專利名稱:通過(guò)離子注入和熱退火獲得的在Si或絕緣體上硅襯底上的弛豫SiGe層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及所謂的“虛擬襯底”的制造方法以及所述虛擬襯底和在半導(dǎo)體器件中的所述虛擬襯底的使用,所述半導(dǎo)體器件例如調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MODFET)、金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、應(yīng)變硅基互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件以及其它需要完全弛豫SiGe層的器件。本發(fā)明的虛擬襯底在晶體層中包括Si和Ge,所述晶體層為在晶格失配Si晶片或絕緣體上硅(SOI)晶片上的體晶格常數(shù)的Si1-xGex合金。
背景技術(shù):
在半導(dǎo)體工業(yè)中,Si/Si1-xGex異質(zhì)外延材料系統(tǒng)對(duì)于將來(lái)的微電子應(yīng)用具有重要的意義,因?yàn)橥ㄟ^(guò)采用在界面處的帶階,可以在多種應(yīng)用中控制晶格失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子特性。Si/Si1-xGex系統(tǒng)的最普遍應(yīng)用是異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT),其需要將Si1-xGex層沉積到Si襯底上,其中該Si1-xGex層是假晶的,即壓應(yīng)變的從而層的平面內(nèi)晶格參數(shù)與Si襯底的相匹配,以及成分漸變的。金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MODFET)需要張應(yīng)變下的Si層,以在界面處獲得合適的導(dǎo)帶階,該導(dǎo)帶階能夠在Si量子阱中形成2D電子氣,該2D電子氣導(dǎo)致了極高的電子遷移率(其數(shù)量級(jí)為在室溫下的未應(yīng)變Si中的五到十倍)。通過(guò)在應(yīng)變弛豫Si1-xGex緩沖層(x=0.15-0.35)上外延生長(zhǎng)獲得張應(yīng)變下的Si層。如在P.M.Mooney,Mater.Sci.Eng.R17,105(1996)和F.Schaeffler,Semiconductor Sci.Tech.12,1515(1997)中所提到的,與Si或SOI襯底相連的應(yīng)變弛豫Si1-xGex緩沖層構(gòu)成了所謂的“虛擬襯底”。注意,這里使用的術(shù)語(yǔ)“SiGe”有時(shí)是指Si1-xGex層。
生長(zhǎng)應(yīng)變弛豫Si1-xGex緩沖層本身是一個(gè)挑戰(zhàn)性任務(wù),因?yàn)閼?yīng)變弛豫引入失配位錯(cuò)的受控成核、傳播以及相互作用,該失配位錯(cuò)以延伸到晶片表面的螺旋臂(threading arm)結(jié)束,并在任何后續(xù)生長(zhǎng)的外延層中重復(fù)。這些缺陷公知為不利地影響電子和光電子器件的特性。通過(guò)生長(zhǎng)厚度達(dá)到幾微米的成分漸變的緩沖層可以提高弛豫SiGe層的晶體質(zhì)量。通過(guò)利用該技術(shù),在緩沖層的頂部生長(zhǎng)的外延層的螺旋位錯(cuò)(TD)密度,從單個(gè)均勻成分層的1010到1011cm-2下降到漸變成分緩沖層的106到5×107cm-2。厚SiGe緩沖層(當(dāng)x=0.3,通常需要1-3微米的厚度以獲得大于95%的應(yīng)變弛豫)的主要缺陷是高螺旋位錯(cuò)密度和螺旋位錯(cuò)在整個(gè)晶片表面上的不均勻分布。一些區(qū)域具有較低的螺旋位錯(cuò)密度并主要是單個(gè)螺旋位錯(cuò);而其它區(qū)域由于位錯(cuò)倍增具有成堆的螺旋位錯(cuò),該位錯(cuò)倍增產(chǎn)生位錯(cuò)堆積(參見(jiàn)例如F.K.Legoues等人的J.Appl.Phys.71,4230(1992)和E.A.Fitzgerald等人的J.Vac.Sci.and Techn.,B10 1870(1992))。而且,由于位錯(cuò)相互作用,在某些情況下可能發(fā)生阻塞或偶極子形成(參見(jiàn)E.A.Stach,Phys.Rev.Lett.84,947(2000))。
通常在后者的區(qū)域中發(fā)現(xiàn)趨于成行排列的表面凹陷,從而使晶片的這些區(qū)域不能用于多種電子器件。在厚漸變Si1-xGex緩沖層上的電子器件還表現(xiàn)出自熱效應(yīng),因?yàn)镾iGe合金通常具有比Si低得多的導(dǎo)熱率。因此,在厚SiGe緩沖層上形成的器件不適于一些應(yīng)用。另外,得自位錯(cuò)堆積的厚漸變Si1-xGex緩沖層的表面粗糙度平均為10nm,這通常使該緩沖層不適于器件的形成。例如,不能使用這些層直接鍵合晶片。為此需要其它化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)步驟。
已經(jīng)研制出多種策略,以進(jìn)一步降低螺旋位錯(cuò)密度以及表面粗糙度,所述策略包括1)使用在450℃下生長(zhǎng)的初始低溫(LT)緩沖層以及在750℃和850℃之間的溫度下生長(zhǎng)的后續(xù)層。該現(xiàn)有技術(shù)的方法使用在LT緩沖層中的點(diǎn)缺陷的聚集,該聚集在更高的生長(zhǎng)溫度下發(fā)生。該聚集用作內(nèi)部界面,在此界面上位錯(cuò)可以成核或終止。因此,用于弛豫的失配位錯(cuò)密度得到保持,而降低了螺旋位錯(cuò)密度。LT緩沖層只能通過(guò)分子束外延(MBE)生長(zhǎng);該現(xiàn)有技術(shù)的方法不能通過(guò)UHV-CVD實(shí)施。
2)使用襯底構(gòu)圖,例如蝕刻的溝槽,用于在一側(cè)形成約10-30微米的小臺(tái)面。所述溝槽用于位錯(cuò)成核/終止的源/漏。當(dāng)位錯(cuò)在溝槽終止時(shí),沒(méi)有形成螺旋位錯(cuò);然而,位于Si/SiGe界面處的失配段有助于應(yīng)變弛豫。該現(xiàn)有技術(shù)方法的主要缺陷是減小了器件定位的靈活性,并減小了有用區(qū)域。而且,難于獲得高度的弛豫(大于80%)。
常規(guī)獲得用于虛擬襯底的應(yīng)變弛豫Si1-xGex緩沖層的漸變緩沖層方法以及上述減小螺旋位錯(cuò)密度的可選方法都不能提供完全滿足器件應(yīng)用的材料要求的解決方案,所述要求即充分低的螺旋位錯(cuò)密度、對(duì)螺旋位錯(cuò)的分布的控制以及可接受的表面平滑度。
在一些情況中,使用He離子注入來(lái)形成弛豫SiGe層。將He離子注入半導(dǎo)體公知為形成氣泡,所述氣泡在后續(xù)的退火中將被排氣或放大(Ostwald ripening)(參見(jiàn)例如H.Trinkaus等人的Appl.Phys.Lett.76,3552(2000),以及D.M.Follstaedt等人的Appl.Phys.Lett.69,2059(1996))。所述氣泡有利于用于例如除去金屬雜質(zhì)或者改變半導(dǎo)體的電子特性。而且,所述氣泡還有利于作為異質(zhì)位錯(cuò)成核的源。
還示出了,在氣泡和位錯(cuò)之間的束縛能非常大(對(duì)于半徑為10nm的氣泡大約為600eV),并且He氣泡與位錯(cuò)的相互作用顯著改變了失配位錯(cuò)形式。其包括非常短(<50nm)的失配位錯(cuò)段,而不是在漸變緩沖層生長(zhǎng)中發(fā)生的更長(zhǎng)(大于1μm)的失配位錯(cuò)段。He氣泡與位錯(cuò)的相互作用還顯著改變了應(yīng)變Si1-xGex層的弛豫行為。而且,弛豫程度比未注入的控制樣品更大,其中對(duì)兩種樣品施加相同的熱處理。為了獲得顯著的應(yīng)變弛豫,需要在Si/SiGe界面下約80nm處注入2×1016cm-2劑量的He(M.Luysberg,D.Kirch,H.Trinkaus,B.Hollaender,S.Lenk,S.Mantl,H.J.Herzog,T.Hackbarth,P.F.Fichtner,Microscopy on SemiconductingMaterials,IOP publishing,Oxford 2001)。雖然應(yīng)變弛豫機(jī)制與在漸變緩沖層中發(fā)生的機(jī)制非常不同,但是螺旋位錯(cuò)密度都是不希望地大(對(duì)于Si0.80Ge0.20最佳是>107cm-2)。只有當(dāng)發(fā)生較少的應(yīng)變弛豫時(shí)才可以獲得更低的螺旋位錯(cuò)密度。
鑒于在Si襯底上以及絕緣體上硅(SOI)襯底上形成應(yīng)變弛豫Si1-xGex緩沖層中的現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷,需要開(kāi)發(fā)一種新的改進(jìn)的方法,所述方法可以在Si或絕緣體上硅(SOI)襯底上形成這樣的應(yīng)變弛豫Si1-xGex緩沖層,所述緩沖層具有減小的螺旋位錯(cuò)密度、均勻分布的失配位錯(cuò)以及很高的表面平滑度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面涉及在單晶表面上形成低螺旋位錯(cuò)密度的弛豫Si1-xGex緩沖層的方法。具體地說(shuō),本發(fā)明的形成所謂的“虛擬襯底”的方法包括以下步驟在襯底的單晶表面上沉積嚴(yán)格假晶的外延Si1-xGex層(即完全無(wú)位錯(cuò)的層)或在襯底的單晶表面上沉積近似假晶的外延Si1-xGex層(即近似無(wú)位錯(cuò)的層);在所述襯底中注入例如He的輕元素的原子;以及在大于650℃的溫度下對(duì)所述襯底進(jìn)行退火。
即使已公知為He注入,本申請(qǐng)人確定了在Si/Si1-xGex界面下注入He離子以及隨后的熱退火的優(yōu)化處理?xiàng)l件,其得到完全不同的弛豫機(jī)制,從而在薄(小于300nm)SiGe層中形成了減小的螺旋位錯(cuò)密度(例如對(duì)于Si0.85Ge0.15為104-106cm-2)。
對(duì)于良好的器件性能尤其重要的是,應(yīng)變弛豫單晶Si1-xGex層包括盡可能少的缺陷,所述缺陷主要是螺旋位錯(cuò)(TD);在最近公開(kāi)中提到的可以接受的螺旋位錯(cuò)的上限為106cm-2。利用本發(fā)明的方法,可以獲得螺旋位錯(cuò)密度低于該極限的弛豫Si1-xGex層,相比于通常使用的現(xiàn)有技術(shù)的線性或突變的緩沖層,其在合金成分高達(dá)Si0.8Ge0.2的8”晶片中的螺旋位錯(cuò)密度通常在1×106到5×107cm-2之間的范圍中。
本發(fā)明的另一方面涉及利用本發(fā)明的方法形成的虛擬襯底。具體地說(shuō),本發(fā)明的虛擬襯底包括襯底;以及在所述襯底上的部分弛豫的單晶Si1-xGex層,其中部分弛豫的單晶Si1-xGex層的厚度小于約300nm,螺旋位錯(cuò)密度小于106cm-2,并具有大于30%的較大弛豫。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,外延Si1-xGex層包括濃度為從約1×1019到約2×1021cm-3的C。
本發(fā)明的另一方面涉及利用本發(fā)明的處理步驟形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。具體地說(shuō),本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底;在所述襯底上的第一單晶層;在所述第一單晶層上的第二高缺陷單晶層,所述第二高缺陷單晶層包括平面缺陷,所述缺陷用作位錯(cuò)環(huán)的源和漏;與第一單晶層的成分基本相同的第三單晶層,所述第三單晶層包括在第三和第四層之間的界面上終止的螺旋位錯(cuò);以及在所述第三層上形成的第四弛豫單晶層,其晶格參數(shù)與所述第三層不同。
圖1A-C(通過(guò)截面圖)示出了在Si襯底或SOI晶片上形成薄完全弛豫的SiGe緩沖層即虛擬襯底時(shí)在本發(fā)明中采用的基本處理步驟。
圖2A示出了在體Si襯底上生長(zhǎng)的弛豫離子注入標(biāo)稱Si0.85Ge0.15緩沖層的Ge摩爾百分?jǐn)?shù)與從晶片表面的距離的SIMS測(cè)量。
圖2B示出了在體Si襯底上的弛豫離子注入Si0.85Ge0.15緩沖層的表面上的微弱棋盤格測(cè)試圖的原子力顯微圖(10μm×10μm)。全圖的Z范圍為約3nm。RMS粗糙度為約0.28nm。層厚為約100nm;He注入劑量為8×1015cm-2;以及在850℃下退火1小時(shí)。
圖3A(現(xiàn)有技術(shù))示出了在體Si襯底上生長(zhǎng)的突變弛豫Si0.85Ge0.15層的Ge摩爾百分?jǐn)?shù)與從晶片表面的距離的SIMS測(cè)量。
圖3B(現(xiàn)有技術(shù))示出了在突變弛豫Si0.85Ge0.15層上的明顯棋盤格測(cè)試圖的原子力顯微圖(20μm×20μm)。全圖的Z范圍為約40nm。RMS粗糙度為約6nm。
圖4A是弛豫離子注入緩沖層的平面TEM顯微圖(弱光束(g400),兩個(gè)光束條件)。白色圓形結(jié)構(gòu)在位于Si/Si1-xGex界面下的片晶(platelet)處終止。沿<110>方向的垂直白線表示位于或接近Si/Si1-xGex界面的60°失配位錯(cuò)。注入He;層厚為約100nm;注入劑量為1×1016cm-2;以及在850℃下退火1小時(shí)。
圖4B是離子注入緩沖層的截面TEM顯微圖(弱光束,兩個(gè)光束條件)。在暗視場(chǎng)條件下位錯(cuò)和He致片晶(或者約100-150nm的寬度以及同樣數(shù)量級(jí)的間隔)表現(xiàn)為亮。
圖5A(現(xiàn)有技術(shù))是利用很高注入劑量(2×1016cm-2)形成的離子注入緩沖層的平面TEM顯微圖(弱光束,兩個(gè)光束條件)。在暗視場(chǎng)條件下位錯(cuò)和He致氣泡(直徑為約20-30nm)表現(xiàn)為亮。
圖5B(現(xiàn)有技術(shù))是具有很高注入劑量的離子注入緩沖層的截面TEM顯微圖(弱光束,兩個(gè)光束條件)。在暗視場(chǎng)條件下位錯(cuò)和He致氣泡表現(xiàn)為亮。
圖6是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的截面圖,其中包括通過(guò)本發(fā)明的方法形成的弛豫緩沖層。
圖7是圖6的結(jié)構(gòu)的截面示意圖,其中由可選的漸變成分的SiGe層41代替圖6的初始的均勻成分的層41。
圖8示出了本發(fā)明結(jié)構(gòu)的截面圖,其中包括通過(guò)進(jìn)行兩次本發(fā)明的三步驟過(guò)程形成的弛豫緩沖層。
圖9是圖8的結(jié)構(gòu)的截面示意圖,除了SiGe層43、27和37(圖7的初始層41)和層46具有漸變的合金成分。
圖10是圖6的截面示意圖,其中在層40上外延生長(zhǎng)另外的單晶均勻成分的SiGe層44,其具有更大原子百分?jǐn)?shù)的Ge。
圖11是圖7的截面示意圖,其中在層41上外延生長(zhǎng)另外的單晶漸變成分的SiGe層47,其具有更大原子百分?jǐn)?shù)的Ge。
圖12是圖6的截面示意圖,其中在層40上均相外延地沉積與層40成分相同的另外的單晶均勻成分的SiGe層400,并在層400的頂部上沉積應(yīng)變Si層。
圖13是圖7的截面示意圖,其中在層41上均相外延地沉積與層41成分相同的另外的單晶均勻成分的SiGe層410。在層410的頂部上沉積應(yīng)變Si覆蓋層。
圖14是圖8的截面示意圖,其中在層45上均相外延地沉積與層45成分相同的另外的單晶均勻成分的SiGe層450。在該層的生長(zhǎng)過(guò)程中可能發(fā)生其它應(yīng)變弛豫。在層450上沉積應(yīng)變Si覆蓋層。
圖15是圖9的截面示意圖,其中在層46上均相外延地沉積與層46的頂部區(qū)域的成分相同的另外的單晶均勻成分的SiGe層460。在層460的頂部上沉積應(yīng)變Si覆蓋層50。
圖16是圖10的示意圖,其中在層44上均相外延地沉積與層44的成分類似的另外的單晶均勻成分層440。在層440的頂部上沉積應(yīng)變Si覆蓋層50。
圖17是圖11的截面示意圖,其中在層47上均相外延地沉積與層47的頂部區(qū)域的成分相同的另外的單晶均勻成分的SiGe層470。在層470的頂部上沉積應(yīng)變Si覆蓋層50。
圖18是圖12的界面示意圖,其中在所述結(jié)構(gòu)上制造場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。所述FET包括源接觸100、漏接觸101、柵極氧化層102、柵極接觸103、以及柵極側(cè)壁絕緣104。
圖19是在圖12的結(jié)構(gòu)上沉積的n型調(diào)制摻雜FET(MODFET)層結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖20是在圖12的結(jié)構(gòu)上沉積的p型MODFET結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖21是其中在圖19或20的結(jié)構(gòu)上制造MODFET器件的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖22是包括超晶格的結(jié)構(gòu)的截面示意圖,所述超晶格包括在沒(méi)有應(yīng)變Si覆蓋層50的圖12的結(jié)構(gòu)上沉積的交錯(cuò)層550和560。
圖23A和B是通過(guò)UHVCVD在Si(001)襯底上外延生長(zhǎng)的近似假晶的334nm厚的Si1-xGex層的AFM顯微圖。尤其是,圖23A示出了在注入和退火之前的生長(zhǎng)的樣品,圖23B示出了在注入He+后的樣品。圖23B中的箭頭指失配位錯(cuò)堆積。
圖24A示出了近似假晶Si1-xGex層的HRXRD掃描,圖24B示出了通過(guò)UHVCVD在Si(001)襯底上外延生長(zhǎng)的嚴(yán)格假晶Si1-xGex層。
圖25示出了在800℃下對(duì)樣品2退火小時(shí)之后,通過(guò)高分辨率x射線衍射測(cè)得的各種合金成分和厚度、經(jīng)過(guò)和未經(jīng)過(guò)He+注入的Si1-xGex層的應(yīng)變弛豫程度。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了虛擬襯底的制造方法及包含虛擬襯底的結(jié)構(gòu),下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
首先參考圖1A-C,其中示出了在制造本發(fā)明的虛擬襯底時(shí)采用的基本處理步驟。注意,這里使用術(shù)語(yǔ)“虛擬襯底”表示包括這樣的襯底(體Si或SOI)的結(jié)構(gòu),在所述襯底上形成有弛豫單晶Si1-xGex層,其中弛豫單晶Si1-xGex層的厚度小于約300nm,螺旋位錯(cuò)密度小于106cm-2,以及根據(jù)層厚的弛豫程度,即在對(duì)于約100nm的層厚的30%到對(duì)于約200nm的層厚的80%之間。
首先,如圖1A所示,利用任何這樣的外延生長(zhǎng)工藝在襯底5的單晶表面上沉積薄、嚴(yán)格假晶Si1-xGex層6,所述工藝能夠在襯底5上形成所述層;襯底5可以包括體Si或SOI材料。SOI材料包括埋層絕緣區(qū)域,所述區(qū)域?qū)⑸虾琒i層與下含硅層電隔離。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,利用超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)工藝形成薄、嚴(yán)格假晶Si1-xGex層6。通過(guò)首先由J.W.Matthews等人在J.Cryst.Growth 27,188(1974)中提出的原有螺旋位錯(cuò)的滑移使Si1-xGex層的厚度超過(guò)用于形成失配位錯(cuò)的臨界厚度。所述臨界厚度隨Ge的摩爾百分?jǐn)?shù)x的增大而減小。
接著,將He或其它類似輕元素的離子通過(guò)假晶Si1-xGex層6注入到在Si/Si1-xGex的界面7下的襯底5中。雖然可以將注入的離子注入到襯底5的任何深度,較好的注入離子的注入范圍為在界面7下約90到約300nm,優(yōu)選約110到200nm。如圖1B所示,注入的離子在襯底5中形成損傷區(qū)域9。注意,注入的原子基本集中在襯底5中,遠(yuǎn)在單晶表面之下,從而在外延層和界面7中含有最少量的注入原子。
最后,如圖1C所示,在650℃之上的溫度下對(duì)注入的襯底進(jìn)行退火,從而在Si/Si1-xGex界面7下約100到200nm的深度形成片晶12。在片晶的區(qū)域中的高應(yīng)變導(dǎo)致在片晶處的位錯(cuò)半環(huán)(11)的成核。所述半環(huán)滑移到Si/Si1-xGex界面,在所述界面上形成了長(zhǎng)失配位錯(cuò)段,所述失配位錯(cuò)段釋放了在SiGe層中的晶格失配應(yīng)變。失配位錯(cuò)段的密度足夠大,從而對(duì)于50-300nm薄的層分別釋放30%-80%的晶格失配應(yīng)變。
本發(fā)明的方法在體Si或SOI襯底上形成薄(小于300nm)、部分弛豫的單晶SiGe緩沖層,具有很低的螺旋位錯(cuò)密度,例如對(duì)于Si0.85Ge0.15為105cm-2,以及對(duì)于Si0.80Ge0.20為低于106cm-2,并具有高的表面平滑度。通常使用的可比較合金成分的應(yīng)變弛豫漸變SiGe緩沖層具有高1-2數(shù)量級(jí)的螺旋位錯(cuò)密度(至少在如5”或8”直徑的較大晶片上)、至少大于10倍的表面粗糙度、以及同樣至少大于10倍的總層厚。圖2和圖3示出了對(duì)層厚和表面粗糙度的直接比較。
尤其是,圖2A示出了二次離子質(zhì)譜(SIMS)分布,所述分布表明Ge成分變化為從晶片表面的距離的函數(shù);圖2B示出了由原子力顯微鏡(AFM)測(cè)量的表面粗糙度;圖3A-B示出了對(duì)于突變Si0.85Ge0.15層的同一類型的數(shù)據(jù)。
在薄(<300nm)SiGe緩沖層中獲得低螺旋位錯(cuò)密度和平滑表面的重要要求是a)在這樣的條件下生長(zhǎng)薄(小于300nm)假晶Si1-xGex層,所述條件使得在生長(zhǎng)過(guò)程中不發(fā)生應(yīng)變弛豫。這需要如UHV-CVD的方法,例如在所述方法中初始晶片表面非常干凈并且生長(zhǎng)溫度低(低于550℃)??梢杂糜诒景l(fā)明的其它合適的生長(zhǎng)方法包括分子束外延(MBE)、化學(xué)束外延(CBE)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)以及離子輔助沉積。應(yīng)變的SiGe層是亞穩(wěn)的,即,所述層超過(guò)了弛豫應(yīng)變的臨界厚度,但是在層生長(zhǎng)過(guò)程中沒(méi)有成核缺陷。
b)通過(guò)注入約5×1015到約15×1015cm-2范圍的劑量的He或其它類似輕元素的離子,在Si/Si1-xGex界面下大于100nm的深度形成高缺陷層,即損傷區(qū)域9。應(yīng)變弛豫在隨后的退火過(guò)程中發(fā)生(例如,在約850℃下進(jìn)行1小時(shí),或相當(dāng)?shù)目焖贌嵬嘶?。
在步驟a)中具有理想假晶SiGe層是在最終的結(jié)構(gòu)中獲得低螺旋位錯(cuò)密度的關(guān)鍵。高度的界面潔凈和低生長(zhǎng)溫度是避免在Si/Si1-xGex界面上由通常的位錯(cuò)成核機(jī)制產(chǎn)生任何應(yīng)變弛豫以及在層生長(zhǎng)過(guò)程中導(dǎo)致位錯(cuò)堆積的相關(guān)的位錯(cuò)倍增的關(guān)鍵。只要不發(fā)生位錯(cuò)倍增,唯一地通過(guò)在片晶處成核的單個(gè)位錯(cuò)控制所述弛豫。然而,如果在SiGe層的生長(zhǎng)過(guò)程中或在退火過(guò)程中形成了位錯(cuò)堆積,螺旋位錯(cuò)密度將更大并且表面將粗糙。
與相對(duì)大的He注入深度相結(jié)合的薄假晶Si1-xGex層是重要的,因?yàn)槠洳辉诩倬又胁⒏匾辉趯右r底界面上導(dǎo)致He的強(qiáng)積累。對(duì)于使用現(xiàn)有技術(shù)的離子注入條件先前所述的注入劑量和條件,觀察到了該積累。He的積累導(dǎo)致He氣泡接近Si/Si1-xGex界面,每個(gè)氣泡引起至少一個(gè)從He致氣泡延伸到晶片表面的螺旋位錯(cuò)。相反,申請(qǐng)人通過(guò)這樣的機(jī)制,所述機(jī)制完全不同于先前所述用于He注入晶片的氣泡機(jī)制以及對(duì)漸變緩沖層生長(zhǎng)起作用的應(yīng)變弛豫機(jī)制,發(fā)現(xiàn)了與在導(dǎo)致應(yīng)變弛豫的文獻(xiàn)中描述的離子注入條件不同的離子注入條件。
本發(fā)明中發(fā)生的新的非常有效的應(yīng)變弛豫機(jī)制是在He致片晶(不是氣泡)上的位錯(cuò)成核,所述片晶平行于Si(001)表面,如在圖4A中的平面透射電子顯微圖(PVTEM)所示,和在圖4B中的截面透射電子顯微圖(XTEM)所示。所述片晶可以寬達(dá)150nm,并且在八個(gè)可能的<110>方向上推出位錯(cuò)半環(huán)。具有恰當(dāng)取向的位錯(cuò)半環(huán)向這樣的界面延伸,在所述界面上位錯(cuò)半環(huán)沉積失配段,并在所述界面上失配段延伸并釋放在SiGe層中的應(yīng)變。失配段的長(zhǎng)度可以長(zhǎng)達(dá)1μm的幾10s,使得實(shí)際片晶間隔可能相對(duì)較大(參考圖4A-B),并且仍然導(dǎo)致高度的弛豫。螺旋位錯(cuò)密度的顯著下降是片晶的性質(zhì)造成的,所述片晶充當(dāng)位錯(cuò)成核的特意嵌入的源。在漸變緩沖層中,沒(méi)有對(duì)位錯(cuò)成核的源的密度和分布進(jìn)行控制。從而,不規(guī)則的位錯(cuò)陣列導(dǎo)致在弛豫SiGe層中的非常不均勻的應(yīng)變分布、非常粗糙的表面以及高和低螺旋位錯(cuò)密度的區(qū)域。在高注入劑量或低注入深度的情況下,進(jìn)入氣泡機(jī)制而不是片晶機(jī)制。這些氣泡機(jī)制是不希望的,因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致更高的螺旋位錯(cuò)密度。
圖5A-B(現(xiàn)有技術(shù))示出了利用更高注入劑量導(dǎo)致的氣泡。當(dāng)注入物質(zhì)的注入?yún)^(qū)域過(guò)于接近Si/Si1-xGex界面,則在更高的注入劑量下,在Si/Si1-xGex界面上形成氣泡。位于或接近所述界面的所述氣泡由于其應(yīng)變場(chǎng)促成了位錯(cuò)半環(huán)成核。通過(guò)上文在H.Trinkaus等人的Appl.Phys.Lett.76,3552(2000)和M.Luysberg等人的Microscopy on SemiconductingMaterials,IOP Publishing,Oxford 2001中所述圖像力的吸引,將所述半環(huán)從氣泡推到層表面,從而產(chǎn)生高螺旋位錯(cuò)密度。
由較淺注入引起的氣泡也是不希望的。其比片晶小得多(只有1nm的幾10s),并且以更高的密度形成,從而如在圖5A-B中的TEM顯微圖中所示,在其之間存在小得多的平均間距。該高氣泡密度在SiGe中產(chǎn)生高密度的位錯(cuò)成核源,又導(dǎo)致高螺旋位錯(cuò)密度。從而,必須滿足片晶機(jī)制,以獲得最低的螺旋位錯(cuò)密度。
在更高的Ge摩爾百分?jǐn)?shù)(x大于0.25)下,由于更高的晶格失配應(yīng)變,難于生長(zhǎng)嚴(yán)格假晶Si1-xGex層,所述應(yīng)變導(dǎo)致表面粗糙或成島狀。因此,為獲得具有更高Ge摩爾分子數(shù)的弛豫緩沖層,有必要首先通過(guò)前述方法形成x小于0.25的弛豫Si1-xGex層,然后生長(zhǎng)x更大的第二假晶Si1-xGex,在上Si1-xGex層下注入He,然后再進(jìn)行退火以弛豫上Si1-xGex層??梢灾貜?fù)幾次該過(guò)程,以增加每個(gè)連續(xù)層的Ge摩爾百分?jǐn)?shù),從而獲得弛豫Ge層。
當(dāng)注入例如H(氫)、D(氘)、B(硼)或N(氮)的其它輕元素時(shí),或當(dāng)注入例如H+B和He+B的混合元素時(shí),希望的是通過(guò)類似的片晶機(jī)制發(fā)生位錯(cuò)成核??梢酝ㄟ^(guò)不同的注入能量將相同的元素注入到不同的深度??梢酝ㄟ^(guò)選擇適當(dāng)?shù)哪芰繉⒉煌氐慕M合注入到相同或不同的深度。形成弛豫SiGe緩沖層的該方法還可以用于構(gòu)圖的Si或SOI襯底、或用于覆層襯底上的選定區(qū)域。
意外的是,已經(jīng)確定,在較低劑量的He的離子注入并隨后進(jìn)行熱退火之后,對(duì)于薄(約200nm)假晶Si1-xGex層,通過(guò)片晶機(jī)制發(fā)生了大于70%的應(yīng)變弛豫。該機(jī)制在注入物質(zhì)的注入范圍在Si/Si1-xGex界面下大于100nm時(shí)發(fā)生。通過(guò)本發(fā)明方法形成的薄SiGe層具有非常高的質(zhì)量、平滑的表面(RMS粗糙度小于1nm)以及小于106cm-2的螺旋位錯(cuò)密度。該意外的并有效的應(yīng)變弛豫機(jī)制完全不同于氣泡機(jī)制,所述氣泡機(jī)制在注入物質(zhì)的注入范圍離所述界面小于100nm時(shí)發(fā)生(在文獻(xiàn)中描述的條件,例如H.Trinkaus等人的Appl.Phys.Lett.76,3552(2000)和M.Luysberg等人的Microscopy on Semiconducing Materials,IOP Publishing,Oxford2001)。本發(fā)明的獲得應(yīng)變弛豫SiGe緩沖層的方法也完全不同于進(jìn)來(lái)在各種器件中通用為“虛擬襯底”的漸變緩沖層。
由本發(fā)明方法形成的應(yīng)變弛豫Si1-xGex緩沖層可以在多種硅基器件中用為“虛擬襯底”,所述器件包括各種場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET),如應(yīng)變硅CMOS器件和調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MODFET)。這些緩沖層還可以在許多不同應(yīng)用的各種超晶格中用作“虛擬襯底”。
本發(fā)明公開(kāi)了利用失配晶格參數(shù)在單晶表面上形成應(yīng)變弛豫外延層的方法以及可以在該弛豫層上形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。尤其是,本發(fā)明公開(kāi)了形成部分應(yīng)變弛豫SiGe即在多種半導(dǎo)體器件中用作“虛擬襯底”的Si1-xGex緩沖層的方法,所述器件具有應(yīng)變Si或SiGe層作為器件的有源區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,參考圖6,在具有單晶表面的襯底上外延生長(zhǎng)薄的嚴(yán)格假晶Si1-xGex層40。利用例如超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)、MBE、PECVD、離子輔助沉積或化學(xué)束外延,在潔凈環(huán)境中生長(zhǎng)假晶層。在一些實(shí)施例中,Si1-xGex層中可以包括C。
在圖6中,襯底5可以是例如體Si或SOI,并且單晶表面為選自于Si、Si1-xGex、Ge、Si1-yCy、Si1-x-yGexCy中的層,并且所述層可以是經(jīng)過(guò)或未經(jīng)過(guò)構(gòu)圖。Si1-xGex層的厚度超過(guò)形成失配位錯(cuò)的臨界厚度,并且由于潔凈的環(huán)境和低生長(zhǎng)溫度,在生長(zhǎng)該Si1-xGex層時(shí)不發(fā)生位錯(cuò)成核。然后通過(guò)假晶Si1-xGex層將氦注入到Si/Si1-xGex界面下的襯底中。He離子的注入劑量在從約4×1015到約4×1016cm-2的范圍,優(yōu)選為在從約7×1015到約12×1015cm-2的范圍??梢栽谧⑷肭皩?duì)晶片表面進(jìn)行掩蔽,使得只將He注入到晶片的特定區(qū)域中,而不是整個(gè)晶片區(qū)域。注入He的注入范圍是在界面下的約100nm到300nm之間??蛇x的是,注入離子可以選自于H、D、B或N。
然后將注入晶片在熔爐中在大于650℃的溫度下退火至少30分鐘。退火的結(jié)果為,在圖6的層20中形成片晶狀缺陷,層20是初始單晶表面層10的部分。厚度為從約20nm到約300nm的層20中的片晶引起位錯(cuò)成核。層30也是初始單晶表面層10的部分,層30包括穿過(guò)與層40的界面的位錯(cuò),在該界面上位錯(cuò)形成失配段。層40的厚度在50nm到500nm之間(根據(jù)合金成分),優(yōu)選為約100nm。而且,層40包括在5和35原子%之間的Ge,并且具有平滑表面(RMS粗糙度小于1nm)以及小于106cm-2的螺旋位錯(cuò)(TD)密度。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中,過(guò)程與第一實(shí)施例中所述的過(guò)程相同,除了在圖7中由層41代替圖6中的Si1-xGex層40,層41具有漸變合金成分,底部x=0,頂部0<x<1.0。漸變層41的成分可以線性變化或突變。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中,過(guò)程與第一和第二實(shí)施例中所述的過(guò)程相同,除了在離Si/Si1-xGex界面相同或不同的深度注入兩種不同的原子物質(zhì)。
在本發(fā)明的第四實(shí)施例中,過(guò)程與第一和第二實(shí)施例中所述的過(guò)程相同,除了在離Si/Si1-xGex界面的兩個(gè)不同深度注入同一原子物質(zhì)。
在本發(fā)明的第五實(shí)施例中,在具有單晶表面層的襯底上外延生長(zhǎng)薄(50-300nm)的嚴(yán)格假晶Si1-yCy層,其中y大于等于0.02。所述襯底可以是例如體Si或SOI,其具有選自于Si、Si1-xGex、Ge、Si1-x-yGexCy的單晶表面。然后在Si1-yCy層上生長(zhǎng)50-300nm厚的嚴(yán)格假晶Si層,之后生長(zhǎng)嚴(yán)格假晶Si1-xGex層。所有假晶層在潔凈環(huán)境中生長(zhǎng),使用例如如下方法超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)、MBE、PECVD、離子輔助沉積或化學(xué)束外延。Si1-xGex層的厚度超過(guò)形成失配位錯(cuò)的臨界厚度,并且由于潔凈環(huán)境和低生長(zhǎng)溫度,在該Si1-xGex層的生長(zhǎng)中不發(fā)生位錯(cuò)成核。然后將該晶片在熔爐中在大于750℃的溫度下退火至少30分鐘。在退火過(guò)程中,在含炭層中形成的缺陷用作位錯(cuò)的成核源,所述位錯(cuò)穿過(guò)Si/Si1-xGex界面并且形成釋放Si1-xGex層中應(yīng)變的失配位錯(cuò)。
在本發(fā)明的第六實(shí)施例中,通過(guò)至少進(jìn)行兩次在第一和第二實(shí)施例中所述的步驟,如第三和第四實(shí)施例中所述注入一種或多種原子物質(zhì),形成弛豫SiGe緩沖層。為獲得x大于0.25的弛豫Si1-xGex緩沖層,需要該過(guò)程。Si1-xGex層可以具有均勻的合金成分或漸變合金成分。參考圖8,層5、10、20和30與圖6中相同。層42、25和35一起構(gòu)成圖6中的層40(即第一弛豫SiGe層),從而其都具有相同的Ge含量,即5和35原子%的Ge,并且具有平滑表面(RMS小于1nm)以及小于106cm-2的螺旋位錯(cuò)(TD)密度。層25包括厚度為約150nm的第二注入損傷區(qū)域,所述區(qū)域包括引起位錯(cuò)成核的片晶。層35類似于層30,包括穿過(guò)與層45的界面的位錯(cuò),在該界面上位錯(cuò)形成失配段。層45是第二弛豫均勻成分SiGe層,其具有比層42、25和35更大的Ge原子含量,并且其厚度在50nm到500nm之間。
參考圖9,層43、27和37對(duì)應(yīng)于圖7的初始層41,層41具有漸變合金成分,在其底部x=0,在其頂部0<x<1.0。層46的底部的成分等于層37頂部的成分,而層46的頂部具有更大的合金成分(高達(dá)x=1.0)。漸變層46的成分可以線性變化或突變。
第七實(shí)施例是形成弛豫SiGe緩沖層的方法的另一個(gè)變化,其中在根據(jù)前五個(gè)實(shí)施例所述方法之一形成的弛豫緩沖層上,外延生長(zhǎng)更高原子百分?jǐn)?shù)的Ge的第二Si1-xGex層,然后進(jìn)行退火使得可以發(fā)生應(yīng)變弛豫。這樣做是為了獲得合金成分大于0.25的弛豫SiGe層。參考圖10,在圖6的層40上外延生長(zhǎng)層44,厚度在50到500nm之間,優(yōu)選在100到200nm之間,并且Ge的原子百分?jǐn)?shù)大于層40,在15到60%之間,優(yōu)選為在20到40%之間。在圖11中,在圖7的層41上生長(zhǎng)層47,厚度在50到500nm之間,優(yōu)選在100到200nm之間,并且具有漸變成分,其Ge原子百分?jǐn)?shù)在其底部等于層41頂部的Ge原子百分?jǐn)?shù),在其頂部為更高(高達(dá)x=1.0)。漸變層47的成分可以線性變化或突變。
如上所述,用于在包括單晶表面的Si上制備應(yīng)變弛豫SiGe緩沖層的方法,可以以類似的方式實(shí)施,以在單晶晶格失配表面上形成不同材料的應(yīng)變弛豫外延層。
利用晶片鍵合和層轉(zhuǎn)移方法,可以將由上述方法形成的弛豫Si1-xGex緩沖層用于形成集成電路的絕緣上SiGe襯底。這些弛豫SiGe緩沖層還可以在具有至少一個(gè)半導(dǎo)體器件的各種集成電路中用作“虛擬襯底”。
由上述方法獲得的結(jié)構(gòu)還可以延伸用于形成更復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)。通過(guò)在圖6-11的結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)附加的外延層,相應(yīng)地形成如圖12-17所示的器件層結(jié)構(gòu)。
在圖12中,層400是Ge的原子百分?jǐn)?shù)與層40相同的SiGe層,其厚度在100nm到1000nm之間,優(yōu)選在300nm到500nm之間,并且其TD密度不高于層40。層50是嚴(yán)格假晶應(yīng)變Si層,其厚度在50到350nm之間,優(yōu)選為約200nm。
在圖13中,層410是Ge的原子百分?jǐn)?shù)與層41的頂部相同的SiGe層。層410的厚度在100nm到1000nm之間,優(yōu)選在300nm到500nm之間,并且其TD密度不高于層41。層50是嚴(yán)格假晶應(yīng)變Si層,其厚度在50到350nm之間,優(yōu)選為約200nm。
在圖14中,層450是Ge的原子百分?jǐn)?shù)與層45相同的SiGe層。層450的厚度在100nm到1000nm之間,優(yōu)選在300nm到500nm之間,并且其螺旋位錯(cuò)密度不高于層45。層50是嚴(yán)格假晶應(yīng)變Si層,其厚度在50到350nm之間,優(yōu)選為約200nm。
在圖15中,層460是Ge的原子百分?jǐn)?shù)與層46的頂部相同的SiGe層。層460的厚度在100nm到1000nm之間,優(yōu)選在300nm到500nm之間,并且其螺旋位錯(cuò)密度不高于層46。層50是嚴(yán)格假晶應(yīng)變Si層,其厚度在50到350nm之間,優(yōu)選為約200nm。
在圖16中,層440是Ge的原子百分?jǐn)?shù)與層44的頂部相同的SiGe層。層440的厚度在100nm到1000nm之間,優(yōu)選在300nm到500nm之間,并且其螺旋位錯(cuò)密度不高于層44。層50是嚴(yán)格假晶應(yīng)變Si層,其厚度在50到350nm之間,優(yōu)選為約200nm。
在圖17中,層470是Ge的原子百分?jǐn)?shù)與層47的頂部相同的SiGe層。層470的厚度在100nm到1000nm之間,優(yōu)選在300nm到500nm之間,并且其螺旋位錯(cuò)密度不高于層47。層50是嚴(yán)格假晶應(yīng)變Si層,其厚度在50到350nm之間,優(yōu)選為約200nm。
上述在圖12-17中的結(jié)構(gòu)可以用于形成半導(dǎo)體器件。一個(gè)實(shí)施例是包括至少一個(gè)半導(dǎo)體器件的集成電路,所述器件如圖18中所示的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。在圖12的層結(jié)構(gòu)上示意性地形成圖18所示的FET。在圖18中,源接觸是100,漏接觸是101,柵極介質(zhì)是102,柵極接觸是103,以及側(cè)壁是104。還可以在圖13、14、15、16和17的層結(jié)構(gòu)上形成圖18的器件結(jié)構(gòu),其中可以分別由層410、450、460、440或470代替層400。
還可以在圖12-17的層結(jié)構(gòu)上外延生長(zhǎng)在圖19和20中所示的調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MODFET)層結(jié)構(gòu)。在圖12的結(jié)構(gòu)上示意性地形成圖19所示的結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)包括與層40和400的成分相同的SiGe層120、其它成分與層120的成分類似的n+摻雜SiGe層121、以及假晶應(yīng)變Si覆蓋層51??梢栽趫D13、14、15、16和17的結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)相同的層結(jié)構(gòu),其中可以分別由層410、450、460、440或470代替層400。
可選的是,可以在不具有應(yīng)變Si層50的圖12的結(jié)構(gòu)上外延生長(zhǎng)圖20中的MODFET層結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括其它成分與層40和400的成分相同的p+摻雜SiGe層60,與層40和400的成分相同的SiGe層48,Geo含量基本上高于層40和400的假晶壓應(yīng)變SiGe層130,與層40的成分相同的SiGe層135,以及假晶應(yīng)變Si覆蓋層51。還可以在同樣不具有應(yīng)變Si層50的圖13、14、15、16和17的結(jié)構(gòu)上形成相同的層結(jié)構(gòu),其中可以分別由層410、450、460、440或470代替層400。
圖21中示出了包括至少一個(gè)例如MODFET的半導(dǎo)體器件的集成電路的另一個(gè)實(shí)施例。圖21所示的器件形成于圖19的層結(jié)構(gòu)上。在圖21中,層540包括在圖19中所述的層400上的所有層。MODRET包括源接觸142、漏接觸144、以及T柵極150??蛇x的是,可以在圖20的層結(jié)構(gòu)上形成MODFET。在該情況中,圖21中的層540包括圖20中所示的層400上的所有層。
應(yīng)變弛豫SiGe緩沖層還可以用于多種其它應(yīng)用。一些可能的應(yīng)用,例如熱電冷卻器件,需要超晶格結(jié)構(gòu),所述結(jié)構(gòu)可以在圖12所示、但是不具有應(yīng)變Si層50的層結(jié)構(gòu)上外延生長(zhǎng),如圖22所示。層400是可選的。超晶格結(jié)構(gòu)包括交錯(cuò)層550和560的重復(fù),層550和560都是假晶應(yīng)變外延層,其中層550的成分與層560的成分不同。在特定情況下,交錯(cuò)層為Si1-x-yGexCy和Si1-z-wGezCw,其中x和y分別與z和w不相同,并且x和y可以等于零。所述超晶格結(jié)構(gòu)可以可選地形成于圖13、14、15、16或17的同樣沒(méi)有應(yīng)變Si覆蓋層50的結(jié)構(gòu)上,其中分別由層410、450、460、440或470代替層400。所述超晶格結(jié)構(gòu)可以可選地形成于圖13、14、15、16或17的同樣沒(méi)有應(yīng)變Si覆蓋層50并分別不具有層410、450、460、440或470的結(jié)構(gòu)上。
我們最近的工作已經(jīng)示出,即使當(dāng)初始外延Si1-xGex層不是嚴(yán)格假晶,而代替地只是近似假晶,也可以通過(guò)上述離子注入和退火的方法,形成螺旋位錯(cuò)密度小于1×106cm-2的優(yōu)質(zhì)弛豫Si1-xGex緩沖層。所述近似假晶表示,在Si1-xGex/Si界面上具有非常低的60°失配位錯(cuò)密度。例如,在Si0.80Ge0.20/Si結(jié)構(gòu)中的失配位錯(cuò)密度應(yīng)該足夠低,使得Si1-xGex層的平面晶格參數(shù)的變化應(yīng)該對(duì)應(yīng)于由高分辨率x射線衍射測(cè)量的小于5%、優(yōu)選小于2%的SiGe層中的晶格失配應(yīng)變的弛豫。因?yàn)樵诩倬i0.80Ge0.20層中的晶格失配應(yīng)變是0.008,這對(duì)應(yīng)于小于0.0004、優(yōu)選小于0.00016的晶格失配應(yīng)變的減小。當(dāng)在初始Si1-xGex層的生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生過(guò)多的應(yīng)變弛豫,在注入和退火之后螺旋位錯(cuò)密度將超過(guò)1×106cm-2。
通過(guò)各種在Si1-xGex層的外延生長(zhǎng)過(guò)程中的機(jī)制成核60°失配位錯(cuò)。在低晶格失配中,在Si(001)上生長(zhǎng)Si1-xGex的主要機(jī)制是Frank-Read倍增(F.K.LeGoues,B.S.Meyerson,J.F.Morar,Phys.Rev.Lett.66,2903(1991);F.K.LeGoues,B.S.Meyerson,J.F.Morar,P.D.Kirchner,J.Appl.Phys.71,4230(1992),美國(guó)專利5,659,187;K.W.Schwarz and F.K.Legouse,Phys.Rev.Lett.79,1877(1997);K.W.Schwarz and J.Tersoff,Appl.Plys.Lett.69,1220(1996)。)。在該機(jī)制中,在每個(gè)Frank-Read源處成核多個(gè)位錯(cuò),從而根據(jù)生長(zhǎng)條件(D.J.Robbins,J.L.Glasper,D.Wallis,A.C.Chruchill,A.J.Pidduck and W.Y.Leong,in LatticeMismatched Thin Films,Ed.E.A.Fitzgerald(The Minerals,Metals,&Materials Society,Warrendale,PA,1999)pp.3-11),形成包括幾個(gè)或甚至多達(dá)幾10s的失配位錯(cuò)的失配位錯(cuò)堆積。每個(gè)60°失配位錯(cuò)與一個(gè)原子高度的表面臺(tái)階相關(guān)。從而,與位錯(cuò)堆積相關(guān)的表面臺(tái)階的高度是對(duì)堆積中的失配位錯(cuò)數(shù)的測(cè)量。
這些結(jié)構(gòu)中的失配位錯(cuò)密度可以通過(guò)原子力顯微鏡(AFM)觀察,該非破壞性方法可以觀察與在埋層Si1-xGex/Si界面上的60°失配位錯(cuò)相關(guān)的表面臺(tái)階。圖23A示出了在Si(001)襯底上的生長(zhǎng)的近似假晶Si0.81Ge0.19層。在該顯微圖上示出了單個(gè)失配位錯(cuò)(非常微弱的線)和失配位錯(cuò)堆積(更重的線)。圖2B和圖23B是注入和退火的Si1-xGex/Si結(jié)構(gòu)的顯微圖,示出了高失配位錯(cuò)密度,表示發(fā)生了充分的應(yīng)變弛豫。圖23B示出了位錯(cuò)堆積(以箭頭標(biāo)記),所述堆積在注入和退火之前存在于生長(zhǎng)的層中。相反,圖2B的結(jié)構(gòu)初始是嚴(yán)格假晶層;該圖中示出沒(méi)有失配位錯(cuò)堆積。本發(fā)明的實(shí)施導(dǎo)致形成類似于圖2B和圖23B的AFM圖像。
通常通過(guò)也是非破壞性測(cè)量方法的高分辨率x射線衍射(HRXRD)測(cè)量初始近似假晶層的應(yīng)變弛豫的程度。圖24示出在注入和退火前的兩個(gè)樣品的004搖擺曲線(a)是334nm厚、近似假晶的Si0.81Ge0.19層,以及(b)是460nm厚、嚴(yán)格假晶的Si0.85Ge0.15層。注意,曲線(a)的SiGe層和Si襯底峰更寬,并且對(duì)于與SiGe層峰相關(guān)的厚度邊緣,近似假晶層(a)的沒(méi)有嚴(yán)格假晶層(b)的尖銳。測(cè)得兩個(gè)樣品中的應(yīng)變弛豫為0%;失配位錯(cuò)引入本地應(yīng)變,但是該結(jié)構(gòu)中本地應(yīng)變的密度過(guò)低,不足以在SiGe層的晶格參數(shù)中引起可測(cè)的變化。
利用上述離子注入和退火的方法,當(dāng)初始Si1-xGex層是近似假晶時(shí),可以獲得基本上弛豫的Si1-xGex緩沖層,其具有平滑的表面(均方根(RMS)表面粗糙度小于0.8nm)和低螺旋位錯(cuò)密度(小于1×106cm-2)。近似假晶的Si1-xGex層可以厚達(dá)1000nm,優(yōu)選小于700nm,所述厚度依賴于Si1-xGex合金成分和外延生長(zhǎng)條件。圖25中的數(shù)據(jù)示出了,在退火之后的應(yīng)變弛豫的程度隨Si1-xGex層的厚度而增加,并且在Si1-xGex/Si界面下注入He顯著增大了在退火期間發(fā)生的應(yīng)變弛豫的程度,即使對(duì)于更厚的層。表I示出了不同合金成分和厚度的Si1-xGex層的數(shù)據(jù),所述層通過(guò)He+注入和退火而得到弛豫。螺旋位錯(cuò)密度通常小于2×105cm-2,即使對(duì)于更厚的近似假晶的Si1-xGex層。
表I示出了注入和退火的層中的弛豫程度、表面粗糙度和螺旋位錯(cuò)密度。弛豫程度的不確定性是正或負(fù)2%,合金成分的不確定性是正或負(fù)0.05,以及位錯(cuò)數(shù)的不確定性是~20%。在應(yīng)變弛豫之前通過(guò)高分辨率x射線衍射測(cè)量Si1-xGex層的厚度。通過(guò)原子力顯微鏡圖像、以及還通過(guò)對(duì)于選定樣品的平面透射電子顯微鏡來(lái)計(jì)數(shù)螺旋位錯(cuò)。
表I
在表I中,上標(biāo)“a”指原子力顯微鏡,上標(biāo)“b”指平面透射電子顯微鏡。
器件應(yīng)用中可能需要比初始注入和退火的緩沖(IAB)層厚的SiGe層。因此,可以在初始注入和退火的緩沖“虛擬襯底”上外延生長(zhǎng)與初始IAB層的合金成分相同的第二Si1-xGex層或者無(wú)應(yīng)變即100%弛豫的第二Si1-yGey層,其中y<x。通過(guò)選擇Si1-yGey層的合金成分獲得后者,使得第二層在平行于晶片表面的方向上的晶格參數(shù)等于部分應(yīng)變弛豫初始Si1-xGex初始注入和退火的緩沖層的晶格參數(shù)。
當(dāng)在第一Si1-xGex層上,例如在部分弛豫初始注入和退火的緩沖“虛擬襯底”上外延生長(zhǎng)第二Si1-yGey層時(shí),可能希望隨后的外延層從Si1-zGez薄層開(kāi)始生長(zhǎng),該薄層具有非常低的Ge含量,尤其是z小于0.1,優(yōu)選為0<z<0.06。該中間層的厚度不能超過(guò)上述應(yīng)變弛豫的臨界厚度。
下面給出實(shí)例來(lái)說(shuō)明在形成“虛擬襯底”中使用的本發(fā)明的方法以及將“虛擬襯底”用作電子結(jié)構(gòu)的元件的應(yīng)用,所述“虛擬襯底”即為在Si或SOI襯底上形成的薄弛豫外延Si1-xGex層。
實(shí)例1在該實(shí)例中,通過(guò)在體Si襯底上沉積100nm厚的假晶Si0.85Ge0.15層而形成“虛擬襯底”。然后,使用約21keV的注入能量,以約1×1016cm-2的劑量將He+注入所得的結(jié)構(gòu)。然后將所述結(jié)構(gòu)在大約850℃下退火約1小時(shí)。退火之后HRXRD測(cè)量示出,41%的晶格失配應(yīng)變得到了釋放。該樣品的RMS表面粗糙度為約0.29nm,以及蝕刻凹陷(TD)密度為約1×105cm-2。
實(shí)例2本發(fā)明方法的第二實(shí)施例也是根據(jù)圖6的結(jié)構(gòu)完成的,其中層5和10是體Si襯底,以及層40在離子注入之前通過(guò)HRXRD測(cè)量為100nm厚的假晶Si0.85Ge0.15層。使用約21keV的注入能量,以約1×106cm-2的劑量注入He+。然后將晶片在大約850℃下退火約30分鐘。所述SiGe層的約38%得到弛豫。
實(shí)例3本發(fā)明方法的第三實(shí)施例也是根據(jù)圖6的結(jié)構(gòu)完成的,其中層5和10是體Si襯底,以及層40在離子注入之前通過(guò)HRXRD測(cè)量為188nm厚的假晶Si0.79Ge0.21層。在約31keV的能量下,以約0.8×106cm-2的劑量注入He+。然后將晶片在大約850℃下退火約1小時(shí)。所述SiGe層的69%得到弛豫。RMS表面粗糙度為約0.47nm,并且蝕刻凹陷(TD)密度為約2.7×105cm-2。
實(shí)例4本發(fā)明方法的第四實(shí)施例也是根據(jù)圖6的結(jié)構(gòu)完成的,其中層5和10是體Si襯底,以及層40在離子注入之前通過(guò)HRXRD測(cè)量為188nm厚的假晶Si0.79Ge0.21層。在約31keV的能量下,以約1.2×106cm-2的劑量注入He+。然后將晶片在大約850℃下退火約1小時(shí)。所述SiGe層的69%得到弛豫,RMS表面粗糙度為約0.48nm,并且蝕刻凹陷(TD)密度為約0.9×105cm-2。
實(shí)例5近似假晶層的一個(gè)實(shí)例是通過(guò)超高真空化學(xué)氣相沉積(UHVCVD)生長(zhǎng)460nm厚的Si1-xGex層,x=0.15,所述層的86%得到弛豫,RMS表面粗糙度為0.6nm,并且螺旋位錯(cuò)密度0.8×105cm-2。
實(shí)例6近似假晶層的另一實(shí)例是通過(guò)UHVCVD生長(zhǎng)334nm厚的Si1-xGex層,x=0.19,所述層的90%得到弛豫,RMS表面粗糙度為0.8nm,并且螺旋位錯(cuò)密度為小于2×105cm-2。
實(shí)例7在Si1-xGexIAB層上生長(zhǎng)的其中y<x的第二Si1-yGey層的實(shí)例,是76%得到弛豫的、Si0.80Ge0.20初始注入和退火的緩沖層,其上生長(zhǎng)有100nm的Si0.85Ge0.15。在第二層生長(zhǎng)之后,發(fā)現(xiàn)初始Si0.80Ge0.20IAB層保持76%的弛豫,并且測(cè)出第二Si0.85Ge0.15層得到100%的弛豫。
實(shí)例8在初始Si1-xGex層和第二Si1-yGey層之間使用中間層的實(shí)例,其中在256nm厚的、84%弛豫的Si0.19Ge0.81初始注入和退火的緩沖層上首先生長(zhǎng)15nm的Si0.95Ge0.05,然后生長(zhǎng)100nm的Si0.19Ge0.81。
盡管根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例實(shí)際 示出和說(shuō)明了本發(fā)明,應(yīng)該理解,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行前述和其它變化。因此,本發(fā)明不局限于所描述和示出的具體形式和細(xì)節(jié),而是落入所附權(quán)利要求書(shū)的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種在單晶表面上形成具有低螺旋位錯(cuò)密度的弛豫外延Si1-xGex層的方法,所述方法包括以下步驟在襯底的單晶表面上沉積近似假晶的外延Si1-xGex層;在所述襯底中注入輕元素的原子;以及在大于650℃的溫度下對(duì)所述襯底進(jìn)行退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述襯底是體Si襯底或絕緣體上硅襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述單晶表面包括Si、Si1-xGex、Ge、Si1-yCy或Si1-x-yGexCy層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中利用選自如下的高真空沉積技術(shù)沉積所述近似假晶的外延Si1-xGex層分子束外延、化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、原子層化學(xué)氣相沉積、離子輔助沉積以及化學(xué)束外延。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述近似假晶的Si1-xGex層具有均勻成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)x在從約0.01到約1的范圍中,或者具有漸變成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)x從在與所述頂部晶體表面的界面上的0增加到在所述假晶層的頂部表面上的更高的x值,所述更高的x值在從約0.01到約1的范圍中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,還包括這樣的步驟,將所述近似假晶的Si1-xGex層化學(xué)機(jī)械拋光到表面粗糙度在從約0.1nm到約1nm的范圍中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述近似假晶的Si1-xGex層的表面粗糙度在從約0.1nm到約1nm的范圍中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述注入的離子包括H、He、D、B、N或其混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述注入的離子是He離子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法,其中以從約4×1015到約4×1016cm-2的范圍的劑量注入所述He離子。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述注入的原子實(shí)質(zhì)上集中在所述襯底中,遠(yuǎn)在所述單晶表面之下(>150nm),從而在所述外延層中以及在所述單晶表面與所述外延層的界面上包括最小量的注入原子。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述離子注入深度在所述頂部單晶表面之下90到300nm的范圍中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中在無(wú)氧化環(huán)境或部分氧化環(huán)境中進(jìn)行所述退火。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述弛豫外延Si1-xGex層的螺旋位錯(cuò)密度小于106cm-2。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述弛豫外延Si1-xGex層的表面粗糙度在從約0.1到約1nm的范圍中。
16.一種在單晶表面上制備弛豫外延Si1-xGex層的方法,所述方法包括以下步驟在襯底的單晶表面上沉積近似假晶的外延Si1-xGex層;在所述襯底中離子注入第一種輕元素的原子;在所述襯底中離子注入第二種輕元素的原子;以及在大于650℃的溫度下對(duì)所述襯底進(jìn)行退火。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法,其中所述第一種和所述第二種注入離子包括H、He、D、B、N或其混合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法,其中所述第一種注入離子是He離子。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法,其中以從約4×1015到約4×1016cm-2的范圍的劑量注入所述He離子。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的方法,其中所述第二種注入離子包括H、D或B。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法,其中以從約4×1015到約4×1016cm-2的范圍的劑量注入所述第二種注入離子。
22.根據(jù)權(quán)利要求16的方法,其中所述注入的原子實(shí)質(zhì)上集中在所述襯底中,遠(yuǎn)在所述單晶表面之下,從而在所述外延層中以及在所述單晶表面與所述外延層的界面上包括最小量的注入原子。
23.根據(jù)權(quán)利要求16的方法,其中在相同的深度或兩個(gè)不同的深度進(jìn)行所述離子注入步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求16的方法,其中所述弛豫外延Si1-xGex層的螺旋位錯(cuò)密度小于106cm-2。
25.根據(jù)權(quán)利要求16的方法,其中所述弛豫外延Si1-xGex層的表面粗糙度在從約0.1到約1nm的范圍中。
26.一種在單晶表面上制備弛豫外延Si1-xGex層的方法,所述方法包括以下步驟(a)提供具有頂部單晶表面的襯底;(b)在所述單晶表面上沉積第一近似假晶的外延Si1-xGex層;(c)在所述襯底中離子注入輕元素的原子;(d)在大于650℃的溫度下對(duì)所述襯底進(jìn)行退火;以及(e)將步驟(b)-(d)進(jìn)行至少兩次,其中除第一外延層之外的外延層可以不是嚴(yán)格假晶,并且在后續(xù)步驟中的x大于在先前步驟中的x。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法,其中所述注入的原子實(shí)質(zhì)上集中在所述襯底中,遠(yuǎn)在所述單晶表面之下,從而在所述外延層中以及在所述單晶表面與所述外延層的界面上包括最小量的注入原子。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的方法,其中所述離子注入深度在所述最后的外延層與前一層之間的界面之下90到300nm的范圍中。
29.一種在單晶表面上制備弛豫外延Si1-xGex層的方法,所述方法包括以下步驟(a)提供具有頂部單晶表面的襯底;(b)在所述單晶表面上沉積第一近似假晶的外延Si1-xGex層;(c)在所述襯底中離子注入輕元素的原子;(d)在大于650℃的溫度下對(duì)所述襯底進(jìn)行退火;(e)在所述單晶表面上沉積第二外延Si1-yGey層,其中y>x;(f)在大于650℃的溫度下對(duì)所述襯底結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火;以及(g)將步驟(e)-(f)進(jìn)行至少一次。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法,其中將步驟(e)和(f)重復(fù)至少一次。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的方法,其中所述第一和后續(xù)的外延Si1-xGex層具有均勻成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)x在從約0.01到約1的范圍中。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的方法,其中所述第一近似假晶Si1-xGex層具有漸變成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)x從在與所述單晶表面的界面上的0增加到在所述第一近似假晶層的頂部上的更高的x值,所述更高的x值在從約0.01到約1的范圍中。
33.根據(jù)權(quán)利要求29的方法,其中所述后續(xù)的近似假晶Si1-yGey層具有漸變成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)y從與在所述前一假晶層的頂部上相同的值增加到在所述后續(xù)層的頂部表面上的更高的y值,所述更高的y值在從約0.01到約1的范圍中。
34.根據(jù)權(quán)利要求29的方法,其中所述后續(xù)的近似假晶Si1-yGey層具有漸變成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)y初始與在所述前一近似假晶層的頂部上的值相同,然后線性增加到在所述后續(xù)近似假晶層的上表面上的更高的y值,所述更高的y值在從約0.01到約1的范圍中。
35.根據(jù)權(quán)利要求29的方法,還包括這樣的步驟,將所述Si1-xGex化學(xué)機(jī)械拋光到表面粗糙度在從約0.1nm到約1nm的范圍中。
36.根據(jù)權(quán)利要求29的方法,其中所述近似假晶Si1-yGey層的表面粗糙度在從約0.1到約1nm的范圍中。
37.根據(jù)權(quán)利要求29的方法,其中所述頂部弛豫外延SiGe層的螺旋位錯(cuò)密度小于106cm-2。
38.根據(jù)權(quán)利要求29的方法,其中所述頂部弛豫外延Si1-xGex層的表面粗糙度在從約0.1到約1nm的范圍中。
39.一種在單晶表面上制備具有低螺旋位錯(cuò)密度的弛豫外延Si1-xGex層的方法,所述方法包括以下步驟提供具有頂部單晶表面的襯底;沉積與所述頂部單晶表面相同材料的、并包括附加的C原子的第一外延層;沉積與所述頂部單晶表面相同材料的、并不包括附加的C原子的第二外延層;在所述單晶表面上沉積第三近似假晶的外延Si1-xGex層;以及在大于650℃的溫度下對(duì)所述結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的方法,其中在所述第二外延層中的C原子的濃度在1×1019到2×1021cm-3的范圍中。
41.根據(jù)權(quán)利要求39的方法,其中所述第一含炭外延層的厚度在20nm和110nm之間。
42.根據(jù)權(quán)利要求39的方法,其中所述第一含炭外延層的表面粗糙度在從約0.1nm到約1nm的范圍中。
43.根據(jù)權(quán)利要求39的方法,其中所述第二外延層的厚度在90nm和300nm之間。
44.根據(jù)權(quán)利要求39的方法,其中所述弛豫外延Si1-xGex層的螺旋位錯(cuò)密度小于106cm-2。
45.根據(jù)權(quán)利要求39的方法,其中所述弛豫外延Si1-xGex層的表面粗糙度在從約0.1nm到約1nm的范圍中。
46.一種在單晶表面上制備弛豫Si1-xGex層的方法,所述方法包括以下步驟(a)提供具有頂部單晶表面的襯底;(b)在所述單晶表面上沉積第一近似假晶的外延Si1-xGex層;(c)在所述襯底中離子注入輕元素的原子;(d)在大于650℃的溫度下對(duì)所述襯底進(jìn)行退火;(e)在所述單晶表面上沉積第二Si1-yGey層,其中y=x或y<x。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的方法,其中所述第一和后續(xù)的外延Si1-xGex層具有均勻成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)x在從約0.01到約1的范圍中。
48.根據(jù)權(quán)利要求46的方法,其中所述第一近似假晶Si1-xGex層具有漸變成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)x從在與所述單晶表面的界面上的0增加到在所述第一近似假晶層的頂部上的更高的x值,所述更高的x值在從約0.01到約1的范圍中。
49.根據(jù)權(quán)利要求46的方法,其中所述后續(xù)的近似假晶Si1-yGey層具有漸變成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)y從與在所述前一近似假晶層的頂部上相同的值增加到在所述后續(xù)層的頂部表面上的更高的y值,所述更高的y值在從約0.01到約1的范圍中。
50.根據(jù)權(quán)利要求46的方法,其中所述后續(xù)的近似假晶Si1-yGey層具有漸變成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)y初始與在所述前一近似假晶層的頂部上的值相同,然后線性增加到在所述后續(xù)近似假晶層的上表面上的更高的y值,所述更高的y值在從約0.01到約1的范圍中。
51.根據(jù)權(quán)利要求46的方法,還包括這樣的步驟,將所述第一近似假晶Si1-xGex層化學(xué)機(jī)械拋光到表面粗糙度在從約0.1nm到約1nm的范圍中。
52.根據(jù)權(quán)利要求46的方法,其中所述第一近似假晶Si1-yGey層的表面粗糙度在從約0.1到約1nm的范圍中。
53.根據(jù)權(quán)利要求46的方法,其中所述頂部弛豫外延SiGe層的螺旋位錯(cuò)密度小于106cm-2。
54.根據(jù)權(quán)利要求46的方法,其中所述頂部弛豫外延Si1-xGex層的表面粗糙度在從約0.1到約1nm的范圍中。
55.一種在單晶表面上制備弛豫Si1-xGex層的方法,所述方法包括以下步驟(a)提供具有頂部單晶表面的襯底;(b)在所述單晶表面上沉積第一近似假晶的外延Si1-xGex層;(c)在所述襯底中離子注入輕元素的原子;(d)在大于650℃的溫度下對(duì)所述襯底進(jìn)行退火;(e)在所述單晶表面上沉積第二Si1-yGey層,其中y=x或y<x。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的方法,其中所述第一和后續(xù)的外延Si1-xGex層具有均勻成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)x在從約0.01到約1的范圍中。
57.根據(jù)權(quán)利要求55的方法,其中所述第一假晶Si1-xGex層具有漸變成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)x從在與所述單晶表面的界面上的0增加到在所述第一假晶層的頂部上的更高的x值,所述更高的x值在從約0.01到約1的范圍中。
58.根據(jù)權(quán)利要求55的方法,其中所述后續(xù)的假晶Si1-yGey層具有漸變成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)y從與在所述前一假晶層的頂部上相同的值增加到在所述后續(xù)層的頂部表面上的更高的y值,所述更高的y值在從約0.01到約1的范圍中。
59.根據(jù)權(quán)利要求55的方法,其中所述后續(xù)的假晶Si1-yGey層具有漸變成分,其中Ge的百分?jǐn)?shù)y初始與在所述前一近似假晶層的頂部上的值相同,然后線性增加到在所述后續(xù)近似假晶層的上表面上的更高的y值,所述更高的y值在從約0.01到約1的范圍中。
60.根據(jù)權(quán)利要求55的方法,還包括這樣的步驟,將所述Si1-xGex化學(xué)機(jī)械拋光到表面粗糙度在從約0.1nm到約1nm的范圍中。
61.根據(jù)權(quán)利要求55的方法,其中所述假晶Si1-yGey層的表面粗糙度在從約0.1到約1nm的范圍中。
62.根據(jù)權(quán)利要求55的方法,其中所述頂部弛豫外延SiGe層的螺旋位錯(cuò)密度小于106cm-2。
63.根據(jù)權(quán)利要求55的方法,其中所述頂部弛豫外延Si1-xGex層的表面粗糙度在從約0.1到約1nm的范圍中。
全文摘要
一種獲得在Si或絕緣體上硅(SOI)襯底上的薄(小于300nm)的應(yīng)變弛豫Si
文檔編號(hào)H01L21/762GK1711625SQ200380103517
公開(kāi)日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2003年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者S·H·克里斯坦森, J·O·初, A·格里爾, P·M·穆尼 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司