應(yīng)的工藝條件，是在65(TC投入CVD裝置，并在含 氫環(huán)境中升溫至IOOO'C后，立刻使二氯硅垸(DCS)流動(dòng)3秒鐘，來形成保護(hù) 硅層(硅覆蓋)，隨后，降溫至80(TC或650°C，在80(TC是使用二氯硅烷(DCS)， 在65(TC是使用SiH4來形成應(yīng)變硅層。
依照本實(shí)施例時(shí)，在H2烘烤后未形成保護(hù)硅層16而降溫至80(TC以下 的比較例l、 2，任一者的情況，都觀察到霧度變差。特別是應(yīng)變硅外延成長(zhǎng) 溫度為650。C的比較例2，與對(duì)照(圖4A)比較時(shí)，霧度變差1.5ppm以上。又， 應(yīng)變硅外延成長(zhǎng)溫度為80(TC的比較例1，其霧度為約lppm左右。
相對(duì)地，在外延成長(zhǎng)前形成有保護(hù)硅層者，在80(TC外延(實(shí)施例l)或在 650外延(實(shí)施例2)，任一者的霧度(haze)都維持在0.5ppm以下，顯示通過保 護(hù)硅層16能夠顯著地抑制霧度變差。
(實(shí)施例3)
在上述實(shí)施例1、 2，是顯示保護(hù)硅層16的有效性，但是未能夠決定外 延成長(zhǎng)應(yīng)變硅時(shí)的最佳溫度條件。因上，本實(shí)施例是測(cè)定在各應(yīng)變硅外延成 長(zhǎng)溫度時(shí)，在本發(fā)明的應(yīng)變硅基板內(nèi)的鍺在深度方向的剖面。
本實(shí)施例3是與上述實(shí)施例1、 2同樣地在IOOO'C、 0秒除去硅鍺表面 的自然氧化膜15后，形成保護(hù)硅層16，并降溫至(650、 800、 950、 IOO(TC) 的各自溫度，并測(cè)定外延成長(zhǎng)應(yīng)變硅層17后的各試樣的鍺剖面(參照?qǐng)D5A)。
上述剖面所得到的結(jié)果如下。
在應(yīng)變硅層17中的鍺濃度具有外延成長(zhǎng)溫度越高時(shí)變?yōu)樵礁叩膬A向， 在800。C以下時(shí)能夠抑制在小于lX10"/立方公分。相對(duì)地，950。C及1000 。C的條件時(shí)，任一者的情況，鍺濃度都是在1018/立方公分以上(參照?qǐng)D5B)。 又，也確認(rèn)在應(yīng)變硅層17表面，有鍺堆積(參照?qǐng)D5A)。又，應(yīng)變硅層17表 面的霧度程度任一者都良好而為0.5ppm以下。
因此，根據(jù)本實(shí)施例3及上述實(shí)施例1、 2的結(jié)果，得知應(yīng)變硅外延成 長(zhǎng)是盡可能在低溫成長(zhǎng)為佳，特別是以在65(TC實(shí)施為佳。又，通過蝕刻除 去堆積在表面的鍺時(shí)，不會(huì)使元件特性變差。從圖5A得知只要除去10納米 即充分。
從以上實(shí)驗(yàn)例l、 2及實(shí)施例1 3、比較例l、 2所得到的結(jié)果，得知在硅單晶基板上，先層積晶格緩和硅鍺層，并通過CMP將硅鍺層表面平坦化 后，禾,SC1洗凈能夠得到低微粒程度的芯片表面。接著，通過將該SCI 洗凈時(shí)所形成的自然氧化膜，以在含氫環(huán)境中950°C、 30秒的條件或1000 °C、 0秒的條件，進(jìn)行熱處理來加以除去，并立刻以與熱處理時(shí)相同溫度形 成保護(hù)硅層，并降溫至65(TC而在該保護(hù)硅層上形成應(yīng)變硅層時(shí)，顯示能夠 得到其貫穿位錯(cuò)密度、霧度程度(表面粗糙度)及微粒程度低的高品質(zhì)的應(yīng)變 硅基板。
又，本發(fā)明未限定于上述實(shí)施形態(tài)。上述實(shí)施形態(tài)是例示性，凡是具有 與本發(fā)明的權(quán)利要求所記載的技術(shù)思想實(shí)質(zhì)上相同構(gòu)成、且達(dá)成相同作用效 果的技術(shù)，無論何者，都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)變硅基板的制造方法，是至少在硅單晶基板上，先形成晶格緩和的硅鍺層，并通過化學(xué)機(jī)械研磨將該硅鍺層的表面平坦化，而在該平坦化后的硅鍺層的表面上形成應(yīng)變硅層的應(yīng)變硅基板的制造方法，其特征在于在上述平坦化后的晶格緩和硅鍺層的表面上，形成應(yīng)變硅層之前，SC1洗凈該硅鍺層的表面，并在800℃以上的含氫環(huán)境中，熱處理具有上述SC1洗凈后的硅鍺層的上述基板，且在該熱處理后未降溫至低于800℃的溫度而是立刻在上述熱處理過后的基板上的硅鍺層表面，形成保護(hù)硅層，并以比該保護(hù)硅層的形成溫度低的溫度，在該保護(hù)硅層的表面上形成應(yīng)變硅層。
2. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變硅基板的制造方法，其中在對(duì)上述晶格緩和 硅鍺層表面進(jìn)行SC1洗凈后，進(jìn)行SC2洗凈。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)變硅基板的制造方法，其中使在洗凈上述 晶格緩和硅鍺層表面時(shí)的蝕刻量，其總量為3納米以下。
4. 如權(quán)利要求l一3中任一項(xiàng)所述的應(yīng)變硅基板的制造方法，其中使上 述保護(hù)硅層的厚度為IO納米以下。
5. 如權(quán)利要求l一4中任一項(xiàng)所述的應(yīng)變硅基板的制造方法，其中對(duì)上 述形成應(yīng)變硅層后的表面進(jìn)行蝕刻。
6. 如權(quán)利要求l一5中任一項(xiàng)所述的應(yīng)變硅基板的制造方法，其中在上 述含氫環(huán)境中的熱處理后，使用與進(jìn)行該熱處理的溫度相同的溫度，在上述 熱處理后的硅鍺層的表面，形成保護(hù)硅層。
7. —種應(yīng)變硅基板的制造方法，其特征在于將通過如權(quán)利要求l一6中任一項(xiàng)所述的制造方法制造出來的應(yīng)變硅基 板，使用作為接合芯片，并通過芯片貼合方法來制造絕緣層上覆硅型應(yīng)變硅 基板。
全文摘要
本發(fā)明是提供一種應(yīng)變硅基板的制造方法，是至少在硅單晶基板上，先形成晶格緩和的硅鍺層，并通過化學(xué)機(jī)械研磨將該硅鍺層的表面平坦化，而在該平坦化后的硅鍺層的表面上形成應(yīng)變硅層的應(yīng)變硅基板的制造方法，其特征在于在上述平坦化后的晶格緩和硅鍺層的表面上，形成應(yīng)變硅層之前，SC1洗凈該硅鍺層的表面，并在800℃以上的含氫環(huán)境中，熱處理具有上述SC1洗凈后的硅鍺層的上述基板，且在該熱處理后未降溫至低于800℃的溫度而是立刻在上述熱處理過后的基板上的硅鍺層表面，形成保護(hù)硅層，并以比該保護(hù)硅層的形成溫度低的溫度，在該保護(hù)硅層的表面上形成應(yīng)變硅層。由此，提供一種應(yīng)變硅基板的制造方法，該應(yīng)變硅基板的制造方法，能夠制造出一種表面粗糙度、貫穿位錯(cuò)密度及微粒程度低的應(yīng)變硅基板。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101558474SQ20078004652
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
發(fā)明者岡哲史, 能登宣彥 申請(qǐng)人:信越半導(dǎo)體股份有限公司