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JPH0425135A - 半導体基板 - Google Patents

半導体基板

Info

Publication number
JPH0425135A
JPH0425135A JP12972390A JP12972390A JPH0425135A JP H0425135 A JPH0425135 A JP H0425135A JP 12972390 A JP12972390 A JP 12972390A JP 12972390 A JP12972390 A JP 12972390A JP H0425135 A JPH0425135 A JP H0425135A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
single crystal
semiconductor
substrate
semiconductor substrate
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.)
Pending
Application number
JP12972390A
Other languages
English (en)
Inventor
Riichi Inoue
利一 井上
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP12972390A priority Critical patent/JPH0425135A/ja
Publication of JPH0425135A publication Critical patent/JPH0425135A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Element Separation (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体基板、特に半導体素子を形成するヘテロエピタキ
シャル成長による単結晶半導体層を上面に有する半導体
基板の構造に関し、 ヘテロ接合部の格子定数や熱膨張係数の不整合により、
素子が形成される単結晶半導体層に転位やストレスが発
生するのを抑制するヘテロエピタキシ基板の構造を提供
し、ヘテロエピタキシャル成長による単結晶半導体層に
形成される半導体素子の性能劣化を防止することを目的
とし、支持基板上に絶縁層を介して積層されている厚さ
1500Å以下の単結晶シリコン層上に、該単結晶シリ
コン層とヘテロ接合を形成する単結晶半導体層が形成さ
れた構成を有する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体基板、特に素子を形成するヘテロエピタ
キシャル成長による半導体層を上面に有する半導体基板
の構造に関する。
近年、化合物半導体装置等においては、基板の大口径化
を図って製造原価を低減することを主たる目的として、
シリコン(Si)基板上にヘテロエピタキシャル成長に
より形成した単結晶化合物半導体層を用いて半導体装置
を形成する技術が提供されているが、上記単結晶化合物
半導体層の結晶品質が充分でなく、半導体装置の性能劣
化を生ずるので、」1記ヘテロエピタキシャル成長によ
る単結晶半導体層の結晶品質の改善が望まれている。
〔従来の技術に余囮バ゛@決しようとIる牌、急〕従来
の、例えばSi基板上にヘテロエピタキシャル成長した
単結晶化合物半導体層を用いた半導体装置においては、
ヘテロ接合界面でのSi基板と単結晶化合物半導体層と
の間の格子定数及び熱膨張係数の不整合により、この接
合界面からSi基板に対して極端に薄い単結晶化合物半
導体層内に、高密度の転位が発生ずると共に大きな残留
スI・レスも形成され、その結果、この単結晶化合物半
導体層に形成される半導体素子に、接合リーク等による
性能劣化を多発していた。
そのため従来は、上記単結晶化合物半導体層の内部に中
間層としてアニール層や歪み超格子層を設け、これらの
層にヘテロ接合面からの転位やス1−レスを吸収して、
素子が形成される単結晶化合物半導体層の表面部の結晶
性を高める方法が試みられているが、転位やス1ヘレス
の除去が充分でなく、素子性能の劣化を充分に防止する
ことはできなかった。
そこで本発明は、ヘテロ接合部の格子定数や熱膨張係数
の不整合により、素子が形成される単結晶半導体層に転
位やストレスが発生するのを抑制するヘテロエピタキシ
基板の構造を提供し、ヘテロエピタキシャル成長による
単結晶半導体層に形成される半導体素子の性能低下を防
止することを目的とする。
〔課題を解決するだめの手段] 上記課題は、支持基板上に絶縁層を介して積層されてい
る厚さ1500Å以下の単結晶シリコン層上に、該単結
晶シリコン層とヘテロ接合を形成する単結晶半導体層が
形成された本発明による半導体基板によって解決される
〔作 用〕
即ち、本発明においては半導体素子の形成されるヘテロ
エピタキシャル成長による単結晶半導体層の支持基板に
5OT(Silicon On Tnsulator)
基板を用い、絶縁膜上に積層されている5jN(SOI
N)上にヘテロエピタキシャル成長により素子が形成さ
れる単結晶半導体層を形成する。そして、第3図に示す
801層の膜厚と、その上にヘテロエピタキシャル成長
される通常の2〜3μm程度の厚さの単結晶半導体(G
aAs)層内に発生する転位の密度との関係から、80
1層の厚さを50〜1500人程度に充分薄<シ、単結
晶半導体層をそれに比べて充分に厚く形成することによ
り、ヘテロ接合部に生ずる結晶格子及び熱膨張係数の不
整合による応力を801層におけるSi結晶の格子の変
形によって吸収し、上記応力が素子を形成する単結晶半
導体層に及ぼされる大きさを減少させて、この単結晶半
導体層内に発生する転位密度を少なくとも10’/cm
2以下に減少させると同時に、これに伴ってストレスの
大きさをも減少せしめる。
なお、第3図において、^はSi基板上にヘテロエピタ
キシャル成長させた厚さ3μmのGaAs層の転位密度
を示し、Bは301層の厚さとその上にヘテロエピタキ
シャル成長された厚さ3μmの単結晶GaAs層内に発
生ずる転位の密度との関係のカーブである。
〔実施例〕
以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。
第1図は本発明に係る半導体基板の一実施例の模式断面
図、第2図(a)乃至(C)は本発明に係る半導体基板
の形成方法の一実施例を示す工程断面図、第3図は50
1層の膜厚と、ヘテロエピタキシャル成長GaAs層の
転位密度との関係図、第4図は本発明に係る半導体基板
を用いて形成した半導体素子の一例の模式断面図である
全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。
GaAs半導体装置を形成する際に用いられる本発明に
係る半導体基板は、例えば、St支持基板1上に厚さ4
500人程度0二酸化シリコン(SiO□)絶縁層2を
介して積層された50〜1500人の範囲内の例えば1
000人の厚さを有する単結晶Si層(SOI層)3上
に、厚さ100人程鹿の非晶質GaAs層4を介してヘ
テロエピタキシャル成長による厚さ2〜3μmの単結晶
GaAs層5が形成された構造を有する。
このような本発明に係るGaAs基板は、例えば以下に
説明する方法で形成される。
第2図(a)参照 即ち、(100)面を有し、(011)方向2°オフの
Si単結晶基板101に酸素イオン(0゛)をドーズ量
2.0X1010cm−”、加速エネルギー150Ke
Vでイオン注入し、窒素中において1300°Cで6時
間程度アニールし、弗酸等により表面の自然酸化膜を除
去しSOI基板11を形成する。なおここで、前記Si
単結晶基板101には、表面部に301層3となる厚さ
1000人程度人程結晶Si層101八を残してその下
部に厚さ4500人程度0二iO□絶縁層2が形成され
る。
なおこのSiO□絶縁層2の下部に残留するSi基板1
01Bは支持基板1として機能する。
第2図(b)参照 次いで、このSOI基板11をMOCVD (有機金属
気相成長)装置内に搬入し、例えば、 水素(H2) : 12 SLM  とアルシン(八5
H3) : 30 SCCMの混合ガスの70〜80T
orrの減圧雰囲気中で、1000°Cに約10分間保
持して、単結晶Si層101A上の自然酸化膜を除去し
た後、 例えば、トリメチルガリウム(TMG)  : 70 
SCCMと八s11. : 200 SCCMの混合ガ
スの70Torr程度の減圧雰囲気中で450’C程度
に加熱し、単結晶Si層101A上に厚さ100人程鹿
の非晶質GaAs層4を形成し、次いで成長温度を通常
のGaAsの成長温度である700°Cに昇温し、成長
ガスの混合比を、TMG:14SCCM 、ASl+3
 : 1003CCMとしてGaAsのヘテロエピタキ
シャル成長を行い、前記非晶質GaAs層4上に厚さ1
μm程度の第1の単結晶GaAs層5Aを形成し、次い
で同雰囲気中で、800°Cと200 ”Cとの間の昇
降温を5回程度繰り返す熱サイクルアニールを行い、上
記第1の単結晶GaAs層島の表面部にアニル層5an
を形成する。
ここで、前記非晶質GaAs層4は単結晶化され単結晶
GaAs層論と一体化する。
第2図(C)参照 次いで」1記エピタキシャル成長と同一条件で、第1の
単結晶GaAs層5A」二に厚さ1μm程度の第2の単
結晶GaAs層5Bをエピタキシャル成長させる。
以」−のような方法により形成した単結晶GaAs層5
表面部の転位密度は、第3図に示すsor層の厚さと転
位密度の関係図から、Si単結晶基板上に、直に、上記
実施例と同様の方法で形成した単結晶GaAs層の転位
密度(八)の値に比べ、<C> の点で示されるように
1/2程度に改善されていることがわかる。
第4図は、例えば」1記の方法で形成した301層3上
に単結晶GaAs層5がヘテロエピタキシャル成長され
ているGaAs5OI基板21を用いて形成したMES
 FIETを示した模式断面図で、6はリセス、7はア
ルミニウム(A1)ゲート、8は金ゲルマニウム合金(
AuGe)層上に金(Au>層が積層されてなるAu/
AuGeソース電極、9はAu/AuGe  ドレイン
電極、その他の符号は第1図と同一対称物を示す。
なお、本発明の構造は、素子が形成される半導体層に、
」1記GaAs以外の■−V族化合物半導体を用いる際
にも適用される。例えば、ガリウム燐(GaP)を用い
る場合、sor層」−に単結晶GaP層形成する条件は
、例えば 反応ガス   tイ2       12SLMPH3
300SCCM TMC14SCCM 圧力              7QTorr成長温
度          900 °Cである。
また、本発明の構造は、素子が形成される半導体層にゲ
ルマニウム(Ge)を用いる際にも適用される。単結晶
Ge層を気相成長で形成する場合の条件は、例えば 反応ガス   Hz         8  SL?l
GeH41o  SCCM 圧力              10Torr成長温
度          600 °Cである。
更にまた、本発明の構造は、素子が形成される半導体層
にGeとSiの混晶を用いる際にも適用される。その場
合の気相成長条件は、例えば反応ガス   Hz   
      8  SLMGeH410SCCM S ! H2C129SCCM 0Torr 60 °C 圧力 成長温度 である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、単結晶Si上にヘ
テロエピタキシャル成長せしめたGaAs等の単結晶半
導体層内に発生する転位の密度を、従来に比べて172
程度に減少することができ、またそれと同時にストレス
も減少できるので、ヘテロエピタキシャル成長による半
導体層を用いて形成されるGaAs MESFET等の
半導体素子の、リーク電流による性能劣化を防止する効
果が生ずる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る半導体基板の一実施例の模式断面
図、 第2図(a)乃至(C)は本発明に係る半導体基板の形
成方法の一実施例の工程断面図、 第3図は301層の厚さと、ヘテロエビクキシャル成長
GaAs層の転位密度との関係図、第4図は本発明に係
る半導体基板を用いて形成した半導体素子の模式断面図 である。 図において、 1はSi支持基板、 1は 2−!l!−3iO2絶縁膜、 3は単結晶Si層(SOT層)、 4は非晶質GaAs層、 5ば単結晶GaAs層、 6はリセス、 7はΔ1ゲート、 8は八u/AuGe ソース電極、 9はAu/八uへe  ドレイン電極 11はSO■基板、 21はGaAs Sol基板、 101は単結晶Si基板 を示す。 (2−改9)V赤患獅ω&9■’り一

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)支持基板上に絶縁層を介して積層されている厚さ
    1500Å以下の単結晶シリコン層上に、該単結晶シリ
    コン層とヘテロ接合を形成する単結晶半導体層が形成さ
    れていることを特徴とする半導体基板。
  2. (2)前記支持基板が、単結晶シリコン基板よりなるこ
    とを特徴とする請求項(1)記載の半導体基板。
  3. (3)前記絶縁層が前記単結晶シリコン支持基板の内部
    に形成した酸素のイオン注入によって形成された酸化シ
    リコン層からなり、該単結晶シリコン層が該酸化シリコ
    ン層の上部に残留する該単結晶シリコン層よりなること
    を特徴とする請求項(2)記載の半導体基板。
  4. (4)前記単結晶シリコン層が、前記絶縁層上に積層さ
    れた再結晶シリコン層よりなることを特徴とする請求項
    (1)及び(2)記載の半導体基板。
  5. (5)前記単結晶半導体層が、III−V族化合物半導体
    混晶、又はゲルマニウム、又はシリコンとゲルマニウム
    の混晶よりなることを特徴とする請求項(1)、(2)
    、(3)及び(4)記載の半導体基板。
JP12972390A 1990-05-18 1990-05-18 半導体基板 Pending JPH0425135A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7501318B2 (en) 2003-05-30 2009-03-10 International Business Machines Corporation Formation of silicon-germanium-on-insulator (SGOI) by an integral high temperature SIMOX-Ge interdiffusion anneal
JP2010226079A (ja) * 2008-10-02 2010-10-07 Sumitomo Chemical Co Ltd 半導体基板、電子デバイス、および半導体基板の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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