JP3967695B2 - 歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路素子の形成要素たる電界効果トランジスタを作製するための素子形成用基板の製造方法に係わり、特に歪みＳｉチャネルＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴに用いる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＭＯＳ回路素子の高性能化，高機能化のため、歪みＳｉなどの高移動度のチャネル材料を用いることが検討されている。歪みＳｉは、より格子定数の大きな格子緩和ＳｉＧｅ基板上に形成され、基板面内方向に引張り歪みを有している。この引張り歪みの影響でバンド構造が変化し、電子，正孔の移動度はいずれもＳｉに比べて増大する。下地のＳｉＧｅ層のＧｅ組成が大きくなるほど歪みＳｉの歪み量が大きくなり、移動度はより高くなる。
【０００３】
このような歪みＳｉチャネルを有するＭＯＳＦＥＴでＣＭＯＳを構成すれば、同じサイズのＳｉ−ＣＭＯＳよりも高速動作が期待できる。さらに、歪みＳｉチャネルＭＯＳＦＥＴに埋め込み酸化膜を有する構造を組み合わせた歪みＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴは更なる高性能化が期待できる。この歪みＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴにおいて移動度増大の利点を最大限に利用するためには完全空乏型であることが望ましいが、そのためには埋め込み酸化膜上の歪み緩和ＳｉＧｅ層及び歪みＳｉ層を数十ナノメートル程度という非常に薄い膜にしなくてはならず、従って極薄のＳｉＧｅ層を埋め込み酸化膜上に形成する必要がある。
【０００４】
本発明者らを含む研究グループは、このような極薄膜かつ高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ基板を埋め込み酸化膜上に作製するために、酸化濃縮法という手法を提案し、開発してきた（例えば、非特許文献１参照）。この方法では、図１（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１の上に埋め込み酸化膜２とＳｉ層（ＳＯＩ層）３が順次積層されているＳＯＩ基板上に、Ｓｉ層３と格子整合したＳｉＧｅをエピタキシャル成長させることにより歪みＳｉＧｅ層４を作製する。
【０００５】
次いで、１０００℃以上の高温で酸化を行うことにより、図１（ｂ）に示すように、ＳｉＧｅ層４の表面に酸化膜６が形成されるが、Ｇｅがこの酸化膜６からはじき出されることにより、ＳｉＧｅ層４のＧｅ濃度が増す。また、ＧｅがＳｉ層３に拡散するためＳｉ層３とＳｉＧｅ層４の界面は消滅し、十分にＧｅを拡散させると均一組成のＳｉＧｅ層となる。さらにこの過程において、Ｓｉ層３とＳｉＧｅ層４との界面に転位が入ることや埋め込み酸化膜２の塑性変形によって、格子歪みが緩和したＳｉＧｅ層５となる。
【０００６】
本手法では、薄膜で高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が高品質で得られるが、一方で、埋め込み酸化膜付近のＳｉＧｅ層に転位が残留すること、或いは特に高Ｇｅ組成の場合にＳｉＧｅ層の格子緩和が不完全であるという問題がある。
【０００７】
また、埋め込み酸化膜上に同様のＳｉＧｅ層を作製する類似の手法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。この方法では、ＳＯＩ層上に高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層及びＳｉキャップ層をエピタキシャル成長させた基板に対して、加熱処理を行うことにより高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層を融解させる。同時に、熱の効果によりＳｉとＧｅの相互拡散を生じさせ、ＳｉＧｅ層のＧｅ組成を低下させて再結晶化させる。
【０００８】
しかしながら、この方法によってもＳｉＧｅ層の埋め込み酸化膜界面近傍は結晶のまま留まるため、埋め込み酸化膜との結合を切ることが不可能であり、従って埋め込み酸化膜近傍に転位が残留するという問題がある。なお、ＳｉＧｅ層の埋め込み酸化膜界面近傍も溶解させると、ＳｉＧｅ層の再結晶の際のシード部が無くなるため、成長結晶が多結晶となり良質の結晶が得られなくなる。
【０００９】
【非特許文献１】
T.Tezuka, N.Sugiyama, S.Takagi, Appl.Phys.Lett.79, p1798(2001)
【００１０】
【非特許文献２】
N.Sugii, S.Ymaguchi, K.Washio, J.Vac.Sci.Tchnol.B20, p1891(2002)
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、加熱処理の過程を通じてＳＯＩの埋め込み酸化膜界面近傍のＳｉＧｅ層が結晶のままである場合、ＳｉＧｅ層の酸化膜界面近傍に転位が残留するという問題があり、これはＳｉＧｅ層上に作製した歪みＳｉチャネルＭＯＳＦＥＴにおいて接合リーク等によるＯＦＦ電流の増大を招く。また、ＳｉＧｅ層と酸化膜の界面における結合が強固であるため、ＳｉＧｅ層の歪み緩和は不完全なものとなるという問題があり、これはチャネルに十分歪みが加えられず、移動度増大効果の減少につながることになる。
【００１２】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、ＳｉＧｅ層の下地絶縁膜界面近傍における転位の発生を抑制して高品質のＳｉＧｅ結晶を得ることができ、且つＳｉＧｅ層の十分な格子緩和をはかることができる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【００１４】
即ち本発明は、絶縁膜上に格子緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を有する歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法であって、絶縁膜上に第１のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１のＳｉＧｅ層上に該ＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１のＳｉＧｅ層が融解し第２のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施し、第１及び第２のＳｉＧｅ層を再結晶化する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、絶縁膜上に格子緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を有する歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法であって、絶縁膜上に第１のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１のＳｉＧｅ層上に第１のＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第２のＳｉＧｅ層上に第２のＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の高い第３のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１及び第３のＳｉＧｅ層が融解し第２のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施し、第１乃至第３のＳｉＧｅ層を再結晶化する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
【００１７】
(1) 第１のＳｉＧｅ層を形成する工程として、ＳＯＩ基板のＳｉ層上にＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長した後、熱処理を施すことにより、ＳｉＧｅ層上にＳｉ酸化膜を形成すると共に、ＳＯＩ基板の絶縁膜との界面にＧｅ濃度が高くなったＳｉＧｅ層を形成し、しかるのちＳｉＧｅ層上に形成されたＳｉ酸化膜を除去する。
【００１８】
(2) 第２のＳｉＧｅ層は、第１のＳｉＧｅ層側から膜厚方向に対してＧｅ組成が階段状に低くなっている。
【００１９】
(3) 第２のＳｉＧｅ層は、第１のＳｉＧｅ層側から膜厚方向に対してＧｅ組成が連続的に低くなっている。
【００２０】
(4) 第２のＳｉＧｅ層は、Ｇｅ組成が膜厚方向に対して階段状に変化するものであり、中央部が最も低く、第１及び第３のＳｉＧｅ層側で高くなっている。
【００２１】
(5) 第２のＳｉＧｅ層は、Ｇｅ組成が膜厚方向に対して連続的に変化するものであり、中央部が最も低く、第１及び第３のＳｉＧｅ層側で高くなっている。
【００２２】
また本発明は、絶縁膜上に格子緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を有する歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法であって、埋め込み酸化膜上にＳｉ層を形成したＳＯＩ基板のＳｉ層上に第１のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１のＳｉＧｅ層上に該ＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１及び第２のＳｉＧｅ層の積層膜の前記埋め込み酸化膜側に高Ｇｅ組成領域、該積層膜の上層側に低Ｇｅ組成領域が生じるようにＧｅを拡散させる熱処理を施すことによって、傾斜組成のＳｉＧｅ層を形成すると共に、該ＳｉＧｅ層上にＳｉ酸化膜を形成する工程と、前記埋め込み酸化膜界面付近の高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が融解し前記上層側の低Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施し、前記傾斜組成のＳｉＧｅ層を再結晶化する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、絶縁膜上に格子緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を有する歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法であって、埋め込み酸化膜上にＳｉ層を形成したＳＯＩ基板のＳｉ層上に第１のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１のＳｉＧｅ層上に第１のＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１〜第３のＳｉＧｅ層の積層膜の前記埋め込み酸化膜側及び該積層膜の上層側に高Ｇｅ組成領域、該積層膜の中間層に低Ｇｅ組成領域が生じるようにＧｅを拡散させる熱処理を施すことによって、傾斜組成のＳｉＧｅ層を形成すると共に、該ＳｉＧｅ層上にＳｉ酸化膜を形成する工程と、前記埋め込み酸化膜界面付近及び前記Ｓｉ酸化膜界面付近の高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が融解し前記中間層の低Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施し、前記傾斜組成のＳｉＧｅ層を再結晶化する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
（作用）
本発明によれば、酸化膜等の下地絶縁膜界面付近に高Ｇｅ組成の第１のＳｉＧｅ層を形成し、その上に低Ｇｅ組成の第２のＳｉＧｅ層を形成した状態で、加熱処理を施して第１のＳｉＧｅ層のみを融解させることにより、Ｇｅ組成が均一かつ低転位密度で格子歪みが緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を形成することができる。従って、この歪み緩和ＳｉＧｅ基板を用いた歪みＳｉチャネルＭＯＳＦＥＴにおいては、接合リーク等によるＯＦＦ電流の低減と共に移動度増大効果が期待できる。
【００２５】
ここで、ＳｉＧｅの融解温度ＴはＧｅ組成に依存しており、図２に示すように、Ｇｅ組成が高くなるほど融解温度が低くなる。このため、Ｇｅ組成に応じて熱処理温度を選択することにより、第２のＳｉＧｅ層は融解させずに第１のＳｉＧｅ層のみを融解させることができる。これにより、固相状態にある第２のＳｉＧｅ層をシードとして第１のＳｉＧｅ層の再結晶化を進めることができ、良質の結晶を得ることができる。なお、第２のＳｉＧｅ層も融解させると、シードがないためにＳｉＧｅは多結晶となり、良質の結晶は得られなくなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す図である。この実施形態は、酸化濃縮法等の手法により前もって高Ｇｅ組成層を埋め込み酸化膜上に形成することを特徴とする。図の左側が試料の断面図、右側が各位置に対応するＧｅ組成を示す。
【００２８】
まず、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ酸化膜２上に形成された膜厚ｄSOI＝３０ｎｍのＳｉ層（ＳＯＩ層）３上に、ＳｉＧｅ層４をＧｅ組成ｘ0 ＝０．１，膜厚ｄ0 ＝４０ｎｍでエピタキシャル成長させる。この時点でＳｉＧｅ層４に転位が発生しないためには、膜厚ｄ0 が転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。この臨界膜厚はＧｅ組成ｘ0 やエピタキシャル成長温度に依存する値であり（D.C. Houghton, JAP70, 2136 (1991)）、５５０℃で成長した場合においては２００ｎｍ程度の値である。
【００２９】
次いで、先に説明した酸化濃縮法を用い、１０００℃にて乾燥熱酸化を施した後に酸化膜を除去することにより、図３（ｂ）に示す膜厚ｄ1 ＝１０ｎｍ、Ｇｅ組成ｘ1 ＝０．４の高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第１のＳｉＧｅ層）７が得られる。ここで、図３（ａ）の構成を作製するためには、張り合わせ法或いはＳＩＭＯＸ法を用いてもよい。また、図３（ｂ）の構成を張り合わせ法により直接作製することも可能である。
【００３０】
次いで、図３（ｃ）に示すように、高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７上に低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第２のＳｉＧｅ層）８を、膜厚ｄ2 ＝３０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ2 ＝０．３でエピタキシャル成長する。このエピタキシャル成長の際も臨界膜厚を超えないことが好ましく、５５０℃で成長した場合においては４０ｎｍ以下であるとよい。なお、ＳｉＧｅ層８の表面保護のために酸化膜を形成するのが望ましい。そのためには、ＳｉＯ2 等を堆積すればよいが、Ｓｉを堆積或いはエピタキシャル成長させた後に酸化してもよい。
【００３１】
次いで、高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７が融解し、かつ低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８が融解しない温度で加熱処理を施す。本実施形態においては、１２００℃，窒素雰囲気中で加熱処理を行う。図３（ｄ）に加熱処理の途中経過を示す。該過程において、埋め込み酸化膜２上の高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７が融解して融解ＳｉＧｅ層１０となることで埋め込み酸化膜２との結合が切れるため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８の格子歪みが緩和する。同時に、熱の効果によりＧｅ拡散１２が生じＳｉＧｅ層全体のＧｅ組成は時間の経過に伴って均一化の方向に進む。
【００３２】
従って、Ｇｅ組成が融解Ｇｅ組成１１を上回る領域は時間の経過と共に減少し、再結晶化１３が生じる。この際、再結晶化は低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８の結晶性を保ちつつ進行するため、結果として、図３（ｅ）に示すように、均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４が得られる。本実施形態の条件においては、最終膜厚ｄf ＝４０ｎｍ、最終Ｇｅ組成ｘf ＝０．３３である。
【００３３】
加熱処理前，加熱処理後におけるＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の値について、本発明の効果を得ることが可能であるためには、
ｘf ＝（ｄ1ｘ1＋ｄ2ｘ2）／ｄf ＜ｘm(T)…(1)
ｘ2 ＜ｘm(T) ＜ｘ1 …(2)
を満たす必要がある。ここで、ｘm(T) は前記図２に示したように、ＳｉＧｅが温度Ｔによって融解する組成である。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合においてはｄf ＝ｄ1 ＋ｄ2 である。最終的に必要とするＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成等に応じてこれらの条件式（１）（２）の範囲内でＳｉＧｅ層の膜厚，Ｇｅ組成等を選択することが可能である。
【００３４】
また、図３（ｄ）に示すような融解ＳｉＧｅ層１０が残留した状態において加熱処理を終了した場合においても、温度の低下に伴って融解Ｇｅ組成１１が上昇するため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８の結晶性を保ちつつ再結晶化１３を生じせしめ、単結晶を得ることが可能である。さらに、本実施形態の手法を複数回繰り返すことにより、より高Ｇｅ組成，高緩和率のＳｉＧｅ基板を得ることも可能である。
【００３５】
次に、本実施形態の変形例を、図４（ａ）（ｂ）を参照して説明する。何れも図３（ｃ）の形状に対する変形例である。
【００３６】
図４（ａ）は変形例１を説明する図である。この変形例１は、図３（ｃ）に示す基板の替わりに、該基板に対してＳｉＧｅ層８を複数層、Ｇｅ組成を減少させつつ順次追加成膜したものである。これは、Ｇｅ組成の急激な変化による転位の発生を抑制する効果がある。
【００３７】
本変形例１においては、追加した各層の膜厚を基板側から順にｄ2，ｄ3，ｄ4 とし、該層のＧｅ組成を基板側から順にｘ2，ｘ3，ｘ4 とすると、ｄ2 ＝ｄ3 ＝ｄ4 ＝２０ｎｍ、ｘ2 ＝０．３５，ｘ3 ＝０．３０，ｘ4 ＝０．２５である。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。
【００３８】
該基板を用いて１２００℃，窒素雰囲気中にて加熱処理を行った場合に得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚はｄf ＝７０ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３１である。ここで、ＳｉＧｅ層がｎ層積層されているとして加熱処理前及び加熱処理後における各ＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の値について、本発明の効果を得ることが可能となるためには、
【数１】
を満たすことが必要である。ここで、ｄi（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、加熱処理前の第ｉ層の膜厚であり、ｘi（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、加熱処理前の第ｉ層のＧｅ組成であり、ｘmin は加熱処理前のＳｉＧｅ層のＧｅ組成の最小値であり、ｘBOX はＳｉＧｅ層の埋め込み酸化膜界面近傍部分のＧｅ組成である。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合は
【数２】
となる。
【００３９】
図４（ｂ）は変形例２を説明する図である。この変形例２は、図３（ｂ）に示す基板に対して、Ｇｅ組成を０．４から０．２５まで連続的に減少させた傾斜Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９を膜厚４０ｎｍで追加作製したものである。傾斜組成構造はＧｅ組成の不連続な変化による転位発生を抑制する効果がある。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。
【００４０】
該変形例２に示す構造を用いて１２００℃，窒素雰囲気中にて加熱処理を行った結果得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚はｄf ＝５０ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３４である。ここで、加熱処理前のＧｅ組成が表面に垂直な方向の座標ｒに対してｘ（ｒ）で表されるとすると、本発明の効果を得ることが可能となるためには、
【数３】
及び（４）（５）式を満たしていなくてはならない。ここで、ｒ1，ｒ2 はそれぞれ加熱処理前の全ＳｉＧｅ層の下端と上端の座標である。また特に、加熱処理が酸化を伴わない場合は、ｄf ＝ｒ2 −ｒ1 となる。
【００４１】
このように本実施形態によれば、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜２上に高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層７と低Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層８を積層した状態で、ＳｉＧｅ層７を融解しＳｉＧｅ層８を融解しない温度で加熱処理することにより、固相状態にあるＳｉＧｅ層８をシードとしてＳｉＧｅ層７の再結晶化を進めることができ、Ｇｅ組成が均一かつ低転位密度で格子歪みが緩和した単結晶ＳｉＧｅ層１４を形成することができる。
【００４２】
即ち、加熱処理の過程において高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層７が融解することにより低Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層８が酸化膜２との結合から解放されるため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８の格子歪み緩和が促進される。また、この過程でＳｉＧｅ層内でＧｅが拡散することにより、低Ｇｅ組成層の結晶性を保ちつつ再結晶化が進行するため、ＳｉＧｅ層全体にわたって高い結晶性が得られる。
【００４３】
従って、この歪み緩和ＳｉＧｅ基板を用いて歪みＳｉチャネルＭＯＳＦＥＴを作製した場合、接合リーク等によるＯＦＦ電流の低減と共に移動度増大効果が期待できる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す図であり、図の左側が試料の断面を示し、右側が各位置に対応するＧｅ組成を示している。
【００４５】
この実施形態が、先に説明した第１の実施形態と異なる点は、表面酸化膜界面付近に高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層を追加したことにある。この高Ｇｅ組成ＳｉＧｅの追加により本実施形態は、第１の実施形態と比較して、加熱処理におけるＳｉＧｅ層と表面酸化膜との結合をＳｉＧｅ層の融解によって切ることが可能であることから、歪みの緩和がより促進される効果が期待できる。
【００４６】
まず、図５（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板のＳｉ酸化膜２上に、膜厚ｄ1 ＝１０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ1 ＝０．４の高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第１のＳｉＧｅ層）７と、膜厚ｄ2 ＝３０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ2 ＝０．３の低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第２のＳｉＧｅ層）８を形成する。このようなＳｉＧｅ層７，８の積層構造の製法は、第１の実施形態で説明した前記図３（ａ）〜（ｃ）の工程と同様にすればよい。
【００４７】
次いで、図５（ｂ）に示すように、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８上に、膜厚ｄ3 ＝１０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ3 ＝０．４の高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第３のＳｉＧｅ層）７’を形成する。この層を形成する際も、臨界膜厚を超えないことが望ましい。また、表面保護のために酸化膜を形成するのが望ましい。そのためには、ＳｉＯ2 等を堆積すればよいが、Ｓｉを堆積或いはエピタキシャル成長させた後に酸化してもよい。
【００４８】
次いで、高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７，７’が融解し、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８が融解しない温度で加熱処理を施す。本実施形態においては、１２００℃，窒素雰囲気中で加熱処理を行う。図５（ｃ）に加熱処理の途中経過を示す。該過程において、埋め込み酸化膜界面付近の高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７が融解して融解ＳｉＧｅ層１０が生じると共に、表面酸化膜界面付近の高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７’が融解して融解ＳｉＧｅ層１０’が生じることで、ＳｉＧｅ層の埋め込み酸化膜２及び表面酸化膜６との結合が切れるため、低Ｇｅ組成層８の格子歪みの緩和が促進される。同時に、熱の効果によりＧｅ拡散１２が生じＳｉＧｅ層全体のＧｅ組成は時間の経過に伴って均一化の方向に進む。
【００４９】
従って、Ｇｅ組成が融解Ｇｅ組成１１を上回る領域は時間の経過と共に減少し、再結晶化１３が生じる。この際、再結晶化は低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８の結晶性を保ちつつ進行するため、結果として図５（ｄ）に示す均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４が得られる。本実施形態の条件においては、最終膜厚ｄf ＝５０ｎｍ、最終Ｇｅ組成ｘf ＝０．３４である。
【００５０】
加熱処理前，加熱処理後におけるＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の値について、本発明の効果を得ることが可能であるためには、
ｘf＝(ｄ1ｘ1＋ｄ2ｘ2＋ｄ3ｘ3)／ｄf＜ｘm(T)
…(8)
ｘ2 ＜ｘm(T) ＜ｘ1 ，ｘ3 …(9)
である必要がある。ここで、特に加熱処理が酸化を伴わない場合においてはｄf ＝ｄ1＋ｄ2＋ｄ3 である。また、図５（ｃ）に示す融解ＳｉＧｅ層１０，１０’が残留した状態において加熱処理を終了した場合においても、温度の低下に伴って融解Ｇｅ組成１１が上昇するため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８の結晶性を保ちつつ再結晶化１３を生じせしめ単結晶を得ることが可能である。さらに、加熱処理にてＧｅ組成を均一化すれば、図５（ｄ）を得る。
【００５１】
次に、本実施形態の変形例を、図６（ａ）（ｂ）を参照して説明する。何れも図５（ｂ）の形状に対する変形例である。
【００５２】
図６（ａ）は変形例１を説明する図である。この変形例１は、図５（ｂ）における低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８として、Ｇｅ組成の異なる複数の層を用い、各々の層におけるＧｅ組成を、高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７，７’側から段階的に低くしたものである。即ち、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８は中央部でＧｅ組成が最も低く、高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７，７’側でＧｅ組成が階段状に高くなっている。このような構造は、Ｇｅ組成の急激な変化による転位の発生を抑制する効果がある。
【００５３】
本変形例１においては、前記図４（ａ）に示す構成に追加した各層の膜厚を基板側から順にｄ5，ｄ6，ｄ7 とし、各層のＧｅ組成を基板側から順にｘ5，ｘ6，ｘ7 とすると、ｄ5 ＝ｄ6 ＝２０ｎｍ，ｄ7 ＝１０ｎｍ、ｘ5 ＝０．３，ｘ6 ＝０．３５，ｘ7 ＝０．４である。これらの層を形成する際には、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。
【００５４】
該変形例に示す構造を用いて１２００℃，窒素雰囲気中にて加熱処理を行った場合に得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚はｄf ＝１２０ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３３である。ここで、ＳｉＧｅ層がｎ層積層されているとして、加熱処理前及び加熱処理後における各ＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の値について、本発明の効果を得ることが可能となるためには、前記（３）（４）（５）式及び
ｘm(T) ＜ｘcap …(10)
を満たすことが必要である。ここで、ｘcap は表面酸化膜近傍のＳｉＧｅ層のＧｅ組成である。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合は、歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚は前記（６）式となる。
【００５５】
図６（ｂ）は変形例２を説明する図である。この変形例２は、図５（ｂ）の替わりに、前記図４（ｂ）上にＧｅ組成を０．２５から０．４まで連続的に増加させた傾斜Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９を膜厚４０ｎｍで追加作製した構造を用いる方法である。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。傾斜組成構造は不連続なＧｅ組成の変化による転位発生を抑制する効果がある。
【００５６】
該変形例に示す基板を１２００℃，窒素雰囲気中にて加熱処理を行った結果得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４は、最終膜厚がｄf ＝９０ｎｍ、最終Ｇｅ組成がｘf ＝０．３３である。ここで、本発明の効果を得ることが可能となるための条件は、（４）（５）（７）式及び（10）式を満たすことである。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合、ｄf ＝ｒ2−ｒ1 となる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す図であり、図の左側が試料の断面を示し、右側が各位置に対応するＧｅ組成を示している。この実施形態は、ＳＯＩ層にＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長させたものに対して加熱処理のみを行い、加熱処理後のＳｉＧｅ層上にＳｉＧｅ層を追加作製する手順を伴わないことを特徴とする。
【００５８】
まず、図７（ａ）に示すように、膜厚ｄSOI ＝５ｎｍのＳＯＩ層３上に、エピタキシャル成長によって高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７（膜厚ｄ1 ＝４５ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ1 ＝０．４５）、及び低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８（膜厚ｄ2 ＝５０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ2 ＝０．２５）を順次作製する。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。該基板に対して表面保護のために酸化膜を形成するのが望ましい。そのためには、ＳｉＯ2 等を堆積すればよいが、Ｓｉを堆積或いはエピタキシャル成長させた後に酸化してもよい。
【００５９】
次いで、加熱処理を施すことによってＳｉＧｅ層８の埋め込み酸化膜２側に高Ｇｅ組成領域、該層の上層部に低Ｇｅ組成領域が生じるようにＧｅを拡散させる。図７（ｂ）は（ａ）に対して１０５０℃における加熱処理を２時間行った結果を示す。傾斜Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層９が形成されると共に、該層９上にＳｉ酸化膜６が形成されている。
【００６０】
次いで、埋め込み酸化膜界面付近の高Ｇｅ組成領域のみが融解し、上層部の低Ｇｅ組成領域が融解しない温度で加熱処理を施す。本実施形態においては、１２００℃，窒素雰囲気中で加熱処理を行う。図７（ｃ）に加熱処理の途中経過を示す。傾斜Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層９の埋め込み酸化膜界面付近が融解して融解ＳｉＧｅ層１０となることで、ＳｉＧｅ層９と埋め込み酸化膜２との結合が切れるため、ＳｉＧｅ層９の格子歪みの緩和が促進される。同時に、熱の効果によりＧｅ拡散１２が生じＳｉＧｅ層全体のＧｅ組成は時間の経過に伴って均一化の方向に進む。
【００６１】
従って、Ｇｅ組成が融解Ｇｅ組成１１を上回る領域は時間の経過と共に減少し、再結晶化１３が生じる。この際、再結晶化は低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９の結晶性を保ちつつ進行するため、結果として図７（ｄ）に示す均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４が得られる。
【００６２】
本実施形態の条件においては、最終膜厚ｄf ＝１００ｎｍ、最終Ｇｅ組成ｘf ＝０．３３である。ここで、図７（ａ）に示す基板構造は、ＳＯＩ上に直接高いＧｅ組成のＳｉＧｅ層を作製することによる転位の発生を抑制するために、ＳＯＩと高Ｇｅ組成層の中間にＧｅ組成０．１程度のＳｉＧｅ薄膜、或いは徐々にＧｅ組成の上昇する傾斜組成層を作製してもよい。また、図７（ｃ）に示す融解ＳｉＧｅ層が残留した状態において加熱処理を終了した場合においても、温度の低下に伴って融解Ｇｅ組成１１が上昇するため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９の結晶性を保ちつつ再結晶化１３を生じせしめ単結晶を得ることが可能である。
【００６３】
また、本実施形態に示した手法により作製したＳｉＧｅ基板に対して更に第１の実施形態或いは第２の実施形態の手法を用いることにより、より高Ｇｅ組成，高緩和率のＳｉＧｅ基板を得ることも可能である。
【００６４】
本発明の効果を得ることが可能であるＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の範囲は、次の通りである。まず、図７（ｂ）におけるＳｉＧｅ層の埋め込み酸化膜界面付近のＧｅ組成が、引き続き施される加熱処理の温度における融解Ｇｅ組成ｘm(T) を上回ることが必要である。そのための目安として
ｄ1ｘ1 ／（ｄ1 ＋ｄSOI ）＞ｘm(T) …(11)
を満たすことが必要である。次に、結果として得られる図７（ｄ）の基板のＳｉＧｅ層が単結晶であるためには、前記（１）式及び（５）式を満たすことが必要である。特に加熱処理が酸化を伴わない場合においては、ｄf ＝ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄSOI である。
【００６５】
次に、本実施形態の変形例を、図８（ａ）（ｂ）を参照して説明する。何れも図７（ａ）の形状に対する変形例である。
【００６６】
図８（ａ）は変形例１を説明する図である。この変形例１は、図７（ａ）の替わりに、膜厚ｄSOI ＝５ｎｍのＳＯＩ層３上にＳｉＧｅ層を複数層、Ｇｅ組成を減少させつつ順次積層したものを用いる。該構造はＧｅ組成の不連続な変化による転位の発生を抑制する効果がある。
【００６７】
本変形例１においては、各ＳｉＧｅ層の膜厚を基板側から順にｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4 とし、各ＳｉＧｅ層のＧｅ組成を基板側から順にｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4 とすると、ｄ1 ＝４５ｎｍ，ｄ2 ＝２０ｎｍ，ｄ3 ＝２０ｎｍ，ｄ4 ＝３５ｎｍ、ｘ1 ＝０．４５，ｘ2 ＝０．３５，ｘ3 ＝０．３，ｘ4 ＝０．２５である。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。
【００６８】
該基板を本実施形態の手順の通りに加熱処理を施すと、最終的に得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の膜厚はｄf ＝１２５ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３４である。本変形例において本発明の効果を得ることが可能であるためのＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の範囲は、下記の通りである。まず、図７（ｃ）の過程において埋め込み酸化膜近傍のＳｉＧｅが融解するための目安として
ｄmｘ1／（ｄm＋ｄSOI）＞ｘm(T) …(12)
を満たすことが必要である。ここで、ｄm は埋め込み酸化膜近傍のＳｉＧｅ層のうちで融解Ｇｅ組成１１を超えるＧｅ組成を有する部分の膜厚である。次に、最終的に得られるＳｉＧｅ層が単結晶であるための条件として、前記（３）式及び（５）式を満たす必要がある。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合においては、
【数４】
である。
【００６９】
図８（ｂ）は変形例２を説明する図である。この変形例２は、図７（ａ）の替わりに、ＳＯＩ上にＧｅ組成を０．４５から０．２５まで連続的に減少させた傾斜Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９を膜厚１００ｎｍで追加作製したものを用いる。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。傾斜組成構造は不連続なＧｅ組成の変化による転位発生を抑制する効果がある。
【００７０】
該変形例に示す基板を１２００℃，窒素雰囲気中にて加熱処理を行った結果得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚はｄf ＝１２５ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３４である。ここで、本変形例において本発明の効果を得ることが可能であるためのＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の範囲は、下記の通りである。まず、図７（ｃ）の過程において埋め込み酸化膜近傍のＳｉＧｅが融解するための目安として
【数５】
を満たすことが必要である。次に、最終的に得られるＳｉＧｅ層が単結晶であるための条件として、（５）式及び（７）式を満たす必要がある。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合、ｄf ＝ｒ2 −ｒ1 ＋ｄSOI である。
【００７１】
（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す図である。本実施形態は、第３の実施形態に対して表面酸化膜界面付近に高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層を追加したものを用いることを特徴とする。本実施形態は第３の実施形態と比較して、加熱処理におけるＳｉＧｅ層と表面酸化膜との結合をＳｉＧｅ層の融解によって切ることが可能であることから、より緩和が促進される効果がある。
【００７２】
まず、図９（ａ）に示すように、膜厚ｄSOI ＝５ｎｍのＳＯＩ層３上に、エピタキシャル成長によって高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７（膜厚ｄ1 ＝４５ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ1 ＝０．４５）、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８（膜厚ｄ2 ＝５０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ2 ＝０．２５）、高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７’（膜厚ｄ1 ＝１０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ1 ＝０．４５）を順次作製する。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。該基板に対して表面保護のために酸化膜を形成するのが望ましい。そのためには、ＳｉＯ2 等を堆積すればよいが、Ｓｉを堆積或いはエピタキシャル成長させた後に酸化してもよい。
【００７３】
次いで、加熱処理を施すことによってＳｉＧｅ層の埋め込み酸化膜界面近傍及び表面酸化膜界面近傍に高Ｇｅ組成領域、中間層に低Ｇｅ組成領域が生じるようにＧｅを拡散させる。図９（ｂ）は（ａ）に対して１０５０℃における加熱処理を２時間行った結果を示している。この状態では、ＳｉＧｅ層８よりもＧｅ組成の高いＳｉＧｅ層９が形成され、ＳｉＧｅ層９上にＳｉ酸化膜６が形成されている。また、ＳｉＧｅ層９の埋め込み酸化膜界面近傍及び表面酸化膜界面近傍は高Ｇｅ組成領域となっている。
【００７４】
次いで、ＳｉＧｅ層９の埋め込み酸化膜界面近傍及び表面酸化膜界面近傍の高Ｇｅ組成領域のみが融解し、中間層の低Ｇｅ組成領域が融解しない温度で加熱処理を施す。本実施形態においては、１２００℃，窒素雰囲気中で加熱処理を行う。図９（ｃ）に加熱処理の途中経過を示す。ＳｉＧｅ層９の埋め込み酸化膜界面近傍及び表面酸化膜界面近傍が融解して融解ＳｉＧｅ層１０，１０’となることでＳｉＧｅ層９の埋め込み酸化膜２及び表面酸化膜６との結合が切れるため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９の格子歪みの緩和が促進される。同時に、熱の効果によりＧｅ拡散１２が生じＳｉＧｅ層全体のＧｅ組成は時間の経過に伴って均一化の方向に進む。
【００７５】
従って、Ｇｅ組成が融解Ｇｅ組成１１を上回る領域は時間の経過と共に減少し、再結晶化１３が生じる。この際、再結晶化は低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９の結晶性を保ちつつ進行するため、結果として図９（ｄ）に示す均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４が得られる。
【００７６】
本実施形態の条件においては、最終膜厚ｄf ＝１１０ｎｍ、最終Ｇｅ組成ｘf ＝０．３４である。ここで、図９（ａ）の基板構造について、ＳＯＩ上に直接高いＧｅ組成のＳｉＧｅ層を作製することによる転位の発生を抑制するために、ＳＯＩと高Ｇｅ組成層の中間にＧｅ組成０．１程度のＳｉＧｅ薄膜、或いは徐々にＧｅ組成の上昇する傾斜組成層を作製してもよい。また、図９（ｃ）に示す融解ＳｉＧｅ層が残留した状態において加熱処理を終了した場合においても、温度の低下に伴って融解Ｇｅ組成１１が上昇するため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９の結晶性を保ちつつ再結晶化１３を生じせしめ単結晶を得ることが可能である。
【００７７】
また、本実施形態に示した手法により作製したＳｉＧｅ基板に対して更に第１の実施形態或いは第２の実施形態の手法を用いることにより、より高Ｇｅ組成，高緩和率のＳｉＧｅ基板を得ることも可能である。
【００７８】
本発明の効果を得ることが可能であるＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の範囲は、次の通りである。まず、図９（ｂ）におけるＳｉＧｅ層９の埋め込み酸化膜界面近傍のＧｅ組成が、引き続き施される加熱処理の温度における融解Ｇｅ組成ｘm(T) を上回ることが必要である。そのための目安として前記（11）式を満たすことが必要である。また、ＳｉＧｅ層９の表面酸化膜界面近傍が引き続き施される加熱処理の温度において融解するために、前記（10）式を満たすことが必要である。次に、結果として得られる図９（ｄ）の基板のＳｉＧｅ層１４が単結晶であるためには、前記（５）式及び（８）式を満たすことが必要である。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合においては、歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚は前記（13）式となる。
【００７９】
次に、本実施形態の変形例を、図１０（ａ）（ｂ）を参照して説明する。何れも図９（ａ）の形状に対する変形例である。
【００８０】
図１０（ａ）は変形例１を説明する図である。この変形例１は、図９（ａ）の替わりに、膜厚ｄSOI ＝５ｎｍのＳＯＩ層３上にＳｉＧｅ層を複数層、Ｇｅ組成を減少させながら順次積層した上に、Ｇｅ組成を増加させながら順次積層したものを用いることを特徴とする。該構造はＧｅ組成の不連続な変化による転位の発生を抑制する効果がある。
【００８１】
本変形例１においては、各ＳｉＧｅ層の膜厚を基板側から順にｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4，ｄ5，ｄ6，ｄ7 とし、各ＳｉＧｅ層のＧｅ組成を基板側から順にｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4，ｘ5，ｘ6，ｘ7 とすると、ｄ1 ＝４５ｎｍ，ｄ2 ＝２０ｎｍ，ｄ3 ＝２０ｎｍ，ｄ4 ＝３５ｎｍ，ｄ5 ＝２０ｎｍ，ｄ6 ＝２０ｎｍ，ｄ7 ＝１０ｎｍ、ｘ1 ＝０．４５，ｘ2 ＝０．３５，ｘ3 ＝０．３，ｘ4 ＝０．２５，ｘ5 ＝０．３，ｘ6 ＝０．３５，ｘ7 ＝０．４５である。これらの層を形成する際には、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。
【００８２】
該基板を本実施形態の手順の通りに加熱処理を施すと、最終的に得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚はｄf ＝１７５ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３４である。本変形例１において本発明の効果を得ることが可能であるためのＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の範囲は、下記の通りである。
【００８３】
まず、図９（ｃ）の過程において埋め込み酸化膜近傍のＳｉＧｅが融解するための目安として前記（12）式を満たすことが必要である。また、ＳｉＧｅ層の表面酸化膜界面近傍が、引き続き施される加熱処理の温度において融解するために、前記（10）式を満たすことが必要である。次に、最終的に得られるＳｉＧｅ層が単結晶であるための条件として、前記（３）式及び（５）式を満たす必要がある。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合においては、歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚は前記（13）式となる。
【００８４】
図１０（ｂ）は変形例２を説明する図である。この変形例２は、図９（ａ）の替わりに、ＳＯＩ上にＧｅ組成を０．４５から０．２５まで連続的に減少させた上にＧｅを０．２５からまで連続的に増加させた傾斜Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９を用いることを特徴とする。このような傾斜組成構造は、不連続なＧｅ組成の変化による転位発生を抑制する効果がある。
【００８５】
該変形例に示す基板を１２００℃，窒素雰囲気中にて加熱処理を行った結果得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚はｄf ＝２０５ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３４である。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。ここで、本変形例２において本発明の効果を得ることが可能であるＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の範囲は、下記の通りである。
【００８６】
まず、図９（ｃ）の過程において埋め込み酸化膜近傍のＳｉＧｅが融解するための目安として前記（14）式を満たすことが必要である。また、ＳｉＧｅ層の表面酸化膜界面近傍が、引き続き施される加熱処理の温度において融解するために、前記（10）式を満たすことが必要である。また、最終的に得られるＳｉＧｅ層が単結晶であるための条件として、前記（５）式及び（７）式を満たす必要がある。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合においては、ｄf ＝ｒ2−ｒ1＋ｄSOI である。
【００８７】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。例えば、第１〜第３のＳｉＧｅ層における膜厚やＧｅ組成等の条件は仕様に応じて適宜変更可能である。具体的には、第１，第３のＳｉＧｅ層のＧｅ組成が高く、第２のＳｉＧｅ層のＧｅ組成が低いものであれば、各層のＧｅ組成は適宜変更可能である。また、再結晶化のための熱処理温度は、第１〜第３のＳｉＧｅ層におけるＧｅ組成との関係を考慮し、第１，第３のＳｉＧｅ層が融解し、第２のＳｉＧｅ層が融解しない範囲で適宜定めればよい。
【００８８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、絶縁膜上にＧｅ組成の高い第１のＳｉＧｅ層とＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を積層した状態で、第１のＳｉＧｅ層が融解し第２のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施してＳｉＧｅを再結晶化することにより、ＳｉＧｅ層の下地絶縁膜界面近傍における転位の発生を抑制して高品質のＳｉＧｅ結晶を得ることができ、且つＳｉＧｅ層の十分な格子緩和をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化濃縮法を説明するための工程断面図。
【図２】融解Ｇｅ組成の温度依存性を説明するための特性図。
【図３】第１の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す断面図とＧｅ組成図。
【図４】第１の実施形態の変形例を示す断面図とＧｅ組成図。
【図５】第２の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す断面図とＧｅ組成図。
【図６】第２の実施形態の変形例を示す断面図とＧｅ組成図。
【図７】第３の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す断面図とＧｅ組成図。
【図８】第３の実施形態の変形例を示す断面図とＧｅ組成図。
【図９】第４の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す断面図とＧｅ組成図。
【図１０】第４の実施形態の変形例を示す断面図とＧｅ組成図。
【符号の説明】
１…Ｓｉ基板
２…埋め込み酸化膜
３…Ｓｉ層（ＳＯＩ層）
４…歪みＳｉＧｅ層
５…緩和ＳｉＧｅ層
６…酸化膜
７…高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第１のＳｉＧｅ層）
７’…高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第３のＳｉＧｅ層）
８…低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第２のＳｉＧｅ層）
９…傾斜Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層
１０，１０’…融解ＳｉＧｅ層
１１…融解Ｇｅ組成
１２…Ｇｅ拡散
１３…再結晶化
１４…歪み緩和ＳｉＧｅ層
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路素子の形成要素たる電界効果トランジスタを作製するための素子形成用基板の製造方法に係わり、特に歪みＳｉチャネルＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴに用いる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＭＯＳ回路素子の高性能化，高機能化のため、歪みＳｉなどの高移動度のチャネル材料を用いることが検討されている。歪みＳｉは、より格子定数の大きな格子緩和ＳｉＧｅ基板上に形成され、基板面内方向に引張り歪みを有している。この引張り歪みの影響でバンド構造が変化し、電子，正孔の移動度はいずれもＳｉに比べて増大する。下地のＳｉＧｅ層のＧｅ組成が大きくなるほど歪みＳｉの歪み量が大きくなり、移動度はより高くなる。
【０００３】
このような歪みＳｉチャネルを有するＭＯＳＦＥＴでＣＭＯＳを構成すれば、同じサイズのＳｉ−ＣＭＯＳよりも高速動作が期待できる。さらに、歪みＳｉチャネルＭＯＳＦＥＴに埋め込み酸化膜を有する構造を組み合わせた歪みＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴは更なる高性能化が期待できる。この歪みＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴにおいて移動度増大の利点を最大限に利用するためには完全空乏型であることが望ましいが、そのためには埋め込み酸化膜上の歪み緩和ＳｉＧｅ層及び歪みＳｉ層を数十ナノメートル程度という非常に薄い膜にしなくてはならず、従って極薄のＳｉＧｅ層を埋め込み酸化膜上に形成する必要がある。
【０００４】
本発明者らを含む研究グループは、このような極薄膜かつ高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ基板を埋め込み酸化膜上に作製するために、酸化濃縮法という手法を提案し、開発してきた（例えば、非特許文献１参照）。この方法では、図１（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１の上に埋め込み酸化膜２とＳｉ層（ＳＯＩ層）３が順次積層されているＳＯＩ基板上に、Ｓｉ層３と格子整合したＳｉＧｅをエピタキシャル成長させることにより歪みＳｉＧｅ層４を作製する。
【０００５】
次いで、１０００℃以上の高温で酸化を行うことにより、図１（ｂ）に示すように、ＳｉＧｅ層４の表面に酸化膜６が形成されるが、Ｇｅがこの酸化膜６からはじき出されることにより、ＳｉＧｅ層４のＧｅ濃度が増す。また、ＧｅがＳｉ層３に拡散するためＳｉ層３とＳｉＧｅ層４の界面は消滅し、十分にＧｅを拡散させると均一組成のＳｉＧｅ層となる。さらにこの過程において、Ｓｉ層３とＳｉＧｅ層４との界面に転位が入ることや埋め込み酸化膜２の塑性変形によって、格子歪みが緩和したＳｉＧｅ層５となる。
【０００６】
本手法では、薄膜で高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が高品質で得られるが、一方で、埋め込み酸化膜付近のＳｉＧｅ層に転位が残留すること、或いは特に高Ｇｅ組成の場合にＳｉＧｅ層の格子緩和が不完全であるという問題がある。
【０００７】
また、埋め込み酸化膜上に同様のＳｉＧｅ層を作製する類似の手法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。この方法では、ＳＯＩ層上に高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層及びＳｉキャップ層をエピタキシャル成長させた基板に対して、加熱処理を行うことにより高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層を融解させる。同時に、熱の効果によりＳｉとＧｅの相互拡散を生じさせ、ＳｉＧｅ層のＧｅ組成を低下させて再結晶化させる。
【０００８】
しかしながら、この方法によってもＳｉＧｅ層の埋め込み酸化膜界面近傍は結晶のまま留まるため、埋め込み酸化膜との結合を切ることが不可能であり、従って埋め込み酸化膜近傍に転位が残留するという問題がある。なお、ＳｉＧｅ層の埋め込み酸化膜界面近傍も溶解させると、ＳｉＧｅ層の再結晶の際のシード部が無くなるため、成長結晶が多結晶となり良質の結晶が得られなくなる。
【０００９】
【非特許文献１】
T.Tezuka, N.Sugiyama, S.Takagi, Appl.Phys.Lett.79, p1798(2001)
【００１０】
【非特許文献２】
N.Sugii, S.Ymaguchi, K.Washio, J.Vac.Sci.Tchnol.B20, p1891(2002)
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、加熱処理の過程を通じてＳＯＩの埋め込み酸化膜界面近傍のＳｉＧｅ層が結晶のままである場合、ＳｉＧｅ層の酸化膜界面近傍に転位が残留するという問題があり、これはＳｉＧｅ層上に作製した歪みＳｉチャネルＭＯＳＦＥＴにおいて接合リーク等によるＯＦＦ電流の増大を招く。また、ＳｉＧｅ層と酸化膜の界面における結合が強固であるため、ＳｉＧｅ層の歪み緩和は不完全なものとなるという問題があり、これはチャネルに十分歪みが加えられず、移動度増大効果の減少につながることになる。
【００１２】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、ＳｉＧｅ層の下地絶縁膜界面近傍における転位の発生を抑制して高品質のＳｉＧｅ結晶を得ることができ、且つＳｉＧｅ層の十分な格子緩和をはかることができる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【００１４】
即ち本発明は、絶縁膜上に格子緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を有する歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法であって、絶縁膜上に第１のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１のＳｉＧｅ層上に該ＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１のＳｉＧｅ層が融解し第２のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施し、第１及び第２のＳｉＧｅ層を再結晶化する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、絶縁膜上に格子緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を有する歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法であって、絶縁膜上に第１のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１のＳｉＧｅ層上に第１のＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第２のＳｉＧｅ層上に第２のＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の高い第３のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１及び第３のＳｉＧｅ層が融解し第２のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施し、第１乃至第３のＳｉＧｅ層を再結晶化する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
【００１７】
(1) 第１のＳｉＧｅ層を形成する工程として、ＳＯＩ基板のＳｉ層上にＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長した後、熱処理を施すことにより、ＳｉＧｅ層上にＳｉ酸化膜を形成すると共に、ＳＯＩ基板の絶縁膜との界面にＧｅ濃度が高くなったＳｉＧｅ層を形成し、しかるのちＳｉＧｅ層上に形成されたＳｉ酸化膜を除去する。
【００１８】
(2) 第２のＳｉＧｅ層は、第１のＳｉＧｅ層側から膜厚方向に対してＧｅ組成が階段状に低くなっている。
【００１９】
(3) 第２のＳｉＧｅ層は、第１のＳｉＧｅ層側から膜厚方向に対してＧｅ組成が連続的に低くなっている。
【００２０】
(4) 第２のＳｉＧｅ層は、Ｇｅ組成が膜厚方向に対して階段状に変化するものであり、中央部が最も低く、第１及び第３のＳｉＧｅ層側で高くなっている。
【００２１】
(5) 第２のＳｉＧｅ層は、Ｇｅ組成が膜厚方向に対して連続的に変化するものであり、中央部が最も低く、第１及び第３のＳｉＧｅ層側で高くなっている。
【００２２】
また本発明は、絶縁膜上に格子緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を有する歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法であって、埋め込み酸化膜上にＳｉ層を形成したＳＯＩ基板のＳｉ層上に第１のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１のＳｉＧｅ層上に該ＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１及び第２のＳｉＧｅ層の積層膜の前記埋め込み酸化膜側に高Ｇｅ組成領域、該積層膜の上層側に低Ｇｅ組成領域が生じるようにＧｅを拡散させる熱処理を施すことによって、傾斜組成のＳｉＧｅ層を形成すると共に、該ＳｉＧｅ層上にＳｉ酸化膜を形成する工程と、前記埋め込み酸化膜界面付近の高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が融解し前記上層側の低Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施し、前記傾斜組成のＳｉＧｅ層を再結晶化する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、絶縁膜上に格子緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を有する歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法であって、埋め込み酸化膜上にＳｉ層を形成したＳＯＩ基板のＳｉ層上に第１のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１のＳｉＧｅ層上に第１のＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を形成する工程と、第１〜第３のＳｉＧｅ層の積層膜の前記埋め込み酸化膜側及び該積層膜の上層側に高Ｇｅ組成領域、該積層膜の中間層に低Ｇｅ組成領域が生じるようにＧｅを拡散させる熱処理を施すことによって、傾斜組成のＳｉＧｅ層を形成すると共に、該ＳｉＧｅ層上にＳｉ酸化膜を形成する工程と、前記埋め込み酸化膜界面付近及び前記Ｓｉ酸化膜界面付近の高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が融解し前記中間層の低Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施し、前記傾斜組成のＳｉＧｅ層を再結晶化する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
（作用）
本発明によれば、酸化膜等の下地絶縁膜界面付近に高Ｇｅ組成の第１のＳｉＧｅ層を形成し、その上に低Ｇｅ組成の第２のＳｉＧｅ層を形成した状態で、加熱処理を施して第１のＳｉＧｅ層のみを融解させることにより、Ｇｅ組成が均一かつ低転位密度で格子歪みが緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を形成することができる。従って、この歪み緩和ＳｉＧｅ基板を用いた歪みＳｉチャネルＭＯＳＦＥＴにおいては、接合リーク等によるＯＦＦ電流の低減と共に移動度増大効果が期待できる。
【００２５】
ここで、ＳｉＧｅの融解温度ＴはＧｅ組成に依存しており、図２に示すように、Ｇｅ組成が高くなるほど融解温度が低くなる。このため、Ｇｅ組成に応じて熱処理温度を選択することにより、第２のＳｉＧｅ層は融解させずに第１のＳｉＧｅ層のみを融解させることができる。これにより、固相状態にある第２のＳｉＧｅ層をシードとして第１のＳｉＧｅ層の再結晶化を進めることができ、良質の結晶を得ることができる。なお、第２のＳｉＧｅ層も融解させると、シードがないためにＳｉＧｅは多結晶となり、良質の結晶は得られなくなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す図である。この実施形態は、酸化濃縮法等の手法により前もって高Ｇｅ組成層を埋め込み酸化膜上に形成することを特徴とする。図の左側が試料の断面図、右側が各位置に対応するＧｅ組成を示す。
【００２８】
まず、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ酸化膜２上に形成された膜厚ｄSOI＝３０ｎｍのＳｉ層（ＳＯＩ層）３上に、ＳｉＧｅ層４をＧｅ組成ｘ0 ＝０．１，膜厚ｄ0 ＝４０ｎｍでエピタキシャル成長させる。この時点でＳｉＧｅ層４に転位が発生しないためには、膜厚ｄ0 が転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。この臨界膜厚はＧｅ組成ｘ0 やエピタキシャル成長温度に依存する値であり（D.C. Houghton, JAP70, 2136 (1991)）、５５０℃で成長した場合においては２００ｎｍ程度の値である。
【００２９】
次いで、先に説明した酸化濃縮法を用い、１０００℃にて乾燥熱酸化を施した後に酸化膜を除去することにより、図３（ｂ）に示す膜厚ｄ1 ＝１０ｎｍ、Ｇｅ組成ｘ1 ＝０．４の高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第１のＳｉＧｅ層）７が得られる。ここで、図３（ａ）の構成を作製するためには、張り合わせ法或いはＳＩＭＯＸ法を用いてもよい。また、図３（ｂ）の構成を張り合わせ法により直接作製することも可能である。
【００３０】
次いで、図３（ｃ）に示すように、高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７上に低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第２のＳｉＧｅ層）８を、膜厚ｄ2 ＝３０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ2 ＝０．３でエピタキシャル成長する。このエピタキシャル成長の際も臨界膜厚を超えないことが好ましく、５５０℃で成長した場合においては４０ｎｍ以下であるとよい。なお、ＳｉＧｅ層８の表面保護のために酸化膜を形成するのが望ましい。そのためには、ＳｉＯ2 等を堆積すればよいが、Ｓｉを堆積或いはエピタキシャル成長させた後に酸化してもよい。
【００３１】
次いで、高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７が融解し、かつ低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８が融解しない温度で加熱処理を施す。本実施形態においては、１２００℃，窒素雰囲気中で加熱処理を行う。図３（ｄ）に加熱処理の途中経過を示す。該過程において、埋め込み酸化膜２上の高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７が融解して融解ＳｉＧｅ層１０となることで埋め込み酸化膜２との結合が切れるため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８の格子歪みが緩和する。同時に、熱の効果によりＧｅ拡散１２が生じＳｉＧｅ層全体のＧｅ組成は時間の経過に伴って均一化の方向に進む。
【００３２】
従って、Ｇｅ組成が融解Ｇｅ組成１１を上回る領域は時間の経過と共に減少し、再結晶化１３が生じる。この際、再結晶化は低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８の結晶性を保ちつつ進行するため、結果として、図３（ｅ）に示すように、均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４が得られる。本実施形態の条件においては、最終膜厚ｄf ＝４０ｎｍ、最終Ｇｅ組成ｘf ＝０．３３である。
【００３３】
加熱処理前，加熱処理後におけるＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の値について、本発明の効果を得ることが可能であるためには、
ｘf ＝（ｄ1ｘ1＋ｄ2ｘ2）／ｄf ＜ｘm(T)…(1)
ｘ2 ＜ｘm(T) ＜ｘ1 …(2)
を満たす必要がある。ここで、ｘm(T) は前記図２に示したように、ＳｉＧｅが温度Ｔによって融解する組成である。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合においてはｄf ＝ｄ1 ＋ｄ2 である。最終的に必要とするＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成等に応じてこれらの条件式（１）（２）の範囲内でＳｉＧｅ層の膜厚，Ｇｅ組成等を選択することが可能である。
【００３４】
また、図３（ｄ）に示すような融解ＳｉＧｅ層１０が残留した状態において加熱処理を終了した場合においても、温度の低下に伴って融解Ｇｅ組成１１が上昇するため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８の結晶性を保ちつつ再結晶化１３を生じせしめ、単結晶を得ることが可能である。さらに、本実施形態の手法を複数回繰り返すことにより、より高Ｇｅ組成，高緩和率のＳｉＧｅ基板を得ることも可能である。
【００３５】
次に、本実施形態の変形例を、図４（ａ）（ｂ）を参照して説明する。何れも図３（ｃ）の形状に対する変形例である。
【００３６】
図４（ａ）は変形例１を説明する図である。この変形例１は、図３（ｃ）に示す基板の替わりに、該基板に対してＳｉＧｅ層８を複数層、Ｇｅ組成を減少させつつ順次追加成膜したものである。これは、Ｇｅ組成の急激な変化による転位の発生を抑制する効果がある。
【００３７】
本変形例１においては、追加した各層の膜厚を基板側から順にｄ2，ｄ3，ｄ4 とし、該層のＧｅ組成を基板側から順にｘ2，ｘ3，ｘ4 とすると、ｄ2 ＝ｄ3 ＝ｄ4 ＝２０ｎｍ、ｘ2 ＝０．３５，ｘ3 ＝０．３０，ｘ4 ＝０．２５である。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。
【００３８】
該基板を用いて１２００℃，窒素雰囲気中にて加熱処理を行った場合に得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚はｄf ＝７０ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３１である。ここで、ＳｉＧｅ層がｎ層積層されているとして加熱処理前及び加熱処理後における各ＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の値について、本発明の効果を得ることが可能となるためには、
【数１】
【数２】
【００３９】
図４（ｂ）は変形例２を説明する図である。この変形例２は、図３（ｂ）に示す基板に対して、Ｇｅ組成を０．４から０．２５まで連続的に減少させた傾斜Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９を膜厚４０ｎｍで追加作製したものである。傾斜組成構造はＧｅ組成の不連続な変化による転位発生を抑制する効果がある。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。
【００４０】
該変形例２に示す構造を用いて１２００℃，窒素雰囲気中にて加熱処理を行った結果得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚はｄf ＝５０ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３４である。ここで、加熱処理前のＧｅ組成が表面に垂直な方向の座標ｒに対してｘ（ｒ）で表されるとすると、本発明の効果を得ることが可能となるためには、
【数３】
【００４１】
このように本実施形態によれば、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜２上に高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層７と低Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層８を積層した状態で、ＳｉＧｅ層７を融解しＳｉＧｅ層８を融解しない温度で加熱処理することにより、固相状態にあるＳｉＧｅ層８をシードとしてＳｉＧｅ層７の再結晶化を進めることができ、Ｇｅ組成が均一かつ低転位密度で格子歪みが緩和した単結晶ＳｉＧｅ層１４を形成することができる。
【００４２】
即ち、加熱処理の過程において高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層７が融解することにより低Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層８が酸化膜２との結合から解放されるため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８の格子歪み緩和が促進される。また、この過程でＳｉＧｅ層内でＧｅが拡散することにより、低Ｇｅ組成層の結晶性を保ちつつ再結晶化が進行するため、ＳｉＧｅ層全体にわたって高い結晶性が得られる。
【００４３】
従って、この歪み緩和ＳｉＧｅ基板を用いて歪みＳｉチャネルＭＯＳＦＥＴを作製した場合、接合リーク等によるＯＦＦ電流の低減と共に移動度増大効果が期待できる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す図であり、図の左側が試料の断面を示し、右側が各位置に対応するＧｅ組成を示している。
【００４５】
この実施形態が、先に説明した第１の実施形態と異なる点は、表面酸化膜界面付近に高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層を追加したことにある。この高Ｇｅ組成ＳｉＧｅの追加により本実施形態は、第１の実施形態と比較して、加熱処理におけるＳｉＧｅ層と表面酸化膜との結合をＳｉＧｅ層の融解によって切ることが可能であることから、歪みの緩和がより促進される効果が期待できる。
【００４６】
まず、図５（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板のＳｉ酸化膜２上に、膜厚ｄ1 ＝１０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ1 ＝０．４の高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第１のＳｉＧｅ層）７と、膜厚ｄ2 ＝３０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ2 ＝０．３の低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第２のＳｉＧｅ層）８を形成する。このようなＳｉＧｅ層７，８の積層構造の製法は、第１の実施形態で説明した前記図３（ａ）〜（ｃ）の工程と同様にすればよい。
【００４７】
次いで、図５（ｂ）に示すように、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８上に、膜厚ｄ3 ＝１０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ3 ＝０．４の高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第３のＳｉＧｅ層）７’を形成する。この層を形成する際も、臨界膜厚を超えないことが望ましい。また、表面保護のために酸化膜を形成するのが望ましい。そのためには、ＳｉＯ2 等を堆積すればよいが、Ｓｉを堆積或いはエピタキシャル成長させた後に酸化してもよい。
【００４８】
次いで、高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７，７’が融解し、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８が融解しない温度で加熱処理を施す。本実施形態においては、１２００℃，窒素雰囲気中で加熱処理を行う。図５（ｃ）に加熱処理の途中経過を示す。該過程において、埋め込み酸化膜界面付近の高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７が融解して融解ＳｉＧｅ層１０が生じると共に、表面酸化膜界面付近の高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７’が融解して融解ＳｉＧｅ層１０’が生じることで、ＳｉＧｅ層の埋め込み酸化膜２及び表面酸化膜６との結合が切れるため、低Ｇｅ組成層８の格子歪みの緩和が促進される。同時に、熱の効果によりＧｅ拡散１２が生じＳｉＧｅ層全体のＧｅ組成は時間の経過に伴って均一化の方向に進む。
【００４９】
従って、Ｇｅ組成が融解Ｇｅ組成１１を上回る領域は時間の経過と共に減少し、再結晶化１３が生じる。この際、再結晶化は低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８の結晶性を保ちつつ進行するため、結果として図５（ｄ）に示す均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４が得られる。本実施形態の条件においては、最終膜厚ｄf ＝５０ｎｍ、最終Ｇｅ組成ｘf ＝０．３４である。
【００５０】
加熱処理前，加熱処理後におけるＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の値について、本発明の効果を得ることが可能であるためには、
ｘf＝(ｄ1ｘ1＋ｄ2ｘ2＋ｄ3ｘ3)／ｄf＜ｘm(T)
…(8)
ｘ2 ＜ｘm(T) ＜ｘ1 ，ｘ3 …(9)
である必要がある。ここで、特に加熱処理が酸化を伴わない場合においてはｄf ＝ｄ1＋ｄ2＋ｄ3 である。また、図５（ｃ）に示す融解ＳｉＧｅ層１０，１０’が残留した状態において加熱処理を終了した場合においても、温度の低下に伴って融解Ｇｅ組成１１が上昇するため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８の結晶性を保ちつつ再結晶化１３を生じせしめ単結晶を得ることが可能である。さらに、加熱処理にてＧｅ組成を均一化すれば、図５（ｄ）を得る。
【００５１】
次に、本実施形態の変形例を、図６（ａ）（ｂ）を参照して説明する。何れも図５（ｂ）の形状に対する変形例である。
【００５２】
図６（ａ）は変形例１を説明する図である。この変形例１は、図５（ｂ）における低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８として、Ｇｅ組成の異なる複数の層を用い、各々の層におけるＧｅ組成を、高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７，７’側から段階的に低くしたものである。即ち、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８は中央部でＧｅ組成が最も低く、高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７，７’側でＧｅ組成が階段状に高くなっている。このような構造は、Ｇｅ組成の急激な変化による転位の発生を抑制する効果がある。
【００５３】
本変形例１においては、前記図４（ａ）に示す構成に追加した各層の膜厚を基板側から順にｄ5，ｄ6，ｄ7 とし、各層のＧｅ組成を基板側から順にｘ5，ｘ6，ｘ7 とすると、ｄ5 ＝ｄ6 ＝２０ｎｍ，ｄ7 ＝１０ｎｍ、ｘ5 ＝０．３，ｘ6 ＝０．３５，ｘ7 ＝０．４である。これらの層を形成する際には、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。
【００５４】
該変形例に示す構造を用いて１２００℃，窒素雰囲気中にて加熱処理を行った場合に得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚はｄf ＝１２０ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３３である。ここで、ＳｉＧｅ層がｎ層積層されているとして、加熱処理前及び加熱処理後における各ＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の値について、本発明の効果を得ることが可能となるためには、前記（３）（４）（５）式及び
ｘm(T) ＜ｘcap …(10)
を満たすことが必要である。ここで、ｘcap は表面酸化膜近傍のＳｉＧｅ層のＧｅ組成である。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合は、歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚は前記（６）式となる。
【００５５】
図６（ｂ）は変形例２を説明する図である。この変形例２は、図５（ｂ）の替わりに、前記図４（ｂ）上にＧｅ組成を０．２５から０．４まで連続的に増加させた傾斜Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９を膜厚４０ｎｍで追加作製した構造を用いる方法である。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。傾斜組成構造は不連続なＧｅ組成の変化による転位発生を抑制する効果がある。
【００５６】
該変形例に示す基板を１２００℃，窒素雰囲気中にて加熱処理を行った結果得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４は、最終膜厚がｄf ＝９０ｎｍ、最終Ｇｅ組成がｘf ＝０．３３である。ここで、本発明の効果を得ることが可能となるための条件は、（４）（５）（７）式及び（10）式を満たすことである。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合、ｄf ＝ｒ2−ｒ1 となる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す図であり、図の左側が試料の断面を示し、右側が各位置に対応するＧｅ組成を示している。この実施形態は、ＳＯＩ層にＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長させたものに対して加熱処理のみを行い、加熱処理後のＳｉＧｅ層上にＳｉＧｅ層を追加作製する手順を伴わないことを特徴とする。
【００５８】
まず、図７（ａ）に示すように、膜厚ｄSOI ＝５ｎｍのＳＯＩ層３上に、エピタキシャル成長によって高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７（膜厚ｄ1 ＝４５ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ1 ＝０．４５）、及び低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８（膜厚ｄ2 ＝５０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ2 ＝０．２５）を順次作製する。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。該基板に対して表面保護のために酸化膜を形成するのが望ましい。そのためには、ＳｉＯ2 等を堆積すればよいが、Ｓｉを堆積或いはエピタキシャル成長させた後に酸化してもよい。
【００５９】
次いで、加熱処理を施すことによってＳｉＧｅ層８の埋め込み酸化膜２側に高Ｇｅ組成領域、該層の上層部に低Ｇｅ組成領域が生じるようにＧｅを拡散させる。図７（ｂ）は（ａ）に対して１０５０℃における加熱処理を２時間行った結果を示す。傾斜Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層９が形成されると共に、該層９上にＳｉ酸化膜６が形成されている。
【００６０】
次いで、埋め込み酸化膜界面付近の高Ｇｅ組成領域のみが融解し、上層部の低Ｇｅ組成領域が融解しない温度で加熱処理を施す。本実施形態においては、１２００℃，窒素雰囲気中で加熱処理を行う。図７（ｃ）に加熱処理の途中経過を示す。傾斜Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層９の埋め込み酸化膜界面付近が融解して融解ＳｉＧｅ層１０となることで、ＳｉＧｅ層９と埋め込み酸化膜２との結合が切れるため、ＳｉＧｅ層９の格子歪みの緩和が促進される。同時に、熱の効果によりＧｅ拡散１２が生じＳｉＧｅ層全体のＧｅ組成は時間の経過に伴って均一化の方向に進む。
【００６１】
従って、Ｇｅ組成が融解Ｇｅ組成１１を上回る領域は時間の経過と共に減少し、再結晶化１３が生じる。この際、再結晶化は低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９の結晶性を保ちつつ進行するため、結果として図７（ｄ）に示す均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４が得られる。
【００６２】
本実施形態の条件においては、最終膜厚ｄf ＝１００ｎｍ、最終Ｇｅ組成ｘf ＝０．３３である。ここで、図７（ａ）に示す基板構造は、ＳＯＩ上に直接高いＧｅ組成のＳｉＧｅ層を作製することによる転位の発生を抑制するために、ＳＯＩと高Ｇｅ組成層の中間にＧｅ組成０．１程度のＳｉＧｅ薄膜、或いは徐々にＧｅ組成の上昇する傾斜組成層を作製してもよい。また、図７（ｃ）に示す融解ＳｉＧｅ層が残留した状態において加熱処理を終了した場合においても、温度の低下に伴って融解Ｇｅ組成１１が上昇するため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９の結晶性を保ちつつ再結晶化１３を生じせしめ単結晶を得ることが可能である。
【００６３】
また、本実施形態に示した手法により作製したＳｉＧｅ基板に対して更に第１の実施形態或いは第２の実施形態の手法を用いることにより、より高Ｇｅ組成，高緩和率のＳｉＧｅ基板を得ることも可能である。
【００６４】
本発明の効果を得ることが可能であるＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の範囲は、次の通りである。まず、図７（ｂ）におけるＳｉＧｅ層の埋め込み酸化膜界面付近のＧｅ組成が、引き続き施される加熱処理の温度における融解Ｇｅ組成ｘm(T) を上回ることが必要である。そのための目安として
ｄ1ｘ1 ／（ｄ1 ＋ｄSOI ）＞ｘm(T) …(11)
を満たすことが必要である。次に、結果として得られる図７（ｄ）の基板のＳｉＧｅ層が単結晶であるためには、前記（１）式及び（５）式を満たすことが必要である。特に加熱処理が酸化を伴わない場合においては、ｄf ＝ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄSOI である。
【００６５】
次に、本実施形態の変形例を、図８（ａ）（ｂ）を参照して説明する。何れも図７（ａ）の形状に対する変形例である。
【００６６】
図８（ａ）は変形例１を説明する図である。この変形例１は、図７（ａ）の替わりに、膜厚ｄSOI ＝５ｎｍのＳＯＩ層３上にＳｉＧｅ層を複数層、Ｇｅ組成を減少させつつ順次積層したものを用いる。該構造はＧｅ組成の不連続な変化による転位の発生を抑制する効果がある。
【００６７】
本変形例１においては、各ＳｉＧｅ層の膜厚を基板側から順にｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4 とし、各ＳｉＧｅ層のＧｅ組成を基板側から順にｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4 とすると、ｄ1 ＝４５ｎｍ，ｄ2 ＝２０ｎｍ，ｄ3 ＝２０ｎｍ，ｄ4 ＝３５ｎｍ、ｘ1 ＝０．４５，ｘ2 ＝０．３５，ｘ3 ＝０．３，ｘ4 ＝０．２５である。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。
【００６８】
該基板を本実施形態の手順の通りに加熱処理を施すと、最終的に得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の膜厚はｄf ＝１２５ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３４である。本変形例において本発明の効果を得ることが可能であるためのＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の範囲は、下記の通りである。まず、図７（ｃ）の過程において埋め込み酸化膜近傍のＳｉＧｅが融解するための目安として
ｄmｘ1／（ｄm＋ｄSOI）＞ｘm(T) …(12)
を満たすことが必要である。ここで、ｄm は埋め込み酸化膜近傍のＳｉＧｅ層のうちで融解Ｇｅ組成１１を超えるＧｅ組成を有する部分の膜厚である。次に、最終的に得られるＳｉＧｅ層が単結晶であるための条件として、前記（３）式及び（５）式を満たす必要がある。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合においては、
【数４】
【００６９】
図８（ｂ）は変形例２を説明する図である。この変形例２は、図７（ａ）の替わりに、ＳＯＩ上にＧｅ組成を０．４５から０．２５まで連続的に減少させた傾斜Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９を膜厚１００ｎｍで追加作製したものを用いる。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。傾斜組成構造は不連続なＧｅ組成の変化による転位発生を抑制する効果がある。
【００７０】
該変形例に示す基板を１２００℃，窒素雰囲気中にて加熱処理を行った結果得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚はｄf ＝１２５ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３４である。ここで、本変形例において本発明の効果を得ることが可能であるためのＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の範囲は、下記の通りである。まず、図７（ｃ）の過程において埋め込み酸化膜近傍のＳｉＧｅが融解するための目安として
【数５】
【００７１】
（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す図である。本実施形態は、第３の実施形態に対して表面酸化膜界面付近に高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層を追加したものを用いることを特徴とする。本実施形態は第３の実施形態と比較して、加熱処理におけるＳｉＧｅ層と表面酸化膜との結合をＳｉＧｅ層の融解によって切ることが可能であることから、より緩和が促進される効果がある。
【００７２】
まず、図９（ａ）に示すように、膜厚ｄSOI ＝５ｎｍのＳＯＩ層３上に、エピタキシャル成長によって高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７（膜厚ｄ1 ＝４５ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ1 ＝０．４５）、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層８（膜厚ｄ2 ＝５０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ2 ＝０．２５）、高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層７’（膜厚ｄ1 ＝１０ｎｍ，Ｇｅ組成ｘ1 ＝０．４５）を順次作製する。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。該基板に対して表面保護のために酸化膜を形成するのが望ましい。そのためには、ＳｉＯ2 等を堆積すればよいが、Ｓｉを堆積或いはエピタキシャル成長させた後に酸化してもよい。
【００７３】
次いで、加熱処理を施すことによってＳｉＧｅ層の埋め込み酸化膜界面近傍及び表面酸化膜界面近傍に高Ｇｅ組成領域、中間層に低Ｇｅ組成領域が生じるようにＧｅを拡散させる。図９（ｂ）は（ａ）に対して１０５０℃における加熱処理を２時間行った結果を示している。この状態では、ＳｉＧｅ層８よりもＧｅ組成の高いＳｉＧｅ層９が形成され、ＳｉＧｅ層９上にＳｉ酸化膜６が形成されている。また、ＳｉＧｅ層９の埋め込み酸化膜界面近傍及び表面酸化膜界面近傍は高Ｇｅ組成領域となっている。
【００７４】
次いで、ＳｉＧｅ層９の埋め込み酸化膜界面近傍及び表面酸化膜界面近傍の高Ｇｅ組成領域のみが融解し、中間層の低Ｇｅ組成領域が融解しない温度で加熱処理を施す。本実施形態においては、１２００℃，窒素雰囲気中で加熱処理を行う。図９（ｃ）に加熱処理の途中経過を示す。ＳｉＧｅ層９の埋め込み酸化膜界面近傍及び表面酸化膜界面近傍が融解して融解ＳｉＧｅ層１０，１０’となることでＳｉＧｅ層９の埋め込み酸化膜２及び表面酸化膜６との結合が切れるため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９の格子歪みの緩和が促進される。同時に、熱の効果によりＧｅ拡散１２が生じＳｉＧｅ層全体のＧｅ組成は時間の経過に伴って均一化の方向に進む。
【００７５】
従って、Ｇｅ組成が融解Ｇｅ組成１１を上回る領域は時間の経過と共に減少し、再結晶化１３が生じる。この際、再結晶化は低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９の結晶性を保ちつつ進行するため、結果として図９（ｄ）に示す均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４が得られる。
【００７６】
本実施形態の条件においては、最終膜厚ｄf ＝１１０ｎｍ、最終Ｇｅ組成ｘf ＝０．３４である。ここで、図９（ａ）の基板構造について、ＳＯＩ上に直接高いＧｅ組成のＳｉＧｅ層を作製することによる転位の発生を抑制するために、ＳＯＩと高Ｇｅ組成層の中間にＧｅ組成０．１程度のＳｉＧｅ薄膜、或いは徐々にＧｅ組成の上昇する傾斜組成層を作製してもよい。また、図９（ｃ）に示す融解ＳｉＧｅ層が残留した状態において加熱処理を終了した場合においても、温度の低下に伴って融解Ｇｅ組成１１が上昇するため、低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９の結晶性を保ちつつ再結晶化１３を生じせしめ単結晶を得ることが可能である。
【００７７】
また、本実施形態に示した手法により作製したＳｉＧｅ基板に対して更に第１の実施形態或いは第２の実施形態の手法を用いることにより、より高Ｇｅ組成，高緩和率のＳｉＧｅ基板を得ることも可能である。
【００７８】
本発明の効果を得ることが可能であるＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の範囲は、次の通りである。まず、図９（ｂ）におけるＳｉＧｅ層９の埋め込み酸化膜界面近傍のＧｅ組成が、引き続き施される加熱処理の温度における融解Ｇｅ組成ｘm(T) を上回ることが必要である。そのための目安として前記（11）式を満たすことが必要である。また、ＳｉＧｅ層９の表面酸化膜界面近傍が引き続き施される加熱処理の温度において融解するために、前記（10）式を満たすことが必要である。次に、結果として得られる図９（ｄ）の基板のＳｉＧｅ層１４が単結晶であるためには、前記（５）式及び（８）式を満たすことが必要である。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合においては、歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚は前記（13）式となる。
【００７９】
次に、本実施形態の変形例を、図１０（ａ）（ｂ）を参照して説明する。何れも図９（ａ）の形状に対する変形例である。
【００８０】
図１０（ａ）は変形例１を説明する図である。この変形例１は、図９（ａ）の替わりに、膜厚ｄSOI ＝５ｎｍのＳＯＩ層３上にＳｉＧｅ層を複数層、Ｇｅ組成を減少させながら順次積層した上に、Ｇｅ組成を増加させながら順次積層したものを用いることを特徴とする。該構造はＧｅ組成の不連続な変化による転位の発生を抑制する効果がある。
【００８１】
本変形例１においては、各ＳｉＧｅ層の膜厚を基板側から順にｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4，ｄ5，ｄ6，ｄ7 とし、各ＳｉＧｅ層のＧｅ組成を基板側から順にｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4，ｘ5，ｘ6，ｘ7 とすると、ｄ1 ＝４５ｎｍ，ｄ2 ＝２０ｎｍ，ｄ3 ＝２０ｎｍ，ｄ4 ＝３５ｎｍ，ｄ5 ＝２０ｎｍ，ｄ6 ＝２０ｎｍ，ｄ7 ＝１０ｎｍ、ｘ1 ＝０．４５，ｘ2 ＝０．３５，ｘ3 ＝０．３，ｘ4 ＝０．２５，ｘ5 ＝０．３，ｘ6 ＝０．３５，ｘ7 ＝０．４５である。これらの層を形成する際には、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。
【００８２】
該基板を本実施形態の手順の通りに加熱処理を施すと、最終的に得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚はｄf ＝１７５ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３４である。本変形例１において本発明の効果を得ることが可能であるためのＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の範囲は、下記の通りである。
【００８３】
まず、図９（ｃ）の過程において埋め込み酸化膜近傍のＳｉＧｅが融解するための目安として前記（12）式を満たすことが必要である。また、ＳｉＧｅ層の表面酸化膜界面近傍が、引き続き施される加熱処理の温度において融解するために、前記（10）式を満たすことが必要である。次に、最終的に得られるＳｉＧｅ層が単結晶であるための条件として、前記（３）式及び（５）式を満たす必要がある。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合においては、歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚は前記（13）式となる。
【００８４】
図１０（ｂ）は変形例２を説明する図である。この変形例２は、図９（ａ）の替わりに、ＳＯＩ上にＧｅ組成を０．４５から０．２５まで連続的に減少させた上にＧｅを０．２５からまで連続的に増加させた傾斜Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層９を用いることを特徴とする。このような傾斜組成構造は、不連続なＧｅ組成の変化による転位発生を抑制する効果がある。
【００８５】
該変形例に示す基板を１２００℃，窒素雰囲気中にて加熱処理を行った結果得られる均一Ｇｅ組成・単結晶・歪み緩和ＳｉＧｅ層１４の最終膜厚はｄf ＝２０５ｎｍ、最終Ｇｅ組成はｘf ＝０．３４である。これらの層を形成する際に、転位発生の臨界膜厚を超えないことが望ましい。ここで、本変形例２において本発明の効果を得ることが可能であるＳｉＧｅ層の膜厚及びＧｅ組成の範囲は、下記の通りである。
【００８６】
まず、図９（ｃ）の過程において埋め込み酸化膜近傍のＳｉＧｅが融解するための目安として前記（14）式を満たすことが必要である。また、ＳｉＧｅ層の表面酸化膜界面近傍が、引き続き施される加熱処理の温度において融解するために、前記（10）式を満たすことが必要である。また、最終的に得られるＳｉＧｅ層が単結晶であるための条件として、前記（５）式及び（７）式を満たす必要がある。また、特に加熱処理が酸化を伴わない場合においては、ｄf ＝ｒ2−ｒ1＋ｄSOI である。
【００８７】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。例えば、第１〜第３のＳｉＧｅ層における膜厚やＧｅ組成等の条件は仕様に応じて適宜変更可能である。具体的には、第１，第３のＳｉＧｅ層のＧｅ組成が高く、第２のＳｉＧｅ層のＧｅ組成が低いものであれば、各層のＧｅ組成は適宜変更可能である。また、再結晶化のための熱処理温度は、第１〜第３のＳｉＧｅ層におけるＧｅ組成との関係を考慮し、第１，第３のＳｉＧｅ層が融解し、第２のＳｉＧｅ層が融解しない範囲で適宜定めればよい。
【００８８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、絶縁膜上にＧｅ組成の高い第１のＳｉＧｅ層とＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を積層した状態で、第１のＳｉＧｅ層が融解し第２のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施してＳｉＧｅを再結晶化することにより、ＳｉＧｅ層の下地絶縁膜界面近傍における転位の発生を抑制して高品質のＳｉＧｅ結晶を得ることができ、且つＳｉＧｅ層の十分な格子緩和をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化濃縮法を説明するための工程断面図。
【図２】融解Ｇｅ組成の温度依存性を説明するための特性図。
【図３】第１の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す断面図とＧｅ組成図。
【図４】第１の実施形態の変形例を示す断面図とＧｅ組成図。
【図５】第２の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す断面図とＧｅ組成図。
【図６】第２の実施形態の変形例を示す断面図とＧｅ組成図。
【図７】第３の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す断面図とＧｅ組成図。
【図８】第３の実施形態の変形例を示す断面図とＧｅ組成図。
【図９】第４の実施形態に係わる歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造工程を示す断面図とＧｅ組成図。
【図１０】第４の実施形態の変形例を示す断面図とＧｅ組成図。
【符号の説明】
１…Ｓｉ基板
２…埋め込み酸化膜
３…Ｓｉ層（ＳＯＩ層）
４…歪みＳｉＧｅ層
５…緩和ＳｉＧｅ層
６…酸化膜
７…高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第１のＳｉＧｅ層）
７’…高Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第３のＳｉＧｅ層）
８…低Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層（第２のＳｉＧｅ層）
９…傾斜Ｇｅ組成ＳｉＧｅ層
１０，１０’…融解ＳｉＧｅ層
１１…融解Ｇｅ組成
１２…Ｇｅ拡散
１３…再結晶化
１４…歪み緩和ＳｉＧｅ層
Claims (6)
- 絶縁膜上に格子緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を有する歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法であって、
絶縁膜上に第１のＳｉＧｅ層を形成する工程と、
第１のＳｉＧｅ層上に該ＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を形成する工程と、
第１のＳｉＧｅ層が融解し第２のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施し、第１及び第２のＳｉＧｅ層を再結晶化する工程と、
を含むことを特徴とする歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法。 - 絶縁膜上に格子緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を有する歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法であって、
絶縁膜上に第１のＳｉＧｅ層を形成する工程と、
第１のＳｉＧｅ層上に第１のＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を形成する工程と、
第２のＳｉＧｅ層上に第２のＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の高い第３のＳｉＧｅ層を形成する工程と、
第１及び第３のＳｉＧｅ層が融解し第２のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施し、第１乃至第３のＳｉＧｅ層を再結晶化する工程と、
を含むことを特徴とする歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法。 - 第１のＳｉＧｅ層を形成する工程として、ＳＯＩ基板のＳｉ層上にＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長した後、熱処理を施すことにより、ＳｉＧｅ層上にＳｉ酸化膜を形成すると共に、ＳＯＩ基板の絶縁膜との界面にＧｅ濃度が高くなったＳｉＧｅ層を形成し、次いでＳｉＧｅ層上に形成されたＳｉ酸化膜を除去することを特徴とする請求項１又は２記載の歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法。
- 第２のＳｉＧｅ層は、第１のＳｉＧｅ層側から膜厚方向に対してＧｅ組成が階段状に又は連続的に低くなっていることを特徴とする請求項１記載の歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法。
- 絶縁膜上に格子緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を有する歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法であって、
埋め込み酸化膜上にＳｉ層を形成したＳＯＩ基板のＳｉ層上に第１のＳｉＧｅ層を形成する工程と、
第１のＳｉＧｅ層上に該ＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を形成する工程と、
第１及び第２のＳｉＧｅ層の積層膜の前記埋め込み酸化膜側に高Ｇｅ組成領域、該積層膜の上層側に低Ｇｅ組成領域が生じるようにＧｅを拡散させる熱処理を施すことによって、傾斜組成のＳｉＧｅ層を形成すると共に、該ＳｉＧｅ層上にＳｉ酸化膜を形成する工程と、
前記埋め込み酸化膜界面付近の高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が融解し前記上層側の低Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施し、前記傾斜組成のＳｉＧｅ層を再結晶化する工程と、
を含むことを特徴とする歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法。 - 絶縁膜上に格子緩和した単結晶ＳｉＧｅ層を有する歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法であって、
埋め込み酸化膜上にＳｉ層を形成したＳＯＩ基板のＳｉ層上に第１のＳｉＧｅ層を形成する工程と、
第１のＳｉＧｅ層上に第１のＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の低い第２のＳｉＧｅ層を形成する工程と、
第２のＳｉＧｅ層上に第２のＳｉＧｅ層よりもＧｅ組成の高い第３のＳｉＧｅ層を形成する工程と、
第１〜第３のＳｉＧｅ層の積層膜の前記埋め込み酸化膜側及び該積層膜の上層側に高Ｇｅ組成領域、該積層膜の中間層に低Ｇｅ組成領域が生じるようにＧｅを拡散させる熱処理を施すことによって、傾斜組成のＳｉＧｅ層を形成すると共に、該ＳｉＧｅ層上にＳｉ酸化膜を形成する工程と、
前記埋め込み酸化膜界面付近及び前記Ｓｉ酸化膜界面付近の高Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が融解し前記中間層の低Ｇｅ組成のＳｉＧｅ層が融解しない温度で加熱処理を施し、前記傾斜組成のＳｉＧｅ層を再結晶化する工程と、
を含むことを特徴とする歪み緩和ＳｉＧｅ基板の製造方法。
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