DE19859429A1 - Verfahren zur Herstellung epitaktischer Silizium-Germaniumschichten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung epitaktischer Silizium-Germaniumschichten

Info

Publication number
DE19859429A1
DE19859429A1 DE19859429A DE19859429A DE19859429A1 DE 19859429 A1 DE19859429 A1 DE 19859429A1 DE 19859429 A DE19859429 A DE 19859429A DE 19859429 A DE19859429 A DE 19859429A DE 19859429 A1 DE19859429 A1 DE 19859429A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
hydrogen
concentration
relaxed
epitaxial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19859429A
Other languages
English (en)
Inventor
Horst Kibbel
Jessica Kuchenbecker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OC Oerlikon Balzers AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to DE19859429A priority Critical patent/DE19859429A1/de
Priority to EP99124785A priority patent/EP1014431A3/de
Priority to CA002293060A priority patent/CA2293060A1/en
Priority to US09/469,752 priority patent/US6313016B1/en
Publication of DE19859429A1 publication Critical patent/DE19859429A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/0245—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02496—Layer structure
    • H01L21/0251—Graded layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02658—Pretreatments

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von relaxierten Epitaxieschichten auf einem Halbleitersubstrat mittels Molekularstrahlepitaxie mit einer Wasserstoffquelle, indem in einer in situ Prozeßfolge DOLLAR A - an oder nahe der Substratoberfläche eine wasserstoffhaltige Zwischenschicht deponiert oder eingebracht wird, DOLLAR A - darauf eine verspannte Epitaxieschicht aufgewachsen wird und DOLLAR A - die Epitaxieschicht mittels einer Temperaturbehandlung relaxiert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von gitterangepaßten Silizium-Germaniumschichten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf eine Schichtenfolge nach Patentanspruch 14.
Viele Hochfrequenzbauelemente auf der Basis des Materialsystems SiGe/Si erfordern ein Substrat, dessen Gitterkonstante zwischen der des reinen Siliziums und der des reinen Germaniums angepaßt werden kann. Die Gitterfehlpassung in diesem Materialsystem beträgt, bezogen auf Si, für reines Germanium 4,2%. Wird eine Mischkristallschicht der Zusammensetzung Si1-xGex - wobei x den Anteil von Germanium angibt - auf einem Siliziumsubstrat epitaktisch einkristallin abgeschieden, kommt es zunächst zur elastischen Verspannung in der wachsenden Si1-xGex-Schicht (Fig. 1a), welche nach Überschreiten der sog. kritischen Schichtdicke durch Bildung von Fehlpassungsversetzungen bevorzugt in der Nähe der Grenzfläche abgebaut wird (Fig. 1b). Die kritische Schichtdicke ist abhängig von der Germaniumkonzentration x und der Wachstumstemperatur. Die parallel zur Grenzschicht verlaufenden Fehlpassungsversetzungen werden begleitet von einer hohen Anzahl von Versetzungen, die die Si1-xGex- Pufferschicht von der Grenzfläche SiGe/Si bis zur Oberfläche der epitaktischen Schicht durchsetzen (Fig. 2). Die in der Figur bis an die Oberfläche reichenden fadenförmigen Versetzungen - im wissenschaftlichen Sprachgebrauch werden diese Versetzungen als "Threading"-Versetzungen bezeichnet - beeinträchtigen die Funktion der aktiven Bauelementschichten und sind daher möglichst zu unterdrücken.
Derart qualitativ hochwertige einkristalline, gitterangepaßte SiGe-Schichten werden auf gebräuchlichem Siliziumsubstrat als künstliche Substrate mittels Molekularstrahlepitaxie oder mittels Abscheidung aus einer reaktiven Gasphase (CVD-Verfahren) je nach Schichtdicke auf folgende Weise realisiert:
a) Für dicke Puffer im Bereich einer Schichtdicke von mehr als 1 µm wird der Germaniumgehalt während des Wachstums kontinuierlich oder in Stufen erhöht; wobei eine Zunahme des Germaniumgehaltes von beispielsweise 10% pro µm SiGe-Schichtdicke zugrunde gelegt wird. In der Regel wird die Wachstumstemperatur zur Unterdrückung dreidimensionalen Wachstums mit steigendem Germaniumgehalt reduziert.
Bei dieser Lösung erfolgt die Gitteranpassung zwischen dem Siliziumsubstrat und der wachsenden SiGe-Schicht durch spannungsgetriebene Anpassungs­ versetzungen in der wachsenden SiGe-Schicht während des Wachstums (F. Schäffler, Semicond. Sci. Technol., 12, 1515 (1997) und T. Hackbarth, H. Kibbel, M Glueck, G. Hoeck, H. -J. Herzog, Thin Solid Films, 321 (1998), 136-140).
Der Nachteil bei dieser Methode besteht darin, daß erst bei besonders großen Schichtdicken der benötigte Germaniumgehalt als Endkonzentration der als Pufferschicht wirkende SiGe-Schicht für elektronische Bauelemente erzielbar ist. Aufgrund der Schichtdicke ergeben sich auf einem gemeinsamen Wafer beispielsweise mit Siliziumbauelementen Höhendifferenzen, die mit der modernen Integrationstechnik unvereinbar sind oder zumindest Schwierigkeiten bei der Hochintegration bereiten.
Ferner ist die Oberflächentopographie dieser dicken, bei hohen Temperaturen gewachsenen SiGe-Pufferschichten für nachfolgende Strukturen mit dünnen Einzelschichten bereits nachteilig, da die Verwerfungen der Oberflächenstruktur in vertikal vergleichbarer Dimension der aktiven Bauelementschichten sein können.
b) Für dünne Pufferschichten im Bereich einer Schichtdicke von weniger als 1 µm wird eine verspannte, nicht gitterangepaßte SiGe-Pufferschicht mit konstantem oder auch gradiertem Germaniumgehalt epitaktisch abgeschieden, welche nachträglich mit Wasserstoffatomen implantiert und durch einen anschließenden Temperprozeß unter Schutzgas relaxiert wird. Dosis und Energie des Wasserstoffs werden so gewählt, daß das Maximum der Wasserstoffkonzen­ tration noch innerhalb des Siliziumsubstrats, jedoch relativ nahe der Grenzschicht zur SiGe-Pufferschicht liegt. Der anschließende Temperprozeß, der bei Temperaturen im Bereich von 800°C erfolgt, führt dann zu einer Gitteranpassung infolge der Ausbildung von Anpassungsversetzungen, die überwiegend in der dünnen Siliziumschicht zwischen der Grenzschicht und dem Maximum der Wasserstoffkonzentration verlaufen (S. Mantl, B. Holländer, R. Liedke, S. Mesters, H.- J. Herzog, H. Kibbel, T. Hackbarth, Thin Solid Films, im Druck befindlich, publiziert auf EMRS, Straßburg 1998).
Diese Lösung besitzt Nachteile, indem eine üblicherweise außerhalb der Epitaxieanlage - ex situ - erfolgende Implantation mit relativ hohen Energien in Verbindung mit einem nachfolgenden Temperprozeß zur Relaxation erforderlich ist. Erst danach kann auf der relaxierten SiGe-Schicht die eigentliche Bauelementstruktur gewachsen werden. Der Transfer des Wafers nach der 1. Stufe der Epitaxie außerhalb der Anlage, um die Implantation und Temperung durchzuführen, erschwert die Fortführung der nachfolgenden Epitaxie durch eine erneut erforderliche Vorpräparation des Wafers. Die Implantation von Wasserstoff birgt ferner die Gefahr von Kristallschäden an der Oberfläche bzw. im Volumen, die nicht vor der Relaxation des SiGe-Puffers durch eine thermische Behandlung ausgeheilt werden können, weil dadurch auch der implantierte Wasserstoff durch Diffusion ins Volumen verdünnt wird und seine relaxationsunterstützende Eigenschaft verliert.
Sollte zudem die erforderliche Germanium-Endkonzentration nicht in einer Abfolge der Schritte Epitaxie, H-Implantation und Temperung erreicht werden können, müßte die vorgenannte Prozedur mehrstufig durchgeführt werden. Dies ginge dann durch die erforderliche mehrfache Vorpräparation auf Kosten der Kristallqualität.
Ferner ist ein wesentlich höheres Temperaturbudget zur Relaxation erforderlich, das in Kombination mit dem vorhandenen Wasserstoff zu einer höheren Diffusion in bereits vorhandenen Bauelementstrukturen führen kann. Außerdem verursacht die erforderliche Implantationsanlage zusätzliche und durch die Komplexität derartiger Anlagen bedingte hohe Kosten.
Neben der Molekularstrahlepitaxie ist auch eine Abscheidung epitaktischer Schichten aus einer chemisch reaktiven Gasphase (CVD-Verfahren) gebräuchlich und aufgrund wirtschaftlicher Vorteile weit verbreitet. Allerdings stellt die Schichtabscheidung mittels CVD im Regelfall nicht die Variabilität der Prozeßführung zur Verfügung, die in Grenzbereichen kinetisch gesteuerter Oberflächenreaktionen erforderlich wäre, um eine besonders gute Schichtqualität zu erzielen. Meist muß bei dieser Methode unerwünscht in einem erheblich höheren Temperaturbereich gearbeitet werden.
So ist beispielsweise aus den Schriften EP 0 746 011 A2 und EP 0 493 278 A1 eine Oberflächenreinigung eines Halbleitermaterials unter Verwendung von wasserstoffhaltigem Plasma bekannt, mit der eine auf einem Siliziumsubstrat befindliche natürliche Oxidschicht vor einem Depositionsprozeß abgetragen wird. Die derart gereinigte Siliziumoberfläche wird dann aus einer im wesentlichen monoatomaren Wasserstoffbelegung bedeckt. Üblicherweise liegen sowohl beim Reinigungsprozeß wie auch bei der nachfolgenden Schichtab­ scheidung die Temperaturen bei ca. 800°C, gelegentlich sogar im Bereich von 1000°C und darüber. Derart hohe Temperaturen und die kinetische Reaktion der Gasphase mit der Substratoberfläche führt immer dazu, daß im Stadium der Schichtabscheidung eine mehr oder weniger geschlossene Wasserstoffoberfläche durch eine chemische Reaktion mit der schichtbildenden Spezies ersetzt wird und die dann mit der sich neu bildenden Schichtoberfläche im Wachstum fortschreitet.
Bei derartigen Wachstumsbedingungen erscheint jedoch ein gezieltes Einbringen von Wasserstoff in einen eng begrenzten Bereich einer Schichtfläche prozeßtechnisch geradezu unmöglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung und eine Schichtenfolge anzugeben, mit der dünne, gitterangepaßte Halbleiterschichten mit geringer Versetzungsdichte an der Oberfläche hergestellt werden können.
Die Erfindung wird in Bezug auf das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und in Bezug auf die Schichtenfolge durch die Merkmale des Patentanspruchs 14 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung von relaxierten Epitaxieschichten auf einem Halbleitersubstrat mittels Molekularstrahlepitaxie in Verbindung mit einer Wasserstoffquelle in einer in situ Prozeßfolge. Hierzu wird auf dem Substrat eine wasserstoffhaltige Zwischenschicht deponiert oder in ein Substrat eine Diffusionsschicht eingebracht, die an oder nahe der Oberfläche liegt. Auf die Zwischenschicht wird eine verspannte Epitaxieschicht aufgewachsen, die anschließend mittels einer Temperaturbehandlung bei vergleichsweise niedriger Temperatur relaxiert wird.
Die Herstellung der Zwischenschicht kann auf drei unterschiedliche Weisen erfolgen (Fig. 3 a-c).
  • 1. Die Diffusionsschicht wird durch thermische und/oder plasmaunterstützte Eindiffusion von Wasserstoff in die Substratoberfläche eingebracht, wobei die Konzentration des eindiffundierten Wasserstoffs an der Substratoberfläche eine maximale Konzentration der Größenordnung 1019 bis 1021 cm-3 erreicht.
  • 2. Die Zwischenschicht wird durch reaktive Epitaxie bei einer Temperatur von max. 500°C unter Wasserstoffbeimischung mit hoher Konzentration in einer Dicke zwischen einigen Atomlagen bis 10 nm abgeschieden. Dabei erreicht die Konzentration des Wasserstoffs in der Schicht die Größenordnung von 1013 bis 1014 cm-2 (bzw. 1019 bis 1021 cm-3).
  • 3. Die Zwischenschicht wird aus einer monoatomaren Belegung der Substrat­ oberfläche mit einer Konzentration der Größenordnung 1014 bis 1015 cm-2 unter Bildung von Si-H-Bindungen hergestellt.
Bei allen drei Varianten findet die Temperaturbehandlung im Bereich von 450 bis 650°C statt.
Als Wasserstoffquelle werden in einer Molekularstrahlepitaxieanlage vorzugsweise Niederenergieplasma oder H/H2 Molekularstrahlquellen verwendet.
Das Halbleitersubstrat besteht entweder aus Silizium oder aus einer beliebigen SiGe-Legierung. Die Legierung kann auch auf einem ursprünglichen Siliziumsubstrat aufgewachsen werden und im weiteren Verlauf der Prozeßfolge die Funktion eines neuen Substrates für die darauffolgenden Schichten übernehmen. Auf diese Weise können bei der in situ Prozeßfolge auch mehrere relaxierte Epitaxieschichten - sogar bis zu einem Germaniumgehalt von x = 1 - aufeinanderfolgend abgeschieden werden. Als oberste Epitaxieschicht folgt dann eine weitere Pufferschicht oder eine zur Bauteilherstellung benötigte Schicht.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der erfindungsgemäße Herstellungsprozeß die Möglichkeit bietet, die komplette vertikale Schichtstruktur ohne Unterbrechung des Vakuums in situ zu realisieren, die eine weitgehende Unterdrückung von an die Oberfläche laufenden Threading- Versetzungen gewährleisten; sogar eine mehrstufige Abfolge relaxierter Schichten ist problemlos ohne Transport an Atmosphäre möglich.
Ein weiterer besonderer Vorteil besteht im geringen thermischen Budget der Temperung. Gegebenenfalls können dadurch sogar eine partielle Positionierung der gitterangepaßten SiGe-Pufferschichten bei der Prozessierung von bereits auf einem Substrat vorhandenen Bauelementstrukturen in Silizium-Technologie durchgeführt werden. Derart verträglichen Prozeßbedingungen bleiben, vor allem durch das niedrige Temperaturbudget bedingt, ohne negative Folgen für die bereits auf einem Substrat vorhandenen Strukturen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von vorteilhaften Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen in den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a Atomgitter einer epitaktisch abgeschieden Si1-xGex-Schicht auf einkristallinem Silizium - elastische Verspannung - (Stand der Technik),
Fig. 1b Atomgitter einer epitaktisch abgeschieden Si1-xGex-Schicht auf einkristallinem Silizium unter Bildung von Fehlpassungsversetzungen in der Nähe der Grenzfläche - Spannungsrelaxation - (Stand der Technik),
Fig. 2 Schematische Darstellung der Ausbildung und Verlauf von faden­ förmigen Threading-Versetzungen und Fehlpassungsversetzungen im Kristallvolumen (Stand der Technik),
Fig. 3 a) Oberflächennahe Wasserstoffdeposition im Substrat,
b) Wasserstoffdeposition durch reaktive, epitaktische Schichtabscheidung auf dem Substrat,
c) Oberflächliche Wasserstoffdeposition auf der Substratoberfläche,
Fig. 4 Schichtenfolge mehrerer aufeinanderfolgend abgeschiedener relaxierter Epitaxieschichten mit weiterer Deckschicht,
Fig. 5 Konzentrationsverlauf von eindiffundiertem Wasserstoff mit Maximalwert an der Substratoberfläche,
Fig. 6 Rocking-Kurve von Schichtenfolgen, die bei unterschiedlichen Temperaturen prozessiert wurden; Messung des Spannungsabbaus durch Gitterkonstantenänderung der Epitaxieschicht.
In einem ersten Ausführungsbeispiel wird nach Fig. 4 erfindungsgemäß die weitgehende Unterdrückung der an die Schichtoberfläche laufenden Threading- Versetzungen bei dünnen Puffern mit einer Schichtdicke unter 1 µm durch eine 2-stufigen Vorbehandlung, Wachstum und Zwischenbehandlung der von Siliziumsubstrat und als Epitaxieschicht ausgebildete SiGe-Pufferschicht erreicht. Dabei wird in einem ersten Prozeßschritt die später zu bewachsende Fläche des Substrats 1 einer Wasserstoffquelle dergestalt ausgesetzt, daß der Wasserstoff oberflächennah in das Kristallvolumen eindiffundiert wird. Das zugehörige erste Diffusionsprofil 11 ist in Fig. 5 im Konzentrationsverlauf beispielhaft für eine plasmaunterstützte Eindiffusion dargestellt, bei dem der Maximalwert an der Substratoberfläche liegt. Oberflächennah können Wasserstofflconzentrationen im Bereich von 1020 cm-3 erreicht werden.
In einem folgenden Prozeßschritt wird eine erste Si1-xGex-Pufferschicht 2 mit z. B. x = 0,2 und 150 nm Dicke aufgewachsen. Dies erfolgt bei einer Wachstumstemperatur von beispielsweise 550°C mit Wachstumsraten von ca. 0,3 nm/s.
Danach wird in situ das Siliziumsubstrat 1 mit der ersten Si1-xGex-Pufferschicht 2 auf 590°C erhitzt, wodurch die Si1-xGex-Pufferschicht 2 durch Bildung von vorwiegend Misfit-Versetzungen relaxiert. Die Ausbildung der Versetzungen verläuft entlang einer ersten wasserstoffhaltigen Grenzfläche 111 von Substrat und Epitaxieschicht. Einen Überblick des Relaxationsprozesses in Abhängigkeit von der Temperatur im Bereich von 530 bis 590°C ist aus Fig. 6 in Form einer Rocking-Kurve zu entnehmen. Bei den in der Figur dargestellten Meßkurven wird der Spannungsabbau durch Gitterkonstantenänderung der Epitaxieschicht erfaßt. Damit ist die erste Si1-xGex-Pufferschicht 2 nun thermisch stabil, der deponierte Wasserstoff ist nach der Temperung durch Diffusion an die Oberfläche und das Volumen durch Verdünnung wirkungslos.
Bei einem weiterer Prozeßschritt wird der bisherige Schichtstapel erneut der Wasserstoffdiffusion ausgesetzt, um wiederum ein in Fig. 4 dargestelltes zweites Diffusionsprofil 21 zu erzeugen.
Danach wird eine zweite Si1-xGex-Pufferschicht 3 mit z. B. x = 0,4 und 150 nm Dicke aufgewachsen. Die relative Erhöhung der Germaniumkonzentration bezüglich der ersten Pufferschicht 2 beträgt wiederum 0,2. Dieses erfolgt wieder bei einer Wachstumstemperatur von beispielsweise 550°C mit Wachstumsraten von ca. 0,3 nm/s.
Beim darauffolgenden Prozeßschritt wird der Schichtstapel erneut bei 590°C in situ unter Bildung einer erneuten thermisch stabilen zweiten Pufferschicht 3 getempert. Wiederum ist der deponierte Wasserstoff unter Ausbildung der zweiten wasserstoffhaltigen Grenzfläche 211 nach der Temperung durch Diffusion an die Oberfläche und das Volumen durch Verdünnung wirkungslos. Damit sind die Voraussetzungen für eine nachfolgende Abscheidung einer vertikalen Bauelementstruktur 4 geschaffen, die unmittelbar danach abgeschieden wird.
Der Wasserstoffdiffusionsprozeß findet bei allen Prozeßschritten vorzugsweise in der Wachstumskammer selbst oder in einer unmittelbar mit dieser verbundenen Präparationskammer statt.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung von relaxierten Epitaxieschichten auf einem Halbleitersubstrat mittels Molekularstrahlepitaxie mit einer Wasserstoffquelle, dadurch gekennzeichnet, daß in einer in situ Prozeßfolge
  • 1. an oder nahe der Substratoberfläche eine wasserstoffhaltige Zwischenschicht (11, 12, 13) deponiert oder eingebracht wird,
  • 2. darauf eine verspannte Epitaxieschicht aufgewachsen wird und
  • 3. die Epitaxieschicht mittels einer Temperaturbehandlung relaxiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diffusionsschicht (11) durch thermische und/oder plasmaunterstützte Eindiffusion von Wasserstoff in die Substratoberfläche (1) eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des eindiffundierten Wasserstoffs an der Substratoberfläche eine maximale Konzentration der Größenordnung 1019 bis 1021 cm-3 erreicht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch reaktive Epitaxie unter Wasserstoffbeimischung eine dünne Zwischenschicht (12) mit hoher Wasserstoffkonzentration deponiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (12) mit einer Dicke zwischen einigen Atomlagen bis 10 nm abgeschieden wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Wasserstoffs in der Schicht die Größenordnung 1013 bis 1014 cm-2 (bzw. 1019 bis 1021 cm-3) erreicht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (13) aus einer monoatomaren Belegung der Substratoberfläche hergestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die monoatomare Belegung eine Konzentration der Größenordnung 1014 bis 1015 cm-2 erreicht.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur­ behandlung im Bereich von 450 bis 650°C stattfindet.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abscheidung der wasserstoffhaltigen Zwischenschicht als Wasserstoffquelle vorzugsweise Niederenergieplasma oder H/H2 Molekularstrahlquellen verwendet werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) aus Silizium oder aus einer beliebigen SiGe-Legierung besteht.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der in situ Prozeßfolge mehrere relaxierte Epitaxieschichten aufeinanderfolgend abgeschieden werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die oberste Epitaxieschicht eine Bauelementstruktur (4) epitaktisch aufgewachsen wird.
14. Schichtenfolge, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bestehend aus:
  • 1. einem Substrat (1) aus Silizium mit auf oder eingebrachter wasserstoff­ haltigen Zwischenschicht (111) und aufeinanderfolgend,
  • 2. einer relaxierten Si1-xGex-Epitaxieschicht der Konzentration x = 0,1 bis 0,3 als erste Pufferschicht mit auf oder eingebrachter wasserstoffhaltiger Zwischenschicht (211),
  • 3. eine Si1-xGex-relaxierte Epitaxieschicht der Konzentration x = 0,3 bis 0,5 als zweite Pufferschicht (3) und
  • 4. einer Si1-xGex-Bauelementstruktur (4).
15. Schichtenfolge nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach der zweiten Pufferschicht (3) weitere relaxierte SixGe1-x-Epitaxieschicht mit ansteigender Germaniumkonzentration bis zu maximal x = 1 abgeschieden sind und zuletzt die Bauelementstruktur (4) folgt.
DE19859429A 1998-12-22 1998-12-22 Verfahren zur Herstellung epitaktischer Silizium-Germaniumschichten Withdrawn DE19859429A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19859429A DE19859429A1 (de) 1998-12-22 1998-12-22 Verfahren zur Herstellung epitaktischer Silizium-Germaniumschichten
EP99124785A EP1014431A3 (de) 1998-12-22 1999-12-14 Verfahren zur Herstellung epitaktischer Silizium-Germaniumschichten
CA002293060A CA2293060A1 (en) 1998-12-22 1999-12-22 Process for producing epitactic-silicon germanium layers
US09/469,752 US6313016B1 (en) 1998-12-22 1999-12-22 Method for producing epitaxial silicon germanium layers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19859429A DE19859429A1 (de) 1998-12-22 1998-12-22 Verfahren zur Herstellung epitaktischer Silizium-Germaniumschichten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19859429A1 true DE19859429A1 (de) 2000-06-29

Family

ID=7892240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19859429A Withdrawn DE19859429A1 (de) 1998-12-22 1998-12-22 Verfahren zur Herstellung epitaktischer Silizium-Germaniumschichten

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6313016B1 (de)
EP (1) EP1014431A3 (de)
CA (1) CA2293060A1 (de)
DE (1) DE19859429A1 (de)

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100400808B1 (ko) 1997-06-24 2003-10-08 매사츄세츠 인스티튜트 오브 테크놀러지 그레이드된 ＧｅＳｉ층 및 평탄화를 사용한 Ｓｉ상의 Ｇｅ의 쓰레딩 전위 밀도 제어
US6602613B1 (en) 2000-01-20 2003-08-05 Amberwave Systems Corporation Heterointegration of materials using deposition and bonding
US6750130B1 (en) 2000-01-20 2004-06-15 Amberwave Systems Corporation Heterointegration of materials using deposition and bonding
WO2002015244A2 (en) 2000-08-16 2002-02-21 Massachusetts Institute Of Technology Process for producing semiconductor article using graded expitaxial growth
US6524935B1 (en) * 2000-09-29 2003-02-25 International Business Machines Corporation Preparation of strained Si/SiGe on insulator by hydrogen induced layer transfer technique
US20020100942A1 (en) * 2000-12-04 2002-08-01 Fitzgerald Eugene A. CMOS inverter and integrated circuits utilizing strained silicon surface channel MOSFETs
US6649480B2 (en) 2000-12-04 2003-11-18 Amberwave Systems Corporation Method of fabricating CMOS inverter and integrated circuits utilizing strained silicon surface channel MOSFETs
US6830976B2 (en) 2001-03-02 2004-12-14 Amberwave Systems Corproation Relaxed silicon germanium platform for high speed CMOS electronics and high speed analog circuits
US6723661B2 (en) 2001-03-02 2004-04-20 Amberwave Systems Corporation Relaxed silicon germanium platform for high speed CMOS electronics and high speed analog circuits
US6703688B1 (en) 2001-03-02 2004-03-09 Amberwave Systems Corporation Relaxed silicon germanium platform for high speed CMOS electronics and high speed analog circuits
US6724008B2 (en) 2001-03-02 2004-04-20 Amberwave Systems Corporation Relaxed silicon germanium platform for high speed CMOS electronics and high speed analog circuits
US6855649B2 (en) * 2001-06-12 2005-02-15 International Business Machines Corporation Relaxed SiGe layers on Si or silicon-on-insulator substrates by ion implantation and thermal annealing
US6593625B2 (en) * 2001-06-12 2003-07-15 International Business Machines Corporation Relaxed SiGe layers on Si or silicon-on-insulator substrates by ion implantation and thermal annealing
US6831292B2 (en) 2001-09-21 2004-12-14 Amberwave Systems Corporation Semiconductor structures employing strained material layers with defined impurity gradients and methods for fabricating same
US6933518B2 (en) 2001-09-24 2005-08-23 Amberwave Systems Corporation RF circuits including transistors having strained material layers
US6492216B1 (en) 2002-02-07 2002-12-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method of forming a transistor with a strained channel
US6583000B1 (en) * 2002-02-07 2003-06-24 Sharp Laboratories Of America, Inc. Process integration of Si1-xGex CMOS with Si1-xGex relaxation after STI formation
US7202139B2 (en) 2002-02-07 2007-04-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company , Ltd. MOSFET device with a strained channel
US6793731B2 (en) * 2002-03-13 2004-09-21 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method for recrystallizing an amorphized silicon germanium film overlying silicon
GB0212616D0 (en) * 2002-05-31 2002-07-10 Univ Warwick Formation of lattice-tuning semiconductor substrates
US6995430B2 (en) 2002-06-07 2006-02-07 Amberwave Systems Corporation Strained-semiconductor-on-insulator device structures
US20030227057A1 (en) 2002-06-07 2003-12-11 Lochtefeld Anthony J. Strained-semiconductor-on-insulator device structures
US6982474B2 (en) 2002-06-25 2006-01-03 Amberwave Systems Corporation Reacted conductive gate electrodes
US6680496B1 (en) 2002-07-08 2004-01-20 Amberwave Systems Corp. Back-biasing to populate strained layer quantum wells
US7018910B2 (en) * 2002-07-09 2006-03-28 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies S.A. Transfer of a thin layer from a wafer comprising a buffer layer
US7375385B2 (en) 2002-08-23 2008-05-20 Amberwave Systems Corporation Semiconductor heterostructures having reduced dislocation pile-ups
US6878610B1 (en) * 2002-08-27 2005-04-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Relaxed silicon germanium substrate with low defect density
JP3851950B2 (ja) * 2002-11-19 2006-11-29 国立大学法人名古屋大学 シリコンゲルマニウム膜の作製方法、エピタキシャル成長用基板、多層膜構造体及びヘテロ接合電界効果トランジスタ
US20040224469A1 (en) * 2003-05-08 2004-11-11 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Method for forming a strained semiconductor substrate
US6872641B1 (en) * 2003-09-23 2005-03-29 International Business Machines Corporation Strained silicon on relaxed sige film with uniform misfit dislocation density
JP3884439B2 (ja) * 2004-03-02 2007-02-21 株式会社東芝 半導体装置
US7202145B2 (en) * 2004-06-03 2007-04-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Strained Si formed by anneal
US20060113603A1 (en) * 2004-12-01 2006-06-01 Amberwave Systems Corporation Hybrid semiconductor-on-insulator structures and related methods
US7393733B2 (en) 2004-12-01 2008-07-01 Amberwave Systems Corporation Methods of forming hybrid fin field-effect transistor structures
RU2585900C1 (ru) * 2015-03-10 2016-06-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Способ выращивания кремний-германиевой гетероструктуры
CN108368356B (zh) * 2015-12-10 2019-11-29 阿克佐诺贝尔国际涂料股份有限公司 泡沫涂料组合物和用此涂料组合物涂敷基材的方法
GB2552444A (en) * 2016-03-21 2018-01-31 Univ Warwick Heterostructure
US9922941B1 (en) 2016-09-21 2018-03-20 International Business Machines Corporation Thin low defect relaxed silicon germanium layers on bulk silicon substrates
US10510871B1 (en) * 2018-08-16 2019-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device and method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5221412A (en) * 1989-09-26 1993-06-22 Toagosei Chemical Industry Co., Ltd. Vapor-phase epitaxial growth process by a hydrogen pretreatment step followed by decomposition of disilane to form monocrystalline Si film
US5256550A (en) * 1988-11-29 1993-10-26 Hewlett-Packard Company Fabricating a semiconductor device with strained Si1-x Gex layer
US5273930A (en) * 1992-09-03 1993-12-28 Motorola, Inc. Method of forming a non-selective silicon-germanium epitaxial film

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0208851B1 (de) * 1982-12-16 1990-03-07 Fujitsu Limited Herstellung eines Halbleiterbauelementes mittels Molekularstrahlepitaxie
US4529455A (en) * 1983-10-28 1985-07-16 At&T Bell Laboratories Method for epitaxially growing Gex Si1-x layers on Si utilizing molecular beam epitaxy
US5442205A (en) * 1991-04-24 1995-08-15 At&T Corp. Semiconductor heterostructure devices with strained semiconductor layers
JP3169114B2 (ja) * 1995-05-29 2001-05-21 信越半導体株式会社 単結晶薄膜の製造方法
US5891769A (en) * 1997-04-07 1999-04-06 Motorola, Inc. Method for forming a semiconductor device having a heteroepitaxial layer
DE19802977A1 (de) * 1998-01-27 1999-07-29 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren zur Herstellung einer einkristallinen Schicht auf einem nicht gitterangepaßten Substrat, sowie eine oder mehrere solcher Schichten enthaltendes Bauelement

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5256550A (en) * 1988-11-29 1993-10-26 Hewlett-Packard Company Fabricating a semiconductor device with strained Si1-x Gex layer
US5221412A (en) * 1989-09-26 1993-06-22 Toagosei Chemical Industry Co., Ltd. Vapor-phase epitaxial growth process by a hydrogen pretreatment step followed by decomposition of disilane to form monocrystalline Si film
US5273930A (en) * 1992-09-03 1993-12-28 Motorola, Inc. Method of forming a non-selective silicon-germanium epitaxial film

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
OHTANI,Noboru, et.al.: Surface Hydrogen Effects on Ge Surface Segregation during Silicon Gas Source Molecular Beam Epitaxy. In: Jpn. J. Appl. Phys., Vol.33, 1994, S.2311-2316 *

Also Published As

Publication number Publication date
US6313016B1 (en) 2001-11-06
EP1014431A3 (de) 2002-01-23
CA2293060A1 (en) 2000-06-22
EP1014431A2 (de) 2000-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19859429A1 (de) Verfahren zur Herstellung epitaktischer Silizium-Germaniumschichten
DE4029060C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für elektronische, elektrooptische und optische Bauelemente
DE69827824T2 (de) Kontrolle der verspannungsdichte durch verwendung von gradientenschichten und durch planarisierung
EP1816672B1 (de) Halbleiterschichtstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtstruktur
DE60130205T2 (de) Implantierungsverfahren unter verwendung substöchiometrischer sauerstoffdosen bei verschiedenen energien
DE102005045338B4 (de) Epitaxierte Siliciumscheibe und Verfahren zur Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben
DE102015103810B4 (de) Herstellen von Halbleitervorrichtungen mit Erzeugen und Ausheilen von strahlungsinduzierten Kristalldefekten
EP1160360B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer epitaxierten Halbleiterscheibe
EP1051740A1 (de) Verfahren zur herstellung einer einkristallinen schicht auf einem nicht gitterangepasstem substrat, sowie eine oder mehrere solcher schichten enthaltendes bauelement
DE102018213437B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Galliumnitridsubstrat unter Verwendung von Hydrid-Gasphasenepitaxie
DE602004007940T2 (de) Bildung einer silicium-germanium-auf-isolator-struktur durch oxidation einer vergrabenen porösen siliciumschicht
DE102018213434A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Galliumnitridsubstrat unter Verwendung der Multiionimplantation
DE10393440T5 (de) Verfahren zum Behandeln von Halbleitermaterial
DE102004054564B4 (de) Halbleitersubstrat und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2014118162A1 (de) Halbleiterschichtenfolge und verfahren zur herstellung einer halbleiterschichtenfolge
DE102004053307B4 (de) Mehrschichtenstruktur umfassend ein Substrat und eine darauf heteroepitaktisch abgeschiedene Schicht aus Silicium und Germanium und ein Verfahren zu deren Herstellung
DE4440072C1 (de) Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen monokristallinen Siliziumcarbidschicht
DE112019003987T5 (de) VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES GaN-LAMINATSUBSTRATS
EP1415332A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen dünner epitaktischer halbleiterschichten
DE69938609T2 (de) Epitaktisches substrat aus aluminium-galliumnitrid-halbleitern und herstellungsverfahren dafür
DE3027197A1 (de) Verfahren zum herstellen einer halbleitereinrichtung
DE10238135B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Gruppe-II-Oxid Schichten mit der Gasphasenepitaxie, Gruppe-II-Oxid Schicht und Gruppe-II-Oxid Halbleiterbauelement
WO2024068041A1 (de) Halbleiterscheibe mit gan-zwischenschichten zur ausbildung von gan-halbleiterbauelementen
DE102011003409B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Germaniumschicht auf einem gitterfehlangepassten Substrat und Verfahren zur Herstellung eines integrierten Halbleiterbauelements
WO2023194094A1 (de) Verfahren zur herstellung eines aufwachssubstrats, aufwachssubstrat und strahlungsemittierender halbleiterchip

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: UNAXIS BALZERS AG, BALZERS, LI

8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: GLAWE, DELFS, MOLL, PATENTANWAELTE, 80538 MUENCHEN

8141 Disposal/no request for examination