JP2000351694A - 混晶膜の気相成長方法およびその装置 - Google Patents
混晶膜の気相成長方法およびその装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体基板上に所望組成比のＳｉ(1-x-y) Ｇ
ｅx Ｃy 混晶を精度良く安価に、かつ高い生産性で成膜
する。 【解決手段】 減圧下の反応室３内のサセプター４上に
半導体基板５としてシリコン基板を載置する。タングス
テンハロゲンランプ２でシリコン基板の表面を約７００
℃に維持し、かつ、キャリアガスとして水素ガスを供給
しながら、シリコン原料ガスとしてジクロルシランと、
ゲルマニウム原料ガスとしてゲルマンと、炭素原料ガス
としてアセチレンとを、それぞれマスフローコントロー
ラー１８，１９，２０を介して反応室に供給する。これ
により、シリコン基板のシリコン表面に単結晶のＳｉ
(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶が成膜される。この成膜工程で
は、真空排気装置により反応室の圧力を１×１０2 〜２
×１０4 Ｐａの範囲内に維持する。
ｅx Ｃy 混晶を精度良く安価に、かつ高い生産性で成膜
する。 【解決手段】 減圧下の反応室３内のサセプター４上に
半導体基板５としてシリコン基板を載置する。タングス
テンハロゲンランプ２でシリコン基板の表面を約７００
℃に維持し、かつ、キャリアガスとして水素ガスを供給
しながら、シリコン原料ガスとしてジクロルシランと、
ゲルマニウム原料ガスとしてゲルマンと、炭素原料ガス
としてアセチレンとを、それぞれマスフローコントロー
ラー１８，１９，２０を介して反応室に供給する。これ
により、シリコン基板のシリコン表面に単結晶のＳｉ
(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶が成膜される。この成膜工程で
は、真空排気装置により反応室の圧力を１×１０2 〜２
×１０4 Ｐａの範囲内に維持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン−ゲルマ
ニウム−炭素混晶膜を気相成長させる方法およびその装
置に関するものである。
ニウム−炭素混晶膜を気相成長させる方法およびその装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣに用いられるバイポーラトランジス
タの高速化のためには高濃度、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では、
注入不純物のチャネリングのため４０ｎｍ以下のベース
幅を実現することは困難であった。
タの高速化のためには高濃度、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では、
注入不純物のチャネリングのため４０ｎｍ以下のベース
幅を実現することは困難であった。
【０００３】近年、この問題の解決策の一つとして、Ｓ
ｉ系高速バイポーラ素子や超格子素子などへの応用の期
待から、シリコン−ゲルマニウム（以下、Ｓｉ(1-x) Ｇ
ｅxと記す）混晶が注目されている。このようなＳｉ
(1-x) Ｇｅx 混晶の実用化を図るため、Ｓｉ系下地とし
て例えばＳｉ基板を用い、これの上にＳｉ(1-x) Ｇｅx
混晶をエピタキシャル成長させる方法が種々検討され、
一部実施されている。
ｉ系高速バイポーラ素子や超格子素子などへの応用の期
待から、シリコン−ゲルマニウム（以下、Ｓｉ(1-x) Ｇ
ｅxと記す）混晶が注目されている。このようなＳｉ
(1-x) Ｇｅx 混晶の実用化を図るため、Ｓｉ系下地とし
て例えばＳｉ基板を用い、これの上にＳｉ(1-x) Ｇｅx
混晶をエピタキシャル成長させる方法が種々検討され、
一部実施されている。
【０００４】このような方法で得られるＳｉ(1-x) Ｇｅ
x ／Ｓｉの歪み超格子構造については、その格子歪みに
起因して生じる電気的および光学的性質を利用した種々
のデバイスが開発されている。例えば、バイポーラトラ
ンジスタのベース部分にＳｉ (1-x) Ｇｅx ／Ｓｉを用い
てなる、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、Ｈ
ＢＴと略称する）が知られている。
x ／Ｓｉの歪み超格子構造については、その格子歪みに
起因して生じる電気的および光学的性質を利用した種々
のデバイスが開発されている。例えば、バイポーラトラ
ンジスタのベース部分にＳｉ (1-x) Ｇｅx ／Ｓｉを用い
てなる、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、Ｈ
ＢＴと略称する）が知られている。
【０００５】このＳｉ(1-x) Ｇｅx ／Ｓｉ系ＨＢＴは、
ホモ接合のものより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、Ｒb やτB を増大するこ
となしにｈFEを確保することが可能になり、ｆmax ＝５
０ＧＨｚ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。
ホモ接合のものより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、Ｒb やτB を増大するこ
となしにｈFEを確保することが可能になり、ｆmax ＝５
０ＧＨｚ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。
【０００６】しかし、Ｓｉ(1-x) Ｇｅx ／Ｓｉの歪み超
格子構造の応用では、Ｓｉ(1-x) Ｇｅx 混晶はシリコン
より格子が長いため、接合部に応力がかかって転位、欠
陥が発生してしまい、良質な結晶が得にくいという欠点
がある。
格子構造の応用では、Ｓｉ(1-x) Ｇｅx 混晶はシリコン
より格子が長いため、接合部に応力がかかって転位、欠
陥が発生してしまい、良質な結晶が得にくいという欠点
がある。
【０００７】特開平６−２２４１２７号公報や特開平６
−３２６０３７号公報には、上記技術の問題点を解決す
るための手段として、Ｓｉ(1-x) Ｇｅx に炭素（Ｃ）を
含有させることによって、シリコンと同じ格子の長さを
もつＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy混晶をエピタキシャル成長
させる技術が開示されている。
−３２６０３７号公報には、上記技術の問題点を解決す
るための手段として、Ｓｉ(1-x) Ｇｅx に炭素（Ｃ）を
含有させることによって、シリコンと同じ格子の長さを
もつＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy混晶をエピタキシャル成長
させる技術が開示されている。
【０００８】これによれば、炭素とゲルマニウムをほぼ
１：８．５の割合で含有させることによって、格子の長
さをシリコンのそれと揃えることが可能なため、転位、
欠陥を発生させずにシリコン基板上にヘテロ接合を形成
することができる。また、上記特許公報に記載されたＳ
ｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶成膜方法は、気相反応が無視
できる１．３３Ｐａ以下の圧力でシリコン原料ガス、ゲ
ルマニウム原料ガス、および炭素原料ガスを反応炉に導
入して行うものである。そして、これらの混晶成膜方法
の実施例では成膜温度を８５０℃とし、シリコン原料ガ
スとしてジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を、ゲルマニウム原料
ガスとしてゲルマン（ＧｅＨ4 ）を、炭素原料ガスとし
てアセチレン（Ｃ2 Ｈ2 ）をそれぞれ用いている。ま
た、１．３３Ｐａ以下の圧力で成膜を行うために、ター
ボ分子ポンプを備えた成膜装置を使用している。
１：８．５の割合で含有させることによって、格子の長
さをシリコンのそれと揃えることが可能なため、転位、
欠陥を発生させずにシリコン基板上にヘテロ接合を形成
することができる。また、上記特許公報に記載されたＳ
ｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶成膜方法は、気相反応が無視
できる１．３３Ｐａ以下の圧力でシリコン原料ガス、ゲ
ルマニウム原料ガス、および炭素原料ガスを反応炉に導
入して行うものである。そして、これらの混晶成膜方法
の実施例では成膜温度を８５０℃とし、シリコン原料ガ
スとしてジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を、ゲルマニウム原料
ガスとしてゲルマン（ＧｅＨ4 ）を、炭素原料ガスとし
てアセチレン（Ｃ2 Ｈ2 ）をそれぞれ用いている。ま
た、１．３３Ｐａ以下の圧力で成膜を行うために、ター
ボ分子ポンプを備えた成膜装置を使用している。
【０００９】しかしながら、上記従来技術においては、
上述のように装置内部を高真空状態にする必要があるた
め、成膜反応室内部やガス供給系および排気系に高価な
部品が必要であり、成膜装置のコストが高くなるという
問題があった。
上述のように装置内部を高真空状態にする必要があるた
め、成膜反応室内部やガス供給系および排気系に高価な
部品が必要であり、成膜装置のコストが高くなるという
問題があった。
【００１０】一方、C.L.Chang, A.St.Amour and J.C.St
urm らは（IEDM, pp.257〜260 （1996）：Effect of Ca
rbon on the Valence Band Offset of Si (1-x-y) Gex
C y/Si Heterojunctions ）において、ＲＴＣＶＤ（Rap
id Thermal Chemical VaporDeposition ）技術によりＳ
ｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶層を形成させたことを報告し
ている。この技術では、シリコン原料ガスとしてジクロ
ルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2 ）を、ゲルマニウム原料ガス
としてゲルマン（ＧｅＨ4 ）を、炭素原料ガスとしてメ
チルシラン（ＳｉＣＨ6 ）をそれぞれ用い、成膜時の圧
力を約８００Ｐａ、温度を５７５〜６２５℃としてお
り、比較例安価な成長装置で上記混晶の成膜を実現して
いる。
urm らは（IEDM, pp.257〜260 （1996）：Effect of Ca
rbon on the Valence Band Offset of Si (1-x-y) Gex
C y/Si Heterojunctions ）において、ＲＴＣＶＤ（Rap
id Thermal Chemical VaporDeposition ）技術によりＳ
ｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶層を形成させたことを報告し
ている。この技術では、シリコン原料ガスとしてジクロ
ルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2 ）を、ゲルマニウム原料ガス
としてゲルマン（ＧｅＨ4 ）を、炭素原料ガスとしてメ
チルシラン（ＳｉＣＨ6 ）をそれぞれ用い、成膜時の圧
力を約８００Ｐａ、温度を５７５〜６２５℃としてお
り、比較例安価な成長装置で上記混晶の成膜を実現して
いる。
【００１１】上記成膜技術では、Ｓｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃ
y 混晶の組成比（ｘ，ｙの値）は、成膜反応室への各原
料ガス（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ，ＧｅＨ4 ，ＳｉＣＨ6 ）の供
給量の比率で決定される。しかしながら、Ｓｉ原子を含
む原料ガスとしてＳｉＨ2 Ｃｌ2 とＳｉＣＨ6 の２種類
のガスを用いるので、所望のＳｉ組成比を有するＳｉ
(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶を得るための、各原料ガスの供
給量比率の正確な制御が複雑となる問題があり、上記混
晶の成膜を高い生産性のもとで安価に実施するのが困難
であった。
y 混晶の組成比（ｘ，ｙの値）は、成膜反応室への各原
料ガス（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ，ＧｅＨ4 ，ＳｉＣＨ6 ）の供
給量の比率で決定される。しかしながら、Ｓｉ原子を含
む原料ガスとしてＳｉＨ2 Ｃｌ2 とＳｉＣＨ6 の２種類
のガスを用いるので、所望のＳｉ組成比を有するＳｉ
(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶を得るための、各原料ガスの供
給量比率の正確な制御が複雑となる問題があり、上記混
晶の成膜を高い生産性のもとで安価に実施するのが困難
であった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
上記問題点を解決しようとするもので、その目的は、Ｓ
ｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶を安価に、かつ生産性良く成
膜することができるうえ、混晶の組成比を容易に高精度
に制御することが可能な気相成長方法および、これを実
施するのに好適な成膜装置を提供することにある。
上記問題点を解決しようとするもので、その目的は、Ｓ
ｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶を安価に、かつ生産性良く成
膜することができるうえ、混晶の組成比を容易に高精度
に制御することが可能な気相成長方法および、これを実
施するのに好適な成膜装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明に係る混晶膜の気相成長方法は、シリコン原料ガ
ス、ゲルマニウム原料ガスおよび炭素原料ガスを水素ガ
スと共に用い、気相成長によりシリコンゲルマニウム炭
素混晶膜を成膜する方法において、シリコン原料ガスと
してゲルマニウム原子、炭素原子のいずれも含まないも
のを、ゲルマニウム原料ガスとしてシリコン原子、炭素
原子のいずれも含まないものを、炭素原料ガスとしてシ
リコン原子、ゲルマニウム原子のいずれも含まないもの
を、それぞれ用いるとともに、加熱した半導体基板の表
面にこれらの原料ガスを１×１０2〜２×１０4 Ｐａの
圧力下で供給して、シリコンゲルマニウム炭素混晶膜を
成膜することを特徴とする。
発明に係る混晶膜の気相成長方法は、シリコン原料ガ
ス、ゲルマニウム原料ガスおよび炭素原料ガスを水素ガ
スと共に用い、気相成長によりシリコンゲルマニウム炭
素混晶膜を成膜する方法において、シリコン原料ガスと
してゲルマニウム原子、炭素原子のいずれも含まないも
のを、ゲルマニウム原料ガスとしてシリコン原子、炭素
原子のいずれも含まないものを、炭素原料ガスとしてシ
リコン原子、ゲルマニウム原子のいずれも含まないもの
を、それぞれ用いるとともに、加熱した半導体基板の表
面にこれらの原料ガスを１×１０2〜２×１０4 Ｐａの
圧力下で供給して、シリコンゲルマニウム炭素混晶膜を
成膜することを特徴とする。
【００１４】上記シリコン原料ガスは、分子を構成する
原子としてシリコン原子を含むガス状のシリコン原料の
ことであり、ゲルマニウム原料ガスは分子の構成原子と
してゲルマニウム原子を含むガス状のゲルマニウム原料
を、炭素原料ガスは分子の構成原子として炭素原子を含
むガス状の炭素原料を、それぞれ意味している。
原子としてシリコン原子を含むガス状のシリコン原料の
ことであり、ゲルマニウム原料ガスは分子の構成原子と
してゲルマニウム原子を含むガス状のゲルマニウム原料
を、炭素原料ガスは分子の構成原子として炭素原子を含
むガス状の炭素原料を、それぞれ意味している。
【００１５】本発明の気相成長方法では、反応室への各
々の原料ガスの供給流量を制御することによって得られ
る各成分のガス比が各成分の組成比と相関がとれ、Ｓｉ
(1-x -y) Ｇｅx Ｃy 混晶における各成分の組成比はある
一定値に設定される。このため、混晶組成比を容易に高
精度に制御することができる。
々の原料ガスの供給流量を制御することによって得られ
る各成分のガス比が各成分の組成比と相関がとれ、Ｓｉ
(1-x -y) Ｇｅx Ｃy 混晶における各成分の組成比はある
一定値に設定される。このため、混晶組成比を容易に高
精度に制御することができる。
【００１６】本発明に係る気相成長は、１×１０2 〜２
×１０4 Ｐａの圧力下で行う。この圧力範囲内であれば
成膜速度が、上記特許公報に記載された高真空下でのエ
ピタキシャル成長の場合に比べて高くなり、生産性が大
幅に向上する。そのうえ、上記圧力は高真空でないため
ターボ分子ポンプ等の高真空排気装置が不要になるとい
う利点がある。
×１０4 Ｐａの圧力下で行う。この圧力範囲内であれば
成膜速度が、上記特許公報に記載された高真空下でのエ
ピタキシャル成長の場合に比べて高くなり、生産性が大
幅に向上する。そのうえ、上記圧力は高真空でないため
ターボ分子ポンプ等の高真空排気装置が不要になるとい
う利点がある。
【００１７】本発明では例えば、シリコン原料ガスとし
てジクロルシランを、ゲルマニウム原料ガスとしてゲル
マンを、炭素原料ガスとしてアセチレンを、それぞれ用
いることができる。また、本発明では半導体基板として
シリコン基板を用い、該シリコン基板上にシリコン酸化
膜が所望のパターンで形成されたものを用いることがで
きる。
てジクロルシランを、ゲルマニウム原料ガスとしてゲル
マンを、炭素原料ガスとしてアセチレンを、それぞれ用
いることができる。また、本発明では半導体基板として
シリコン基板を用い、該シリコン基板上にシリコン酸化
膜が所望のパターンで形成されたものを用いることがで
きる。
【００１８】本発明に係る混晶膜の気相成長装置は、半
導体基板の保持部を内蔵し、かつ半導体基板の表面を加
熱する加熱手段を備えた反応室と、該反応室を減圧する
減圧１段と、反応室にシリコン原料ガス、ゲルマニウム
原料ガスおよび、炭素原料ガスを供給する原料ガス供給
装置とを備え、減圧手段および原料ガス供給装置が反応
室内に連通している気相成長装置において、原料ガス供
給装置はゲルマニウム原子、炭素原子のいずれも含まな
いシリコン原料ガスの供給装置と、シリコン原子、炭素
原子のいずれも含まないゲルマニウム原料ガスの供給装
置と、シリコン原子、ゲルマニウム原子のいずれも含ま
ない炭素原料ガスの供給装置とを少なくとも備えている
ことを特徴とする。
導体基板の保持部を内蔵し、かつ半導体基板の表面を加
熱する加熱手段を備えた反応室と、該反応室を減圧する
減圧１段と、反応室にシリコン原料ガス、ゲルマニウム
原料ガスおよび、炭素原料ガスを供給する原料ガス供給
装置とを備え、減圧手段および原料ガス供給装置が反応
室内に連通している気相成長装置において、原料ガス供
給装置はゲルマニウム原子、炭素原子のいずれも含まな
いシリコン原料ガスの供給装置と、シリコン原子、炭素
原子のいずれも含まないゲルマニウム原料ガスの供給装
置と、シリコン原子、ゲルマニウム原子のいずれも含ま
ない炭素原料ガスの供給装置とを少なくとも備えている
ことを特徴とする。
【００１９】上記原料ガス供給装置の代表例としては、
シリコン原料ガスの供給装置がジクロルシランの供給装
置であり、ゲルマニウム原料ガスの供給装置がゲルマン
の供給装置であり、炭素原料ガスの供給装置がアセチレ
ンの供給装置であるものが挙げられる。
シリコン原料ガスの供給装置がジクロルシランの供給装
置であり、ゲルマニウム原料ガスの供給装置がゲルマン
の供給装置であり、炭素原料ガスの供給装置がアセチレ
ンの供給装置であるものが挙げられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。 第１の実施の形態 図１は気相成長装置の構成説明図、図２は図１の装置に
より行う成膜工程の説明図であって、（ａ）は成膜前の
半導体基板を、（ｂ）は成膜後の半導体基板をそれぞれ
示すものである。
面を参照しながら説明する。 第１の実施の形態 図１は気相成長装置の構成説明図、図２は図１の装置に
より行う成膜工程の説明図であって、（ａ）は成膜前の
半導体基板を、（ｂ）は成膜後の半導体基板をそれぞれ
示すものである。
【００２１】図１に示すＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶の
成膜装置は、半導体基板５を石英製の反応室３に導入す
るための真空ロードロック室１を備えている。このロー
ドロック室１には、該室内の真空排気を行うための減圧
手段として、メカニカルブースターポンプ７とドライポ
ンプ８が、バルブ６を介して接続されている。また、ロ
ードロック室１と反応室３はゲートバルブ２４を介して
接続されている。反応室３内には、半導体基板５を載置
するための保持部としてサセプター４が配備されてい
る。このサセプター４は回転軸４ａ上に設けられ、回転
軸４ａと一体で回転可能である。反応室３の外側上部お
よび外側下部には、半導体基板５の表面を加熱するため
の加熱手段としてタングステンハロゲンランプ２が配置
され、赤外線ランプ加熱により半導体基板５の表面を加
熱できる構造となっている。
成膜装置は、半導体基板５を石英製の反応室３に導入す
るための真空ロードロック室１を備えている。このロー
ドロック室１には、該室内の真空排気を行うための減圧
手段として、メカニカルブースターポンプ７とドライポ
ンプ８が、バルブ６を介して接続されている。また、ロ
ードロック室１と反応室３はゲートバルブ２４を介して
接続されている。反応室３内には、半導体基板５を載置
するための保持部としてサセプター４が配備されてい
る。このサセプター４は回転軸４ａ上に設けられ、回転
軸４ａと一体で回転可能である。反応室３の外側上部お
よび外側下部には、半導体基板５の表面を加熱するため
の加熱手段としてタングステンハロゲンランプ２が配置
され、赤外線ランプ加熱により半導体基板５の表面を加
熱できる構造となっている。
【００２２】Ｓｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶を成膜するた
めの原料ガス供給装置として、シリコン原料ガスの供給
装置１２、ゲルマニウム原料ガスの供給装置１３およ
び、炭素原料ガスの供給装置１４が設けられている。そ
のうちシリコン原料ガスの供給装置１２はシリコン原料
ガスのボンベ１２ａ、バルブ１５、マスフローコントロ
ーラー１８およびバルブ２１から構成され、ゲルマニウ
ム原料ガスの供給装置１３はゲルマニウム原料ガスのボ
ンベ１３ａ、バルブ１６、マスフローコントローラー１
９およびバルブ２２から構成されている。また、炭素原
料ガスの供給装置１４は炭素原料ガスのボンベ１４ａ、
バルブ１７、マスフローコントローラー２０およびバル
ブ２３から構成されている。
めの原料ガス供給装置として、シリコン原料ガスの供給
装置１２、ゲルマニウム原料ガスの供給装置１３およ
び、炭素原料ガスの供給装置１４が設けられている。そ
のうちシリコン原料ガスの供給装置１２はシリコン原料
ガスのボンベ１２ａ、バルブ１５、マスフローコントロ
ーラー１８およびバルブ２１から構成され、ゲルマニウ
ム原料ガスの供給装置１３はゲルマニウム原料ガスのボ
ンベ１３ａ、バルブ１６、マスフローコントローラー１
９およびバルブ２２から構成されている。また、炭素原
料ガスの供給装置１４は炭素原料ガスのボンベ１４ａ、
バルブ１７、マスフローコントローラー２０およびバル
ブ２３から構成されている。
【００２３】すなわち、上記各ボンベ１２ａ，１３ａ，
１４ａのそれぞれガス供給口はバルブ１５，１６，１
７、マスフローコントローラー１８，１９，２０および
バルブ２１，２２，２３を介して原料ガス配管２５に接
続され、この配管２５の端部は反応室３内に開口する原
料ガス供給口２６に接続されている。マスフローコント
ローラー１８〜２０は、反応室３への各原料ガスの供給
流量を制御するためのものである。さらに、原料ガス配
管２５の途中には、キャリアガスとしての水素ガスの供
給配管（図略）が接続されている。
１４ａのそれぞれガス供給口はバルブ１５，１６，１
７、マスフローコントローラー１８，１９，２０および
バルブ２１，２２，２３を介して原料ガス配管２５に接
続され、この配管２５の端部は反応室３内に開口する原
料ガス供給口２６に接続されている。マスフローコント
ローラー１８〜２０は、反応室３への各原料ガスの供給
流量を制御するためのものである。さらに、原料ガス配
管２５の途中には、キャリアガスとしての水素ガスの供
給配管（図略）が接続されている。
【００２４】なお、図１では各原料ガスを配管２５内で
混合し、この混合ガスにさらに上記キャリアガスを混合
し、この混合原料ガスを反応室３に供給するようにして
あるが、それぞれの原料ガスおよびキャリアガスを個別
に反応室３に供給し、これらを反応室３内で混合して混
合原料ガスとする構成も採用できる。
混合し、この混合ガスにさらに上記キャリアガスを混合
し、この混合原料ガスを反応室３に供給するようにして
あるが、それぞれの原料ガスおよびキャリアガスを個別
に反応室３に供給し、これらを反応室３内で混合して混
合原料ガスとする構成も採用できる。
【００２５】上記成膜装置による成膜方法について図
１、図２を参照して説明する。図１に示す半導体基板５
として、断面構造が図２（ａ）に示されるシリコン基板
５ａを用意する。このシリコン基板５ａでは例えば、基
板本体３０の表面の一部にシリコン酸化膜３１を形成
し、それ以外の表面部分を開口部３２としてシリコン表
面３３を露出させる。
１、図２を参照して説明する。図１に示す半導体基板５
として、断面構造が図２（ａ）に示されるシリコン基板
５ａを用意する。このシリコン基板５ａでは例えば、基
板本体３０の表面の一部にシリコン酸化膜３１を形成
し、それ以外の表面部分を開口部３２としてシリコン表
面３３を露出させる。
【００２６】まず、シリコン基板５ａに付着している有
機物を除去するために、適当な洗浄液により洗浄処理す
る。ついで、シリコン基板５ａの表面に付着しているパ
ーティクルを適当な洗浄液により除去し、さらに金属汚
染物および、開口部３２の表面（シリコン表面３３）に
形成された自然酸化膜を、適宜の洗浄液を用いて除去す
る。
機物を除去するために、適当な洗浄液により洗浄処理す
る。ついで、シリコン基板５ａの表面に付着しているパ
ーティクルを適当な洗浄液により除去し、さらに金属汚
染物および、開口部３２の表面（シリコン表面３３）に
形成された自然酸化膜を、適宜の洗浄液を用いて除去す
る。
【００２７】つぎに、上記洗浄後のシリコン基板５ａを
減圧下の反応室３に導入し、サセプター４上に載置す
る。そのために、ロードロック室１を大気圧にした後
（ゲートバルブ２４は閉めておく）、シリコン基板５ａ
をロードロック室１に導入し、バルブ６を開けてメカニ
カルブースターポンプ７とドライポンプ８によりロード
ロック室１内の真空排気を行う。その後、バルブ９を開
けてメカニカルブースターポンプ１０およびドライポン
プ１１により、反応室３内の真空排気を行って１×１０
2 〜２×１０4 Ｐａの範囲内の適当な圧力にする。ゲー
トバルブ２４を開け、図１に示されていない搬送手段に
てサセプター４上にシリコン基板５ａを載置した後、ゲ
ートバルブ２４を閉める。
減圧下の反応室３に導入し、サセプター４上に載置す
る。そのために、ロードロック室１を大気圧にした後
（ゲートバルブ２４は閉めておく）、シリコン基板５ａ
をロードロック室１に導入し、バルブ６を開けてメカニ
カルブースターポンプ７とドライポンプ８によりロード
ロック室１内の真空排気を行う。その後、バルブ９を開
けてメカニカルブースターポンプ１０およびドライポン
プ１１により、反応室３内の真空排気を行って１×１０
2 〜２×１０4 Ｐａの範囲内の適当な圧力にする。ゲー
トバルブ２４を開け、図１に示されていない搬送手段に
てサセプター４上にシリコン基板５ａを載置した後、ゲ
ートバルブ２４を閉める。
【００２８】ひきつづき反応室３内の真空排気を行いな
がら、反応室３内に水素ガスを、上記水素ガス供給配管
を介して供給し、タングステンハロゲンランプ２でシリ
コン基板５ａの表面を所要温度に昇温させ、そのシリコ
ン表面３３に形成された自然酸化膜を水素還元により除
去する。これらの操作中、反応室３内の圧力を１×１０
2 〜２×１０4 Ｐａの範囲内の適当な圧力に維持する。
がら、反応室３内に水素ガスを、上記水素ガス供給配管
を介して供給し、タングステンハロゲンランプ２でシリ
コン基板５ａの表面を所要温度に昇温させ、そのシリコ
ン表面３３に形成された自然酸化膜を水素還元により除
去する。これらの操作中、反応室３内の圧力を１×１０
2 〜２×１０4 Ｐａの範囲内の適当な圧力に維持する。
【００２９】反応室３内への水素ガスの供給および真空
排気を続けながら、タングステンハロゲンランプ２の出
力を調整してシリコン基板５ａ表面の温度を６００〜８
５０℃の範囲内の適宜の温度に降下させる。反応室３内
への水素ガス供給および真空排気を更に続けながら、Ｓ
ｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶を成膜するため上記３種類の
原料ガス（シリコン原料ガス、ゲルマニウム原料ガス、
炭素原料ガス）を、原料ガス配管２５を介して反応室３
内に供給する。この場合、所望組成比の混晶が得られる
ように各原料ガスの流量を、マスフローコントローラー
１８，１９，２０によって制御しながら所定時間成膜を
行う。上記したシリコン表面３３の自然酸化膜除去操作
および成膜操作は、回転軸４ａの作動によりシリコン基
板５ａをサセプター４と一体で回転させながら行う。
排気を続けながら、タングステンハロゲンランプ２の出
力を調整してシリコン基板５ａ表面の温度を６００〜８
５０℃の範囲内の適宜の温度に降下させる。反応室３内
への水素ガス供給および真空排気を更に続けながら、Ｓ
ｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶を成膜するため上記３種類の
原料ガス（シリコン原料ガス、ゲルマニウム原料ガス、
炭素原料ガス）を、原料ガス配管２５を介して反応室３
内に供給する。この場合、所望組成比の混晶が得られる
ように各原料ガスの流量を、マスフローコントローラー
１８，１９，２０によって制御しながら所定時間成膜を
行う。上記したシリコン表面３３の自然酸化膜除去操作
および成膜操作は、回転軸４ａの作動によりシリコン基
板５ａをサセプター４と一体で回転させながら行う。
【００３０】成膜完了後バルブ１５，１６，１７および
バルブ２１，２２，２３を閉じる。シリコン基板５ａの
降温操作および成膜操作は、反応室３内の圧力を１×１
０2〜２×１０4 Ｐａの範囲内の適当な圧力に維持して
行う。最後に、シリコン基板５ａを反応室３に導入した
ときと逆の手順で、成膜装置からシリコン基板５ａを取
り出す。
バルブ２１，２２，２３を閉じる。シリコン基板５ａの
降温操作および成膜操作は、反応室３内の圧力を１×１
０2〜２×１０4 Ｐａの範囲内の適当な圧力に維持して
行う。最後に、シリコン基板５ａを反応室３に導入した
ときと逆の手順で、成膜装置からシリコン基板５ａを取
り出す。
【００３１】図２（ｂ）に示すように、上記成膜工程に
よりシリコン基板５ａのシリコン表面３３（シリコンが
露出した部分）に、単結晶のＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混
晶層４１が成膜され、シリコン酸化膜３１上には多結晶
のＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶層４２が形成される。
よりシリコン基板５ａのシリコン表面３３（シリコンが
露出した部分）に、単結晶のＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混
晶層４１が成膜され、シリコン酸化膜３１上には多結晶
のＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶層４２が形成される。
【００３２】上記実施の形態では原料ガスとして、
（１）ゲルマニウム原子、炭素原子のいずれも含まない
シリコン原料ガスと、（２）シリコン原子、炭素原子の
いずれも含まないゲルマニウム原料ガスと、（３）シリ
コン原子、ゲルマニウム原子のいずれも含まない炭素原
料ガスとを併用するため、上記マスフローコントローラ
ーによる反応室３への原料ガスの供給流量の比率と上記
混晶の組成比との相関がとれるので、所望組成比の混晶
を精度良く成膜することができる。また、それほど高い
真空状態で成膜する必要がないため、成膜速度が高くな
り生産性が向上する。
（１）ゲルマニウム原子、炭素原子のいずれも含まない
シリコン原料ガスと、（２）シリコン原子、炭素原子の
いずれも含まないゲルマニウム原料ガスと、（３）シリ
コン原子、ゲルマニウム原子のいずれも含まない炭素原
料ガスとを併用するため、上記マスフローコントローラ
ーによる反応室３への原料ガスの供給流量の比率と上記
混晶の組成比との相関がとれるので、所望組成比の混晶
を精度良く成膜することができる。また、それほど高い
真空状態で成膜する必要がないため、成膜速度が高くな
り生産性が向上する。
【００３３】
【実施例】つぎに、上記実施の形態に基づく成膜の実施
例について説明する。シリコン原料ガスのボンベ１２ａ
としてジクロルシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）のボンベを、
ゲルマニウム原料ガスのボンベ１３ａとしてゲルマン
（ＧｅＨ4 ）のボンベを、炭素原料ガスのボンベ１４ａ
としてアセチレン（Ｃ2 Ｈ2 ）のボンベをそれぞれ使用
した。
例について説明する。シリコン原料ガスのボンベ１２ａ
としてジクロルシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）のボンベを、
ゲルマニウム原料ガスのボンベ１３ａとしてゲルマン
（ＧｅＨ4 ）のボンベを、炭素原料ガスのボンベ１４ａ
としてアセチレン（Ｃ2 Ｈ2 ）のボンベをそれぞれ使用
した。
【００３４】シリコン基板５ａに付着している有機物を
除去するために、所要の温度に加熱した硫酸−過酸化水
素水溶液で洗浄処理した後、所要の温度に加熱したアン
モニア−過酸化水素水溶液によりパーティクル除去を行
った。さらに希フッ酸を用いて金属汚染物および、開口
部３２の表面（シリコン表面３３）に形成された自然酸
化膜の除去を行った。
除去するために、所要の温度に加熱した硫酸−過酸化水
素水溶液で洗浄処理した後、所要の温度に加熱したアン
モニア−過酸化水素水溶液によりパーティクル除去を行
った。さらに希フッ酸を用いて金属汚染物および、開口
部３２の表面（シリコン表面３３）に形成された自然酸
化膜の除去を行った。
【００３５】つぎに、上記した手順に従い、上記洗浄後
のシリコン基板５ａを圧力約２６６０Ｐａに減圧した反
応室３に導入し、サセプター４上に載置した。ひきつづ
き反応室３内の真空排気を行いながら、反応室３内に水
素ガスを、上記水素ガス供給配管を介して供給し、タン
グステンハロゲンランプ２でシリコン基板５ａの表面を
約９００℃に昇温させ、シリコン表面３３に形成された
自然酸化膜を水素還元により除去した。これらの操作
中、反応室３内の圧力を約２６６０Ｐａに維持した。
のシリコン基板５ａを圧力約２６６０Ｐａに減圧した反
応室３に導入し、サセプター４上に載置した。ひきつづ
き反応室３内の真空排気を行いながら、反応室３内に水
素ガスを、上記水素ガス供給配管を介して供給し、タン
グステンハロゲンランプ２でシリコン基板５ａの表面を
約９００℃に昇温させ、シリコン表面３３に形成された
自然酸化膜を水素還元により除去した。これらの操作
中、反応室３内の圧力を約２６６０Ｐａに維持した。
【００３６】反応室３内への水素ガスの供給および真空
排気を続けながら、シリコン基板５ａの温度を６００〜
８５０℃の範囲内の適宜の温度に降下させた。反応室３
内への水素ガス供給および真空排気を更に続けながら、
上記３種類の原料ガスを、原料ガス配管２５を介して反
応室３内に供給した。シリコン基板５ａの上記降温操作
および上記成膜操作は、反応室３内の圧力を約２６６０
Ｐａに維持して行った。
排気を続けながら、シリコン基板５ａの温度を６００〜
８５０℃の範囲内の適宜の温度に降下させた。反応室３
内への水素ガス供給および真空排気を更に続けながら、
上記３種類の原料ガスを、原料ガス配管２５を介して反
応室３内に供給した。シリコン基板５ａの上記降温操作
および上記成膜操作は、反応室３内の圧力を約２６６０
Ｐａに維持して行った。
【００３７】その結果、図２（ｂ）に示すように、上記
成膜工程によりシリコン基板５ａのシリコン表面３３に
単結晶のＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶層４１が成膜さ
れ、シリコン酸化膜３１上には多結晶のＳｉ(1-x-y) Ｇ
ｅx Ｃy 混晶層４２が形成された。
成膜工程によりシリコン基板５ａのシリコン表面３３に
単結晶のＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶層４１が成膜さ
れ、シリコン酸化膜３１上には多結晶のＳｉ(1-x-y) Ｇ
ｅx Ｃy 混晶層４２が形成された。
【００３８】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る混晶膜の気相成長方法によれば、各原料ガスとし
て、原料成分以外の組成原子をいずれも含まないものを
用いているので、各成分のガス比が各成分の組成比と相
関がとれ、Ｓｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃ y 混晶における各成分
の組成比はある一定値に設定され、例えばシリコン基板
のシリコン表面に所望組成比からなる単結晶のＳｉ
(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶を容易に精度良く、かつ高い生
産性で成膜することができる。また、本発明に係る混晶
膜の気相成長装置では、反応室の圧力を１×１０2 〜２
×１０4 Ｐａの範囲内として成膜することができるた
め、ターボ分子ポンプ等の高真空排気装置が不要になる
ので、当該装置を安価に構成できるうえ、各原料ガスと
して、原料成分以外の組成原子をいずれも含まないもの
を用いているので、各成分のガス比が各成分の組成比と
相関がとれ、Ｓｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶における各成
分の組成比はある一定値に設定され、混晶組成比を容易
に高精度に制御することができる。
係る混晶膜の気相成長方法によれば、各原料ガスとし
て、原料成分以外の組成原子をいずれも含まないものを
用いているので、各成分のガス比が各成分の組成比と相
関がとれ、Ｓｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃ y 混晶における各成分
の組成比はある一定値に設定され、例えばシリコン基板
のシリコン表面に所望組成比からなる単結晶のＳｉ
(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶を容易に精度良く、かつ高い生
産性で成膜することができる。また、本発明に係る混晶
膜の気相成長装置では、反応室の圧力を１×１０2 〜２
×１０4 Ｐａの範囲内として成膜することができるた
め、ターボ分子ポンプ等の高真空排気装置が不要になる
ので、当該装置を安価に構成できるうえ、各原料ガスと
して、原料成分以外の組成原子をいずれも含まないもの
を用いているので、各成分のガス比が各成分の組成比と
相関がとれ、Ｓｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy 混晶における各成
分の組成比はある一定値に設定され、混晶組成比を容易
に高精度に制御することができる。
【図１】本発明に係る気相成長装置の構成説明図であ
る。
る。
【図２】図１の装置により行う成膜工程の説明図であっ
て、（ａ）は成膜前のシリコン基板を、（ｂ）は成膜後
のシリコン基板をそれぞれ示すものである。
て、（ａ）は成膜前のシリコン基板を、（ｂ）は成膜後
のシリコン基板をそれぞれ示すものである。
１…真空ロードロック室、２…タングステンハロゲンラ
ンプ（加熱手段）、３…反応室、４…サセプター（保持
部）、４ａ…回転軸、５…半導体基板、５ａ…シリコン
基板、６…バルブ、７…メカニカルブースターポンプ、
８…ドライポンプ、９…バルブ、１０…メカニカルブー
スターポンプ、１１…ドライポンプ、１２…シリコン原
料ガスの供給装置、１２ａ…シリコン原料ガスのボン
ベ、１３…ゲルマニウムガスの供給装置、１３ａ…ゲル
マニウムガスのボンベ、１４…炭素原料ガスの供給装
置、１４ａ…炭素原料ガスのボンベ、１５，１６，１７
…バルブ、１８，１９，２０…マスフローコントローラ
ー、２１，２２，２３…バルブ、２４…ゲートバルブ、
２５…原料ガス配管、２６…原料ガス供給口、３０…基
板本体、３１…シリコン酸化膜、３２…開口部、３３…
シリコン表面、４１…単結晶のＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy
混晶層、４２…多結晶のＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy混晶層
ンプ（加熱手段）、３…反応室、４…サセプター（保持
部）、４ａ…回転軸、５…半導体基板、５ａ…シリコン
基板、６…バルブ、７…メカニカルブースターポンプ、
８…ドライポンプ、９…バルブ、１０…メカニカルブー
スターポンプ、１１…ドライポンプ、１２…シリコン原
料ガスの供給装置、１２ａ…シリコン原料ガスのボン
ベ、１３…ゲルマニウムガスの供給装置、１３ａ…ゲル
マニウムガスのボンベ、１４…炭素原料ガスの供給装
置、１４ａ…炭素原料ガスのボンベ、１５，１６，１７
…バルブ、１８，１９，２０…マスフローコントローラ
ー、２１，２２，２３…バルブ、２４…ゲートバルブ、
２５…原料ガス配管、２６…原料ガス供給口、３０…基
板本体、３１…シリコン酸化膜、３２…開口部、３３…
シリコン表面、４１…単結晶のＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy
混晶層、４２…多結晶のＳｉ(1-x-y) Ｇｅx Ｃy混晶層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 DB05 DB07 DB21 EA02 EA03 EG15 TB05 TC06 TC08 4K030 AA03 AA05 AA06 AA09 AA17 BA09 BA27 BA29 BA37 CA04 EA01 FA10 JA09 JA10 KA24 LA15 5F045 AA06 AB01 AC01 AC05 AD10 AD11 AD12 AE19 AE21 AE23 AE25 AF03 BB08 BB09 CA02 DB03 DP28 EB08 EB13 EE04 EK12
Claims (5)
- 【請求項１】 シリコン原料ガス、ゲルマニウム原料ガ
スおよび炭素原料ガスを水素ガスと共に用い、気相成長
によりシリコンゲルマニウム炭素混晶膜を成膜する方法
において、シリコン原料ガスとしてゲルマニウム原子、
炭素原子のいずれも含まないものを、ゲルマニウム原料
ガスとしてシリコン原子、炭素原子のいずれも含まない
ものを、炭素原料ガスとしてシリコン原子、ゲルマニウ
ム原子のいずれも含まないものを、それぞれ用いるとと
もに、加熱した半導体基板の表面にこれらの原料ガスを
１×１０2 〜２×１０4 Ｐａの圧力下で供給して、シリ
コンゲルマニウム炭素混晶膜を成膜することを特徴とす
る混晶膜の気相成長方法。 - 【請求項２】 シリコン原料ガスとしてジクロルシラン
を、ゲルマニウム原料ガスとしてゲルマンを、炭素原料
ガスとしてアセチレンを、それぞれ用いることを特徴と
する請求項１記載の混晶膜の気相成長方法。 - 【請求項３】 半導体基板の表面を６００〜８５０℃に
加熱して成膜することを特徴とする請求項１または２記
載の混晶膜の気相成長方法。 - 【請求項４】 半導体基板の保持部を内蔵し、かつ半導
体基板の表面を加熱する加熱手段を備えた反応室と、該
反応室を減圧する減圧手段と、反応室にシリコン原料ガ
ス、ゲルマニウム原料ガスおよび、炭素原料ガスを供給
する原料ガス供給装置とを備え、減圧手段および原料ガ
ス供給装置が反応室内に連絡している気相成長装置にお
いて、原料ガス供給装置はゲルマニウム原子、炭素原子
のいずれも含まないシリコン原料ガスの供給装置と、シ
リコン原子、炭素原子のいずれも含まないゲルマニウム
原料ガスの供給装置と、シリコン原子、ゲルマニウム原
子のいずれも含まない炭素原料ガスの供給装置とを少な
くとも備えていることを特徴とする混晶膜の気相成長装
置。 - 【請求項５】 原料ガス供給装置はジクロルシランの供
給装置、ゲルマンの供給装置および、アセチレンの供給
装置を備えていることを特徴とする請求項４記載の混晶
膜の気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16479999A JP2000351694A (ja) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | 混晶膜の気相成長方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16479999A JP2000351694A (ja) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | 混晶膜の気相成長方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000351694A true JP2000351694A (ja) | 2000-12-19 |
Family
ID=15800161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16479999A Pending JP2000351694A (ja) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | 混晶膜の気相成長方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000351694A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003068663A (ja) * | 2001-06-14 | 2003-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体結晶膜の製造方法 |
| EP1887617A3 (en) * | 2001-02-12 | 2015-07-29 | ASM America, Inc. | Deposition method over mixed substrates using trisilane |
-
1999
- 1999-06-11 JP JP16479999A patent/JP2000351694A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1887617A3 (en) * | 2001-02-12 | 2015-07-29 | ASM America, Inc. | Deposition method over mixed substrates using trisilane |
| JP2003068663A (ja) * | 2001-06-14 | 2003-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体結晶膜の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20051207 |