JP2000323420A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2000323420A
JP2000323420A JP11133531A JP13353199A JP2000323420A JP 2000323420 A JP2000323420 A JP 2000323420A JP 11133531 A JP11133531 A JP 11133531A JP 13353199 A JP13353199 A JP 13353199A JP 2000323420 A JP2000323420 A JP 2000323420A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スループットを低下させずに、不純物プロフ
ァイルが高精度に制御された層を複数のウエハに対して
繰り返し形成する。 【解決手段】 ガス供給管から反応室内への原料ガスの
供給量を制御しながら、深さ方向のゲルマニウム濃度及
び不純物濃度を変化させた層(SiGe層)をこの反応
室内に収納されたウエハ上に形成する際、反応室内に第
1のウエハを搬入し(S1)、第1のウエハ上にSiG
e層を形成する(S2)。その後、第1のウエハを反応
室内から搬出する(S3)と共に、前記ガス供給管内の
原料ガスを真空排気し(S4)、さらに反応室内をクリ
ーニングし(S5)て第1のウエハと入れ替えに反応室
内に第2のウエハを搬入する(S1)。次に、第2のウ
エハ上にSiGe層を形成する(S2)する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特には深さ方向に含有物濃度を変化させた
層を複数のウエハ表面に繰り返し形成する半導体装置の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】バイポーラトランジスタの高速化を図る
ためには、高濃度でかつ薄いベース層の形成が不可欠で
ある。しかし、従来のイオン注入技術を用いたベース層
の形成では、注入不純物のチャネリングのため、40n
m以下のベース幅を実現することは困難であった。この
問題の解決策として、シリコン(Si)基板上にシリコ
ン−ゲルマニウム〔Si(1-x) Gex 、以下SiGeと
記す〕混晶層をエピタキシャル成長させる技術を応用し
たヘテロ接合バイポーラトランジスタ(hetero bipolar
transistor 以下、HBTと記す)が注目されている。
【0003】HTBは、異なる2種類の半導体間の歪み
超格子構造に起因する電気的および光学的性質を利用し
た素子であり、ホモ接合のバイポーラトランジスタより
もエミッタからベースへのキャリアの注入を大きくする
ことができ、ベース抵抗(Rb )やベース走行時間(τ
B )を増大することなしに電流増幅率(hFE)を確保す
ることが可能になり、最高発振周波数(fmax )=50
GHz程度の高速バイポーラトランジスタを実現するこ
とができる。そして、Si基板上にSiGe混晶層をエ
ピタキシャル成長させてなるSiGe/Si系のHBT
では、SiGe混晶層がベースとして用いられている。
【0004】図3にはSiGe/Si系のHBTのバン
ド図の一例を示した。このHBTは、図中の破線に示
すように、コレクタ側に向けてゲルマニウムの混合比率
が徐々に高くなるように、深さ方向にゲルマニウム濃度
を変化させたベース(すなわちSiGe混晶層)を有し
ている。図4にはこのSiGe混晶層におけるゲルマニ
ウムと不純物〔例えばホウ素(B)〕の深さ方向の濃度
プロファイルを示した。この濃度プロファイルに示すよ
うに、このようなHBTのSiGe混晶層(すなわちベ
ース)では、深さ方向におけるホウ素濃度も3桁程度の
範囲で変化させている。
【0005】このような構成のHBTでは、図3の破線
に示すようにコレクタ側のバンドギャップが狭くなっ
てドリフト電界が生じ、これによって、ベース走行時間
(τB )が小さくなり、遮断周波数(fT )が大きくな
る。また、ゲルマニウム濃度を変化させたことで、アー
リー電圧(VA )が大きくなるという利点も得られる。
【0006】そして、このようなHBTを得るために、
深さ方向にゲルマニウム濃度及びホウ濃度を変化させた
SiGe混晶層をSi基板上に形成するには、枚葉式の
成膜装置を用いて次のように行われる。先ず、ウエハ
(Si基板)が収納された反応室内を真空排気した後、
この反応室内に接続されたガス供給管から原料ガスを導
入してウエハの上面にSiGe混晶層をエピタキシャル
成長させる。この際、原料ガスには、例えばモノシラン
(SiH4 )、ゲルマン(GeH4 )及びジボラン(B
2 6 )等を用る。そして、成膜の進行に合わせて、ガ
ス供給管に設けられたマスフローコントローラ(以下、
MFCと記す)で各原料ガスの流量を制御することによ
って、SiGe混晶層内のゲルマニウム濃度及びホウ素
濃度を深さ方向で変化させる。
【0007】そして、SiGe混晶層の形成工程が終了
した後には、ガス供給管のバルブを閉じて反応室内への
原料ガスの導入を停止し、次いで、反応室内からウエハ
を取り出す。その後、温度を上昇させた反応室内に塩酸
(HCl)ガスを導入し、反応室の内壁に付着した薄膜
を除去するクリーニングを行う。以上の後、次にSiG
e混晶層をエピタキシャル成長させるウエハを反応室内
に収納し、以下は上記の工程を繰り返し行う。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の製造
方法では、SiGe混晶層をエピタキシャル成長させる
工程が終了すると、ガス供給管に設けられたバルブが瞬
時に閉じられる。このため、ガス供給管内には、工程が
終了する直前の流量の各原料ガスが封じ込められること
になる。このような状態で、次のウエハに対してSiG
e混晶層をエピタキシャル成長させる工程を行った場
合、MFCよりも反応室側に残存する原料ガスは、MF
Cで流量制御されないまま反応室内に導入されることに
なる。
【0009】このため、上述したような深さ方向にゲル
マニウム濃度やホウ素濃度を変化させたSiGe混晶層
を成膜する場合には、SiGe混晶層内における濃度プ
ロファイルを高精度に制御することが出来ない。特に、
ホウ素濃度は、3桁程度の広い範囲で変化させる必要が
あるため、上述のようにMFCで制御されない原料ガス
は、SiGe混晶層中におけるホウ素の濃度プロファイ
ルに大きな影響を及ぼすことになる。
【0010】そこで本発明は、スループットを低下させ
ることなく、深さ方向の濃度プロファイルが高精度に制
御された層を、複数のウエハに対して繰り返し形成する
ことが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目
的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明は、ガス供給管から反応室内への原料ガ
スの供給量を制御しながら、深さ方向に含有物濃度を変
化させた層を前記反応室内に収納されたウエハ上に形成
する半導体装置の製造方法において、第1のウエハ上に
前記層を形成した後、前記ガス供給管内の原料ガスを真
空排気し、次いで前記第1のウエハと入れ替えに前記反
応室内に収納された第2のウエハ上に前記層を形成する
ことを特徴としている。
【0012】このような構成の半導体装置の製造方法で
は、第1のウエハに対する層形成の直後にガス供給管内
に封じ込められた原料ガスを、このガス供給管内から真
空排気した状態で、第2のウエハに対する層形成が行わ
れる。このため、層形成開始時と層形成終了時との原料
ガスの供給量が大きく異なる場合であっても、第1のウ
エハ上への層形成終了時の原料ガスの供給量に関わりな
く、原料ガスの供給量が高精度に制御された状態で第2
のウエハ上への層形成が開始される。したがって、高精
度に原料ガスの供給量を制御しながら、深さ方向に含有
物濃度を変化させた層が第2のウエハ上に形成される。
また、真空排気によってガス供給管内の原料ガスが除去
されるため、ガス供給管内からは速やかに原料ガスが除
去される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の製造
方法を適用した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説
明する。図1は、本発明の半導体装置の製造方法の一例
を説明するためのフローチャートであり、図2はこの実
施形態で用いる成膜装置の一例を示す構成図である。先
ず、図2を用いて成膜装置の構成を説明する。
【0014】この成膜装置には、石英製の反応室1が備
えられている。この反応室1は、内部にウエハWを載置
するためのサセプタ2が設けられており、その上部及び
下部にはタングステンハロゲンランプ3が配置され、赤
外線ランプ加熱によりサセプタ2上のウエハWを加熱で
きる構成になっている。また、反応室1には、バルブ4
aを介して排気管4が接続されている。この排気管4に
は、メカニカルブースタポンプ5とドライポンプ6が設
けられ、反応室1の内部が真空排気されるような構成に
なっている。さらに、反応室1には、ゲートバルブ7を
介してロードロック室8が設けられている。このロード
ロック室8には、バルブ9を介してメカニカルブーズタ
ポンプ10とドライポンプ11が接続されており、内部
が真空排気されるような構成になっている。
【0015】また、反応室1には、原料ガスボンベ1
2,13,14に対して枝分かれした状態で連通するガ
ス供給管15が接続されている。各原料ガスボンベ1
2,13,14に枝分かれしたガス供給管15部分に
は、2つのバルブ12a,12b間、バルブ13a,1
3b間、バルブ14a,14b間に挟まれた状態で、M
FC12c,13c,14cが設けられている。また、
ガス導入管15において、枝分かれしている部分よりも
反応室1に近い側には、バルブ15aが設けられてい
る。そして、バルブ15aとバルブ12a,13a,1
4aとの間のガス導入管15部分からは、バルブ16a
が設けられた配管16が枝分かれしている。この配管1
6は、反応室1に接続された排気管4における、バルブ
4aとメカニカルブースタポンプ5との間に連通されて
いる。
【0016】ここで、原料ガスボンベ12は、例えばシ
リコン原料ガスのボンベであることとし、シリコン原料
ガスとしては例えばモノシラ(SiH4 )、ジシラン
(Si2 6 )またはジクロルシラン(SiH2
2 )を用いる。また、原料ガスボンベ13は、例えば
ゲルマニウム原料ガスのボンベであることとし、ゲルマ
ニウム原料ガスとしては例えばゲルマン(GeH4 )を
用いる。さらに、原料ガスボンベ14は、例えば不純物
原料ガスのボンベであることとし、例えば不純物がホウ
素である場合のジボラン(B2 6 )であり、不純物が
リン(P)である場合のホスフィン(PH3 )であるこ
ととする。
【0017】また、ここでの図示は省略したが、原料ガ
スと共にキャリアガス〔例えば水素ガス(H2 )〕を反
応室1内に供給するためのキャリアガスボンベ及び、反
応室1内をクリーニングするための塩酸(HCl)を供
給するための塩酸ボンベが、原料ガスボンベ12,1
3,14と並列に設けられている。
【0018】次に、上記構成の成膜装置を用いた半導体
装置の製造手順を、図2と共に図1のフローチャートを
用いて説明する。尚、ここでは一例として、SiGe/
Si系のHBTの製造を例にとり、単結晶シリコンから
なるウエハW上に、深さ方向にゲルマニウム濃度及び不
純物濃度を変化させたSiGe混晶層をエピタキシャル
成長させる方法を説明する。このSiGe混晶層は、H
BTのベースを構成する層であることする。
【0019】先ず、フローチャートに示す手順を行うた
めの前処理として、ウエハWの洗浄を行う。ここでは、
所定温度に加熱した硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を
用いてウエハWの表面に付着した有機物を除去した後、
所定温度に加熱したアンモニアと過酸化水素との混合水
溶液を用いてウエハW表面のパーティクルを除去し、希
フッ酸を用いてウエハW表面の金属汚染及び自然酸化膜
の除去を行う。尚、この前処理は、バッチ式洗浄であっ
ても枚葉式洗浄であっても良い。
【0020】以上のような前処理を行った後、ステップ
S1では、1枚目のウエハW(すなわち、請求項に示す
第1のウエハ)を反応室1内に搬入する工程を行う。こ
こでは、先ず、成膜装置のロードロック室8を大気圧に
し、前処理(洗浄処理)済みのウエハWをこの内部に収
納する。次に、バルブ9を開き、メカニカルブーズタポ
ンプ10とドライポンプ11とにより、ロードロック室
8内を一旦10Paになるまで真空排気した後、このロ
ードロック室8内が2660Pa程度の圧力になるよう
に調整する。その後、ゲートバルブ7を開き、図2での
図示を省略した搬送手段によって、予め2660Pa程
度に真空排気されていた反応室1内のサセプタ2上にウ
エハWを載置し、ゲートバルブ7を閉じる。
【0021】次に、ステップS2では、反応室1内にお
いてウエハW上にSiGe混晶層を形成する工程を行
う。この際先ず、メカニカルブースターポンプ5とドラ
イポンプ6とによって反応室1の内部を2660Pa程
度に真空排気した状態に保ちながら、ここでは図示を省
略したガス供給ラインから反応室1の内部に水素ガスを
導入し、タングステンハロゲンランプ3によりウエハW
を約900℃に昇温する。これによって、ウエハWの表
面を水素還元し、表面に形成された自然酸化膜を除去す
る。その後、反応室1の内部に水素ガスを導入したまま
で、テングステンハロゲンランプ3の出力を調整してウ
エハWの温度を約700℃に降温する。
【0022】次に、バルブ15aを閉じバルブ16aを
開いた状態で、ガス供給管15に設けられた各バルブ1
2a,12b,13a,13b,14a,14bを開
き、排気管4からガスを排気しながらMFC12c,1
3c,14cによって各原料ガスの流量を調整してお
く。
【0023】その後、バルブ16aを閉じバルブ15a
を開き、水素ガスが導入された反応室1内に、各原料ガ
スボンベ12,13,14からモノシラ(SiH4 )、
ゲルマン(GeH4 )及びジボラン(B2 6 )を所定
流量で導入する。これによって、ウエハWの表面に、ホ
ウ素を含有するSiGe混晶層をエピタキシャル成長さ
せる。この際、成膜の進行にしたがって、反応室1内へ
の各原料ガスの供給量を変化させるように、MFC12
c,13c,14cによる各原料ガスの流量制御を行
う。これによって、深さ方向にゲルマニウム濃度及び不
純物(例えばホウ素)濃度を変化させたSiGe混晶層
をウエハW上に形成する。
【0024】そして、所定の成膜時間が経過した後、バ
ルブ15a及び各バルブ12a,12b,13a,13
b,14a,14bを閉じる。これによって、ガス供給
管15のバルブ15aと各バルブ12b,13b,14
bとの間には、各流量の割合で原料ガスが残留すること
になる。
【0025】以上の後、ステップS3では、反応室1内
からウエハWを取り出す工程を行う。ここでは、反応室
1内にウエハWを搬入する工程(ステップS1)と逆の
手順でウエハWを取り出すこととする。すなわち、ゲー
トバルブ7を開き、図2での図示を省略した搬送手段に
よって、予め真空排気されていたロードロック室8内に
反応室1内からウエハWを搬出し、ゲートバルブ7を閉
じる。バルブ9を閉じた状態でロードロック室8内を大
気圧にし、SiGe混晶層が形成されたウエハWをロー
ドロック室8内から取り出す。
【0026】次に、ステップS4では、バルブ15a及
びバルブ12b,13b,14bを閉じた状態で、バル
ブ12a,13a,14a、MFC12c,13c,1
4c及びバルブ16aを開く。そして、ガス供給管15
のバルブ15aと各バルブ12b,13b,14bとの
間に残留している各原料ガスを、メカニカルブースター
ポンプ10とドライポンプ11との作動によって配管1
6及び排気管4から真空排気する。このステップS4が
本発明に特徴的な工程になる。
【0027】その後、ステップS5では、タングステン
ハロゲンランプ3により反応室1の温度を約1100℃
まで昇温し、ここでは図示を省略したガス供給ラインか
ら反応室1の内部に塩酸(HCl)ガスを導入する。こ
れによって、反応室1内に付着したSiGe混晶層の薄
膜を除去する反応室1内のクリーニングを行う。そし
て、次に反応室1内に収納されたウエハWに対する成膜
処理の際に、この薄膜から放出されたホウ素等の不純物
が放出されることを防止する。
【0028】以上の後、ステップS1に戻り、以降ステ
ップS1〜ステップS5を繰り返すことで、2枚目以降
のウエハW(すなわち、請求項に示す第2のウエハ)を
順次処理していく。
【0029】以上説明した半導体装置の製造方法によれ
ば、1枚目のウエハW(第1のウエハ)上にSiGe混
晶層を形成した直後にガス供給管15内に封じ込められ
た原料ガスは、排気管4から真空排気される。これによ
って、ガス供給管15内からは、原料ガスが速やかにか
つ完全に除去される。このため、2枚目のウエハW(第
2のウエハ)上にSiGe混晶層を形成する際には、M
FC12c,13c,14cで流量制御された原料ガス
のみが反応室1内に供給されることになる。したがっ
て、2枚目以降のウエハWに対しても、高精度に原料ガ
スの供給量を制御しながら、深さ方向にゲルマニウム濃
度及び不純物濃度を変化させたSiGe層を形成するこ
とが可能になる。この結果、深さ方向の濃度プロファイ
ルが高精度に制御されたSiGe層を、複数のウエハに
対して繰り返し形成することが可能になる。
【0030】尚、ステップS4の工程は、ステップS
3、ステップS5及びステップS1の各工程を連続して
行う間に、これらの各工程と並行して行っても良い。こ
のようにした場合には、スループットを低下させること
なく、ステップS4の工程を追加することができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法によれば、第1のウエハに対する層形成と第
2のウエハに対する層形成との間に、ガス供給管内の原
料ガスを真空排気する構成にしたことで、第1のウエハ
上への層形成直後にガス供給管内に封じ込められる原料
ガスを完全にかつ速やかに除去した状態で、第2のウエ
ハ上への層形成を開始することが可能になる。したがっ
て、高精度に原料ガスの供給量を制御しながら、深さ方
向の含有物濃度を変化させた層を第2のウエハ上に形成
することが可能になる。この結果、スループットを低下
させることなく、深さ方向の濃度プロファイルが高精度
に制御された層を繰り返し形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を説明するためのフローチ
ャートである。
【図2】実施形態で用いる枚様式の成膜装置の一例を示
す概略構成図である。
【図3】SiGe混晶層をベースにしたSiGe/Si
系HBTのバンド図である。
【図4】SiGe/Si系HBTのSiGe混晶層にお
けるゲルマニウム及びホウ素の濃度プロファイルであ
る。
【符号の説明】
1…反応室、15…ガス供給管、W…ウエハ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス供給管から反応室内への原料ガスの
    供給量を制御しながら、深さ方向に含有物濃度を変化さ
    せた層を前記反応室内に収納されたウエハ上に形成する
    半導体装置の製造方法において、 第1のウエハ上に前記層を形成した後、前記ガス供給管
    内の原料ガスを真空排気し、次いで前記第1のウエハと
    入れ替えに前記反応室内に収納された第2のウエハ上に
    前記層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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