JP2002329673A - Semiconductor crystal film, its manufacturing method, semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor crystal film, its manufacturing method, semiconductor device and its manufacturing method

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polycrystalline film which acts as an SiGeC layer wherein a C atom is made to enter a lattice position in composition in which Ge composition ratio is high. SOLUTION: A multilayer film is formed wherein an Si1-x1-y1 Gex1 Cy1 layer (0<=x1<1, 0<y1<1) which has composition in which Ge composition ratio is small and an Si1-x2-y2 Gex2 Cy2 layer (0<x2<=1, 0<=y2<1) (x1<x2, y1>y2, x1 and x2 do not become 0 simultaneously) which has composition in which Ge composition ratio is large are laminated. As a result, a range in which function as an SiGeC layer is enabled in a condition that a C atom is made to enter a lattice position is enlarged as far as a range in which Ge composition ratio is high.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、SiとCとGeと
を含有し、高い結晶性を有する半導体結晶膜,その製造
方法,半導体結晶膜を含む半導体装置及びその製造方法
に関する。
The present invention relates to a semiconductor crystal film containing Si, C, and Ge and having high crystallinity, a method of manufacturing the same, a semiconductor device including the semiconductor crystal film, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、Si結晶を利用した半導体デバイ
スが多機能性,高速性を次々と実現してきたのは、主と
してトランジスタ等の半導体素子の微細化によるところ
が大きい。今後も、半導体デバイスの性能向上のために
は、さらなる半導体素子の微細化を進める必要があるこ
とはもちろんであるが、この目的を実現していくために
は、半導体デバイスの微細化以外にも、技術的に乗り越
えなければならない他の課題が多く存在する。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices using Si crystals have been successively realizing multifunctionality and high-speed performance mainly due to miniaturization of semiconductor elements such as transistors. In the future, of course, it is necessary to further reduce the size of semiconductor elements in order to improve the performance of semiconductor devices, but in order to achieve this goal, other than miniaturization of semiconductor devices, There are many other challenges that must be overcome technically.

【0003】たとえば、半導体素子の微細化が進行した
としても、半導体デバイスの最高性能は、Siという材
料のもつ物理的特性(例えば、移動度)によって制約を
受ける。つまり、Si結晶という材料を利用する限り、
飛躍的にデバイス性能を向上させるのは困難と言える。
For example, even if the miniaturization of a semiconductor element progresses, the highest performance of a semiconductor device is limited by physical properties (eg, mobility) of a material called Si. In other words, as long as a material called Si crystal is used,
It can be said that it is difficult to dramatically improve device performance.

【0004】そこで、最近では、高速動作が可能な半導
体デバイスとして、IV族元素の混晶半導体を利用した半
導体デバイスが注目されている。中でも、Cを含有する
IV族元素であるSi1-x-y Gexy 結晶(0<x<
1,0<y<1)に(以下、SiGeCともいう)関す
る研究が最近盛んに行われるようになってきた。Si1-
x-y Gexy 結晶は、最近、半導体デバイス材料とし
て実用化されているSi 1-x Gex 結晶(0<x<1)
(以下、SiGeともいう)を改良した材料と考えるこ
とができる。そして、Si1-x-y Gexy 結晶が、以
下のような優れた特性を有していることがわかってきて
いる。
In recent years, semiconductor devices capable of high-speed operation have been developed.
Semiconductor device using a mixed crystal semiconductor of group IV element
Attention has been focused on conductive devices. Among them, contains C
Group IV element Si1-xy Gex Cy Crystal (0 <x <
1,0 <y <1 (hereinafter also referred to as SiGeC)
Research has recently been actively conducted. Si1-
xy Gex Cy Crystals have recently been used as semiconductor device materials.
Practically used Si 1-x Gex Crystal (0 <x <1)
(Hereinafter also referred to as SiGe) as an improved material
Can be. And Si1-xy Gex Cy The crystal is
It has been found that it has the following excellent properties
I have.

【0005】既に実用化されているSi1-x Gex 結晶
は、Si結晶に比べ格子定数が大きい材料である。した
がって、Si結晶層の上にSi1-x Gex 結晶層とを積
層したヘテロ接合体を形成すると、Si1-x Gex 結晶
層に非常に大きな圧縮歪が発生する。この圧縮歪によっ
て、臨界膜厚(転移を発生せずに堆積できる膜厚の上限
値)と呼ばれる膜厚の制限を越えると、Si1-x Gex
結晶層が転位を発生しつつ応力が緩和するという現象が
生じる。さらに、臨界膜厚に近くなると臨界膜厚を越え
ていないにも関わらず、熱処理を行った時に転位を伴っ
た応力緩和が生じることもある。また、Si結晶層とS
1-x Gex 結晶層とを積層したヘテロ接合部のバンド
構造に着目すると、バンドオフセット(ヘテロ障壁)
は、Si1- x Gex 結晶層の価電子帯端のみに発生す
る。これは、Si1-x Gex 結晶層をチャネルとする高
速MISトランジスタを作製する場合、pチャネル型M
ISトランジスタしか作製できないことを意味する。
[0005] Si 1-x Ge x crystals that have already been put to practical use are materials having a larger lattice constant than Si crystals. Therefore, to form a heterojunction formed by laminating a Si 1-x Ge x crystal layer on the Si crystal layer, Si 1-x Ge x extremely large compressive strain in the crystal layer is generated. When the compressive strain exceeds a limit of a film thickness called a critical film thickness (an upper limit value of a film thickness that can be deposited without generating a transition), Si 1-x Ge x
A phenomenon occurs in which stress is relaxed while dislocation occurs in the crystal layer. Further, when the thickness is close to the critical thickness, stress relaxation accompanied by dislocation may occur when heat treatment is performed, even though the critical thickness is not exceeded. Also, the Si crystal layer and S
When the i 1-x Ge x crystal layer paying attention to the band structure of the heterojunction formed by laminating the band offset (hetero barrier)
Is generated only at the valence band edge of the Si 1- x Ge x crystal layer. This is because when a high-speed MIS transistor using a Si 1-x Ge x crystal layer as a channel is manufactured, a p-channel type M
This means that only IS transistors can be manufactured.

【0006】ところが、このSi1-x Gex 結晶にCを
加えると、CはSiやGeに比べて原子半径の小さな元
素であるため、結晶の格子定数を小さくして、歪を低減
させることができる。そして、Ge組成率の1/8程度
の量のCを添加したSi1-x- y Gexy は、Si結晶
にほぼ格子整合する。また、Si1-x Gex 結晶中に蓄
積されていた歪みを小さくできるので、熱的耐性も高く
なる。さらに、Si1- x-y Gexy 結晶層とSi結晶
層とを積層したヘテロ接合構造においては、Ge組成率
及びC組成率が高い組成(Ge組成率が数十atm.%,C
組成率が数atm.%以上)のものにおいて、Si1-x-y
xy 結晶の価電子帯端と伝導帯端の両方にバンドオ
フセットが生じるという報告がある(K.Brunner et a
l., J.Vac.Sci.Technol. B16,1701(1998 ))。この場
合、キャリアの閉じこめは、伝導帯端と価電子帯端との
いずれでもおこり、pチャネル型トランジスタのみなら
ずnチャネル型トランジスタの作製も可能となる。以上
に加えて、Cには、ホウ素(B)の拡散抑制作用もある
ことが知られている。この性質は、ホウ素のプロファイ
ルを適切に制御する必要のある半導体デバイスを作製す
る上で非常に有効に機能し、半導体デバイスの製造プロ
セスの安定化を行う際にも有用である。例えば、ベース
領域の狭い(つまり、薄層の)超高速npnバイポーラ
トランジスタや、δドープ層を有する電界効果トランジ
スタを製造する際に、ホウ素をドープする領域にCを含
む半導体層を使うことによって、熱処理によるホウ素の
拡散を予防し、設計通りのドーピングプロファイルをも
つデバイスの作製が可能となる。
However, when C is added to this Si 1-x Ge x crystal, since C is an element having a smaller atomic radius than Si and Ge, it is necessary to reduce the lattice constant of the crystal and reduce the strain. Can be. Then, Si 1-x- y Ge x C y to which C is added in an amount of about 8 of the Ge composition ratio is substantially lattice-matched to the Si crystal. In addition, since the strain accumulated in the Si 1-x Ge x crystal can be reduced, the thermal resistance also increases. Moreover, Si 1-in xy Ge x C y crystal layer and the Si crystal layer and the heterojunction structure formed by laminating the composition Ge composition ratio and the C composition ratio is high (Ge composition ratio of several tens atm.%, C
In the composition ratio is one having atm.% Or more), Si 1-xy G
e x C both y valence band edge and the conduction band edge of the crystal is reported that the band offset occurs in the (K.Brunner et a
l., J. Vac. Sci. Technol. B16, 1701 (1998)). In this case, the confinement of carriers occurs at both the conduction band edge and the valence band edge, so that not only a p-channel transistor but also an n-channel transistor can be manufactured. In addition to the above, it is known that C also has a boron (B) diffusion suppressing effect. This property functions very effectively in manufacturing a semiconductor device in which the boron profile needs to be appropriately controlled, and is also useful in stabilizing the manufacturing process of the semiconductor device. For example, in manufacturing ultra-high speed npn bipolar transistors having a narrow base region (ie, a thin layer) or field effect transistors having a δ-doped layer, by using a semiconductor layer containing C in the boron-doped region, The diffusion of boron due to the heat treatment is prevented, and a device having a doping profile as designed can be manufactured.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、Cを含
んだIV族結晶であるSi1-x-y Gexy は、SiやS
1-x Gex よりも優れた性質を有する材料である。し
かし、Cが以下に述べるような独特の性質を有している
ので、高品質なSi1-x-y Gexy 結晶の作製は、S
1-x Gex 結晶よりも難しい。まず、C原子のSiや
Geとの固溶度は非常に低いので(熱平衡状態でSi結
晶内には約1017atm.cm-3,Ge結晶内には約108
atm.cm-3)、高組成率(atm.%オーダー)のCを含有
するSi1- x-y Gexy 結晶の作製は、溶融法等の熱
的平衡状態によっては困難である。また、C原子は、結
晶の格子位置のみならず、格子間にも入り込みやすい性
質を持っているので、結晶性が崩れやすい。さらに、C
はSiと選択的に結合する傾向があるので、Si1-x-y
Gexy 結晶内において、結晶性の炭化珪素やアモル
ファス状の炭化珪素に近い構造が生じやすく、その結
果、このような局所的構造によってSi1-x-y Gex
y 結晶の結晶性が悪化しやすい。
As described above, Si 1-xy Ge x C y , which is a group IV crystal containing C, is composed of Si or S
It is a material having properties superior to i 1-x Ge x . However, since C has unique properties as described below, the production of high-quality Si 1-xy Ge x C y crystal, S
Harder than i 1-x Ge x crystals. First, since the solid solubility of C atoms with Si and Ge is very low (in a thermal equilibrium state, about 10 17 atm.cm -3 in Si crystal and about 10 8 in Ge crystal).
Atm.Cm -3), Preparation of Si 1-xy Ge x C y crystal containing C of high composition ratio (atm.% order) is difficult by the thermal equilibrium state, such as melting method. Further, C atoms have a property that they can easily enter not only at the lattice position of the crystal but also between the lattices, so that the crystallinity is easily broken. Furthermore, C
Tend to selectively bond with Si, so that Si 1-xy
In the Ge x C y crystal, a structure close to crystalline silicon carbide or amorphous silicon carbide is likely to be generated. As a result, such a local structure causes Si 1-xy Ge x C
The crystallinity of the y crystal tends to deteriorate.

【0008】そこで、従来より、MBE(Molecular Be
am Epitaxy)法や、CVD(Chemical Vapor Depositi
on)法と呼ばれる方法によって、Si1-x-y Gexy
結晶が作製されてきた。最近では、MBE法が量産に不
向きであるため、CVD法による検討が主流になってき
ている。
Therefore, conventionally, MBE (Molecular Be
am Epitaxy) and CVD (Chemical Vapor Depositi)
on) method, the Si 1-xy Ge x C y
Crystals have been produced. Recently, studies using the CVD method have become mainstream because the MBE method is not suitable for mass production.

【0009】CVD法は、真空容器内でSi基板を加熱
し、その状態で原料ガスを導入し、原料ガスを熱分解す
ることで、基板上に結晶成長を行う方法である。Si
1-x-yGexy 結晶を作製するときは、Si原料とし
てモノシラン(SiH4 )やジシラン(Si26 )等
のシラン系ガス(一般に1種類のガス)と、Ge原料と
してゲルマン(GeH4 )と、C原料としてモノメチル
シラン(SiH3 CH3)やアセチレン(C22 )等
のCを含むガス(一般に1種類のガス)を真空容器内に
同時に供給して作製されている。しかし、このような方
法を使った場合でも、Cのどの組成率においてもCがS
1-x-y Gexy 結晶の格子位置に入るわけではな
く、格子位置に入るCの組成率にはある限界値が存在す
る。この限界値を超えて、CをSi1-x-y Gexy
晶中に混入しようとすると、Si1-x- y Gexy 結晶
の結晶性は著しく低下する。特に、半導体デバイスに応
用が可能な程度の欠陥のない高い結晶性をもつSi
1-x-y Gexy 結晶は、C組成率が約2atm.%程度以
下でなければ実現できないというのが現状である。
The CVD method is a method of heating a Si substrate in a vacuum vessel, introducing a source gas in that state, and thermally decomposing the source gas to grow crystals on the substrate. Si
When making a 1-xy Ge x C y crystal, a Si raw material as monosilane (SiH 4) or disilane (Si 2 H 6) silane gas such as (typically one gas), germane as Ge raw material (GeH 4 ) and a gas containing C (generally, one kind of gas) such as monomethylsilane (SiH 3 CH 3 ) or acetylene (C 2 H 2 ) as a C raw material is simultaneously supplied into a vacuum vessel. However, even when such a method is used, at any composition ratio of C, C becomes S
It does not necessarily enter the lattice position of the i 1-xy Ge x C y crystal, but there is a certain limit value for the composition ratio of C in the lattice position. Beyond this limit, an attempt to incorporation of C in Si 1-xy Ge x C y crystal, crystalline Si 1-xy Ge x C y crystal is significantly reduced. In particular, Si with high defect-free high crystallinity that can be applied to semiconductor devices
1-xy Ge x C y crystal, at present, that C composition ratio can not be realized unless less about 2 atm.%.

【0010】本発明者たちは、C組成率の上限を把握す
るための研究を行ってきており、現在のところ以下のよ
うな事実が明らかになっている。
The present inventors have been conducting research for grasping the upper limit of the C composition ratio, and at present the following facts have been clarified.

【0011】本発明者たちの研究から、Si1-x-y Ge
xy 結晶中で格子位置に入るC組成率の最大値は、G
e組成率に依存して変化することが発明者達の研究によ
って明らかになっている(Kanzawa et al., Appl.phys.
Lett.77,3962(2000))。
From the research of the present inventors, it has been found that Si 1-xy Ge
the maximum value of the C composition ratio entering the grid position x C y in the crystal, G
It has been clarified by the inventors' studies that it changes depending on the e composition ratio (Kanzawa et al., Appl. phys.
Lett. 77, 3962 (2000)).

【0012】図1は、単層のSiGeC結晶中における
格子位置に入るC組成率の最大値(上限)のGe組成率
依存性を示す図である。同図において、横軸はSiGe
C結晶中のGe組成率を表し、縦軸は結晶格子位置に入
れることのできるC組成率の最大値(上限)を表してい
る。このデータは、超高真空化学気相堆積法(UHV−
CVD法)によって、Si基板上に単層のSiGeC結
晶を堆積した場合の結果を示している。原料ガスとし
て、Si26 、GeH4 、SiH3 CH3 を用いた。
また、成長時の基板の温度は、490℃である。この図
から分かるように、例えば、Ge組成率が13atm.%程
度の結晶には、Cは1.9atm.%程度まで格子位置に入
るが、Ge組成率が35atm.%程度の場合には、Cが
0.8atm.%程度しか入れることができないことがわか
る。つまり、Ge組成率が増加すればするほど、C組成
率の上限が低下することを意味している。これは、Ge
原子とC原子との相性の悪さ、つまり両者が互いに排斥
しあうことに原因があると考えられる。さらに、図1の
データを外挿すると、Ge組成率が約50atm.%を越え
ると、結晶の格子位置に入るCの組成率は、ほとんど0
atm.%に近い値になることが予想される。つまり、図1
の結果を得た条件でのCVD法によっては、Ge組成率
が50atm.%を越えるSi1-x-y Gexy 結晶には、
Cを混入することができないことになる。ただし、図1
のデータは、ある条件下におけるものにすぎず、装置や
プロセス条件によっては、組成率が2.5atm.%程度ま
でのCは格子位置にほぼ入ると考えられる。
FIG. 1 is a graph showing the dependency of the maximum value (upper limit) of the C composition ratio at the lattice position in a single-layer SiGeC crystal on the Ge composition ratio. In the figure, the horizontal axis is SiGe
The vertical axis represents the maximum value (upper limit) of the C composition ratio that can be placed in the crystal lattice position. This data is based on the ultra-high vacuum chemical vapor deposition (UHV-
This shows the result when a single-layer SiGeC crystal is deposited on a Si substrate by a CVD method. Si 2 H 6 , GeH 4 , and SiH 3 CH 3 were used as source gases.
The temperature of the substrate during growth is 490 ° C. As can be seen from this figure, for example, in a crystal having a Ge composition ratio of about 13 atm.%, C enters the lattice position up to about 1.9 atm.%, But when the Ge composition rate is about 35 atm.%, It can be seen that C can be contained only at about 0.8 atm.%. That is, it means that the higher the Ge composition ratio, the lower the upper limit of the C composition ratio. This is Ge
This is considered to be due to the incompatibility between the atom and the C atom, that is, the mutual exclusion of the two. Further, extrapolating the data of FIG. 1, when the Ge composition ratio exceeds about 50 atm.%, The C composition ratio in the lattice position of the crystal becomes almost 0%.
It is expected to be close to atm.%. That is, FIG.
By the CVD method under the conditions to obtain a result of the Si 1-xy Ge x C y crystal Ge composition ratio exceeds 50 atm.%,
C cannot be mixed. However, FIG.
Is only under a certain condition, and it is considered that C having a composition ratio of up to about 2.5 atm.% Almost enters the lattice position depending on the apparatus and process conditions.

【0013】本発明の目的は、結晶性が高く,かつ,C
組成率の大きいSiGeC層として機能する半導体結晶
膜,その製造方法,半導体結晶膜を備えた半導体装置及
びその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a high crystallinity and C
An object of the present invention is to provide a semiconductor crystal film functioning as a SiGeC layer having a high composition ratio, a method of manufacturing the same, a semiconductor device having the semiconductor crystal film, and a method of manufacturing the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体結晶膜
は、互いに相異なる組成を有する複数の半導体層を複数
回交互に積層して構成され、単一のSiGeC層として
機能する多層膜からなる半導体結晶膜であって、上記複
数の半導体層は、Si1-x1-y1 Gex1y1層(0≦x1
<1,0<y1≦1)と、Si1-x2-y2 Gex2y2
(0<x2≦1,0≦y2<1)(x1<x2,y1>
y2、x1とy2とは同時には0にならない)と少なく
とも含んでいる。
The semiconductor crystal film of the present invention is constituted by alternately laminating a plurality of semiconductor layers having mutually different compositions a plurality of times, and comprises a multilayer film functioning as a single SiGeC layer. In the semiconductor crystal film, the plurality of semiconductor layers are Si 1-x1-y1 Ge x1 Cy 1 layers (0 ≦ x1
<1, 0 <y1 ≦ 1) and a Si 1-x2-y2 Ge x2 Cy2 layer (0 <x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 <1) (x1 <x2, y1>)
y2, x1 and y2 do not become 0 at the same time).

【0015】これにより、単層のSiGeC層を形成す
る場合よりも、高い組成率のGeにおいて高い組成率の
Cを格子位置に入れながら含ませることが可能になる。
したがって、Cの添加による歪みの調整が可能になり、
高い組成率のGeを含むSiGeC層として機能する多
層膜が得られる。すなわち、Si層と多層膜との大きな
バンドギャップ差を利用した高機能のトランジスタなど
の半導体装置の形成が可能になる。
This makes it possible to include C having a high composition ratio in a lattice position in Ge having a high composition ratio as compared with the case of forming a single-layer SiGeC layer.
Therefore, the distortion can be adjusted by adding C,
A multilayer film functioning as a SiGeC layer containing Ge with a high composition ratio is obtained. That is, a semiconductor device such as a high-performance transistor utilizing a large band gap difference between the Si layer and the multilayer film can be formed.

【0016】上記多層膜中の各半導体層は、離散した量
子化準位が生じる厚みより薄いことにより、多層膜の単
一のSiGeC層としての機能が容易に得られる。
Since each semiconductor layer in the multilayer film is thinner than a thickness at which discrete quantization levels are generated, the function as a single SiGeC layer of the multilayer film can be easily obtained.

【0017】上記Si1-x1-y1 Gex1y1層がSiGe
C層である場合には、上記Si1-x2 -y2 Gex2y2
は、SiGe層又はSiGeC層であってもよい。
The Si 1-x1-y1 Ge x1 C y1 layer is made of SiGe
When a C layer, said Si 1-x2 -y2 Ge x2 C y2 layer may be a SiGe layer or the SiGeC layer.

【0018】上記Si1-x1-y1 Gex1y1層がSiC層
である場合には、上記Si1-x2-y2Gex2y2層はSi
GeC層である。
When the Si 1-x1-y1 Ge x1 C y1 layer is a SiC layer, the Si 1-x2-y2 Ge x2 C y2 layer is Si
It is a GeC layer.

【0019】上記多層膜は、単層のSiGeC層におけ
る装置,プロセス条件で定まるあるGe組成率における
C組成率の上限よりも多いCを含むことができる。
The multilayer film can contain more C than the upper limit of the C composition ratio at a certain Ge composition ratio determined by the device and process conditions in the single-layer SiGeC layer.

【0020】上記Si1-x1-y1 Gex1y1層及び上記S
1-x2-y2 Gex2y2層の厚みは、いずれも3nm以下
であることが好ましい。
The Si 1-x1-y1 Ge x1 Cy 1 layer and the S
The thickness of the i 1-x2-y2 Ge x2 C y2 layers, are all preferably 3nm or less.

【0021】上記Si1-x1-y1 Gex1y1層及び上記S
1-x2-y2 Gex2y2層の厚みは、いずれも1.5nm
以下であることがより好ましい。
The Si 1-x1-y1 Ge x1 C y1 layer and the S
The thickness of the i 1-x2-y2 Ge x2 C y2 layers are all 1.5nm
It is more preferred that:

【0022】上記多層膜は、Ge組成率が30atm.%以
上で、C組成率が1.2atm.%以上の組成を有するSi
GeC層として機能することができる。
The multilayer film has a Si composition having a Ge composition ratio of 30 atm.% Or more and a C composition ratio of 1.2 atm.% Or more.
It can function as a GeC layer.

【0023】本発明の半導体装置は、少なくともSiを
含む下地半導体層と、上記下地半導体層の上に形成さ
れ、互いに相異なる組成を有する複数の半導体層を複数
回交互に積層して構成され、単一のSiGeC層として
機能する活性領域となる多層膜とを備えている半導体装
置であって、上記多層膜は、Si1-x1-y1 Gex1y1
(0≦x1<1,0<y1≦1)と、Si1-x2-y2 Ge
x2y2層(0<x2≦1,0≦y2<1)(x1<x
2,y1>y2、x1とy2とは同時には0にならな
い)とを少なくとも含んでいる。
The semiconductor device according to the present invention is constituted by alternately laminating a base semiconductor layer containing at least Si and a plurality of semiconductor layers formed on the base semiconductor layer and having mutually different compositions a plurality of times, A multi-layer film serving as an active region functioning as a single SiGeC layer, wherein the multi-layer film is a Si 1-x1-y1 Ge x1 Cy 1 layer (0 ≦ x1 <1,0 < y1 ≦ 1) and Si 1-x2-y2 Ge
x2 C y2 layer (0 <x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 <1) (x1 <x
2, y1> y2, and x1 and y2 do not become 0 at the same time).

【0024】これにより、単層のSiGeC層を形成す
る場合よりも、高い組成率のGeにおいて高い組成率の
Cを格子位置に入れながら含ませることが可能になる。
したがって、Cの添加による歪みの調整が可能になり、
高い組成率のGeを含むSiGeC層として機能する多
層膜が得られる。すなわち、Si層と多層膜との大きな
バンドギャップ差を利用した高機能のトランジスタなど
の半導体装置が得られる。
This makes it possible to include C having a high composition ratio in a lattice position in Ge having a high composition ratio as compared with the case of forming a single-layer SiGeC layer.
Therefore, the distortion can be adjusted by adding C,
A multilayer film functioning as a SiGeC layer containing Ge with a high composition ratio is obtained. That is, a semiconductor device such as a high-performance transistor utilizing a large band gap difference between the Si layer and the multilayer film can be obtained.

【0025】上記多層膜中の各半導体層は、離散した量
子化準位が生じる厚みより薄いことにより、単一のSi
GeC層としての機能を有する多層膜を活性領域とする
半導体装置が容易に得られる。
Each semiconductor layer in the above multilayer film is thinner than a thickness at which discrete quantization levels are generated, so that a single Si layer is formed.
A semiconductor device having a multilayer film having a function as a GeC layer as an active region can be easily obtained.

【0026】上記Si1-x1-y1 Gex1y1層及び上記S
1-x2-y2 Gex2y2層の厚みは、いずれも3nm以下
であることが好ましい。
The Si 1-x1-y1 Ge x1 C y1 layer and the S
The thickness of the i 1-x2-y2 Ge x2 C y2 layers, are all preferably 3nm or less.

【0027】上記Si1-x1-y1 Gex1y1層及び上記S
1-x2-y2 Gex2y2層の厚みは、いずれも1.5nm
以下であることがより好ましい。
The Si 1-x1-y1 Ge x1 C y1 layer and the S 1
The thickness of the i 1-x2-y2 Ge x2 C y2 layers are all 1.5nm
It is more preferred that:

【0028】上記多層膜は、Ge組成率が30atm.%以
上で、C組成率が1.2atm.%以上の組成を有するSi
GeC層として機能することができる。
The multilayer film has a Si composition having a Ge composition ratio of 30 atm.% Or more and a C composition ratio of 1.2 atm.% Or more.
It can function as a GeC layer.

【0029】本発明の半導体装置は、上記多層膜がチャ
ネルとして機能するMISFETや、上記多層膜がベー
ス層として機能するバイポーラトランジスタとすること
ができる。
The semiconductor device of the present invention can be a MISFET in which the above-mentioned multilayer film functions as a channel or a bipolar transistor in which the above-mentioned multilayer film functions as a base layer.

【0030】本発明の半導体結晶膜の製造方法は、互い
に相異なる組成を有する複数の半導体層を複数回交互に
積層して構成され、単一のSiGeC層として機能する
多層膜からなる半導体結晶膜の製造方法であって、下地
半導体層の上に、Si1-x1-y 1 Gex1y1層(0≦x1
<1,0<y1≦1)と、Si1-x2-y2 Gex2y2
(0<x2≦1,0≦y2<1)(x1<x2,y1>
y2、x1とy2とは同時には0にならない)とのうち
いずれか一方の半導体層をエピタキシャル成長させる工
程(a)と、上記一方の半導体層の上に、上記Si
1-x1-y1 Gex1y1層と上記Si1-x2-y2 Gex2y2
とのうちの他方をエピタキシャル成長させる工程(b)
と複数回含んでいる。
According to the method of manufacturing a semiconductor crystal film of the present invention, a plurality of semiconductor layers having mutually different compositions are alternately laminated a plurality of times, and the semiconductor crystal film comprises a multilayer film functioning as a single SiGeC layer. The method of claim 1 , wherein a Si 1-x1-y 1 Ge x1 Cy 1 layer (0 ≦ x1
<1,0 <y1 ≦ 1) and a Si 1-x2-y2 Ge x2 Cy2 layer (0 <x2 ≦ 1,0 ≦ y2 <1) (x1 <x2, y1>)
ya, x1 and y2 do not simultaneously become 0), and (a) epitaxially growing one of the semiconductor layers; and forming the Si layer on the one semiconductor layer.
Step (b) of epitaxially growing the other of the 1-x1-y1 Ge x1 C y1 layer and the Si 1-x2-y2 Ge x2 C y2 layer
And contains multiple times.

【0031】この方法により、上述の機能を有する多層
膜である半導体結晶膜が容易に形成されることになる。
According to this method, a semiconductor crystal film which is a multilayer film having the above-described functions can be easily formed.

【0032】上記工程(a)及び(b)では、上記多層
膜中の各半導体層を、離散した量子化準位が生じる厚み
より薄くエピタキシャル成長させることが好ましい。
In the steps (a) and (b), it is preferable that each semiconductor layer in the multilayer film is epitaxially grown to be thinner than a thickness at which discrete quantized levels are generated.

【0033】上記工程(a)及び(b)では、上記多層
膜中の各半導体層のうち少なくとも1つの半導体層を
1.5nmを越える厚みでエピタキシャル成長させお
き、上記多層膜を熱処理する工程をさらに含むことによ
り、多層膜の堆積時には多層膜中のいずれかの半導体層
が離散的な量子化準位を生じさせる厚みであっても、熱
処理によって多層膜全体を単一のSiGeC層として機
能させることができる。
In the steps (a) and (b), at least one of the semiconductor layers in the multilayer film is epitaxially grown to a thickness exceeding 1.5 nm, and the step of heat-treating the multilayer film is further performed. By including, even when one of the semiconductor layers in the multilayer film has a thickness that causes discrete quantization levels during the deposition of the multilayer film, the entire multilayer film can function as a single SiGeC layer by heat treatment. Can be.

【0034】上記工程(a)及び(b)のうちSi,G
e及びCを含む半導体層をエピタキシャル成長させる工
程では、ジシランガスもしくはモノシランガスと、ゲル
マンガスと、モノメチルシランガスを熱分解することが
好ましい。
In the above steps (a) and (b), Si, G
In the step of epitaxially growing a semiconductor layer containing e and C, it is preferable to thermally decompose a disilane gas or a monosilane gas, a germane gas, and a monomethylsilane gas.

【0035】本発明の半導体装置の製造方法は、少なく
ともSiを含む下地半導体層と、上記下地半導体層の上
に形成され、互いに相異なる組成を有する複数の半導体
層を複数回交互に積層して構成され、単一のSiGeC
層として機能する活性領域となる多層膜とを備えている
半導体装置の製造方法であって、下地半導体層の上に、
Si1-x1-y1 Gex1y1層(0≦x1<1,0<y1≦
1)と、Si1-x2-y2Gex2y2層(0<x2≦1,0
≦y2<1)(x1<x2,y1>y2、x1とy2と
は同時には0にならない)とのうちいずれか一方の半導
体層をエピタキシャル成長させる工程(a)と、上記一
方の半導体層の上に、上記Si1-x1-y1Gex1y1層と
上記Si1-x2-y2 Gex2y2層とのうちの他方をエピタ
キシャル成長させる工程(b)と複数回含んでいる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, an underlying semiconductor layer containing at least Si and a plurality of semiconductor layers formed on the underlying semiconductor layer and having mutually different compositions are alternately laminated a plurality of times. Composed of a single SiGeC
A method for manufacturing a semiconductor device comprising a multilayer film serving as an active region functioning as a layer,
Si 1-x1-y1 Ge x1 C y1 layer (0 ≦ x1 <1, 0 <y1 ≦
1) and a Si 1-x2-y2 Ge x2 C y2 layer (0 <x2 ≦ 1,0
.Ltoreq.y2 <1) (x1 <x2, y1> y2, x1 and y2 do not simultaneously become 0), and (a) epitaxially growing one of the semiconductor layers; And a step (b) of epitaxially growing the other of the Si 1-x1-y1 Ge x1 Cy 1 layer and the Si 1-x2-y2 Ge x2 Cy 2 layer.

【0036】この方法により、上述の機能を有する多層
膜である半導体結晶膜を活性領域として備えた半導体装
置が容易に形成されることになる。
According to this method, a semiconductor device having a semiconductor crystal film, which is a multilayer film having the above functions, as an active region can be easily formed.

【0037】上記工程(a)及び(b)では、上記多層
膜中の各半導体層を、離散した量子化準位が生じる厚み
より薄くエピタキシャル成長させることが好ましい。
In the steps (a) and (b), it is preferable that each semiconductor layer in the multilayer film is epitaxially grown thinner than a thickness at which discrete quantized levels are generated.

【0038】上記工程(a)及び(b)では、上記多層
膜中の各半導体層のうち少なくとも1つの半導体層を
1.5nmを越える厚みでエピタキシャル成長させお
き、上記多層膜を熱処理する工程をさらに含むことによ
り、多層膜の堆積時には多層膜中のいずれかの半導体層
が離散的な量子化準位を生じさせる厚みであっても、熱
処理によって多層膜全体を単一のSiGeC層として機
能させることができる。
In the steps (a) and (b), at least one of the semiconductor layers in the multilayer film is epitaxially grown to a thickness exceeding 1.5 nm, and a step of heat-treating the multilayer film is further performed. By including, even when one of the semiconductor layers in the multilayer film has a thickness that causes discrete quantization levels during the deposition of the multilayer film, the entire multilayer film can function as a single SiGeC layer by heat treatment. Can be.

【0039】上記工程(a)及び(b)のうちSi,G
e及びCを含む半導体層をエピタキシャル成長させる工
程では、ジシランガスもしくはモノシランガスと、ゲル
マンガスと、モノメチルシランガスを熱分解することが
好ましい。
In the above steps (a) and (b), Si, G
In the step of epitaxially growing a semiconductor layer containing e and C, it is preferable to thermally decompose a disilane gas or a monosilane gas, a germane gas, and a monomethylsilane gas.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)図2は、第1
の実施形態に係る多層膜(半導体結晶膜)の構造を概略
的に示す断面図である。本実施形態においては、Si基
板11上に、Si結晶よりも格子定数が大きい厚み約1
nmのSi0.2 Ge0.8 層12と、厚み約1nmのSi
0. 785 Ge0.20.015 層13とを交互に複数回(本実
施形態では、50周期)堆積してなる,厚み約100n
mのSiGeC層として機能する多層膜10A(半導体
結晶膜)が形成されている。本実施形態の多層膜10A
は、離散的な量子化準位がほとんどない超格子構造と考
えられる。以下、多層膜10Aの形成方法について説明
する。図3(a)〜(e)は、本発明の第1の実施形態
における半導体結晶膜の製造工程を示す断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIG.
It is sectional drawing which shows schematically the structure of the multilayer film (semiconductor crystal film) which concerns on embodiment. In the present embodiment, on the Si substrate 11, a thickness of about 1 having a larger lattice constant than that of the Si crystal is used.
nm of Si 0.2 Ge 0.8 layer 12 and about 1 nm thick Si
A thickness of about 100 n is formed by alternately depositing a 0.785 Ge 0.2 C 0.015 layer 13 a plurality of times (50 periods in the present embodiment).
A multilayer film 10A (semiconductor crystal film) functioning as a m-SiGeC layer is formed. Multilayer film 10A of the present embodiment
Is considered to be a superlattice structure with few discrete quantization levels. Hereinafter, a method for forming the multilayer film 10A will be described. FIGS. 3A to 3E are cross-sectional views illustrating steps of manufacturing a semiconductor crystal film according to the first embodiment of the present invention.

【0041】Si0.2 Ge0.8 層12とSi0.785 Ge
0.20.015 層13との堆積には、本実施形態において
は、UHV−CVD法を用いる。一般に、UHV−CV
D法によって基板の上に結晶をエピタキシャル成長させ
る場合、基板の前処理が非常に重要である。そこで、ま
ず、このSi基板11の前処理について説明する。
The Si 0.2 Ge 0.8 layer 12 and the Si 0.785 Ge
In this embodiment, the UHV-CVD method is used for the deposition with the 0.2 C 0.015 layer 13. Generally, UHV-CV
When a crystal is epitaxially grown on a substrate by the D method, pretreatment of the substrate is very important. Therefore, the pretreatment of the Si substrate 11 will be described first.

【0042】まず、図3(a)に示す工程で、前洗浄さ
れたSi基板11を準備する。Si基板11の前処理に
おいて、Si基板11は、硫酸−過酸化水素水混合溶液
によって洗浄され、Si基板11の表面上の有機物,金
属汚染物質が除去される。次に、Si基板11は、アン
モニア−過酸化水素水溶液によって洗浄され、Si基板
11表面上の付着物が除去される。さらに、フッ酸溶液
を用いた洗浄によって、Si基板11の表面上の自然酸
化膜が除去される。このとき、Si基板11の表面上の
自然酸化膜中の酸化膜以外の異物も除去される。
First, in the step shown in FIG. 3A, a pre-cleaned Si substrate 11 is prepared. In the pretreatment of the Si substrate 11, the Si substrate 11 is washed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide to remove organic substances and metal contaminants on the surface of the Si substrate 11. Next, the Si substrate 11 is washed with an ammonia-hydrogen peroxide aqueous solution to remove deposits on the surface of the Si substrate 11. Further, the natural oxide film on the surface of the Si substrate 11 is removed by cleaning using a hydrofluoric acid solution. At this time, foreign substances other than the oxide film in the natural oxide film on the surface of the Si substrate 11 are also removed.

【0043】次に、図3(b)に示す工程で、Si基板
11は、再びアンモニア−過酸化水素水溶液中に浸され
て、Si基板11の表面に薄い保護酸化膜21が形成さ
れる。この保護酸化膜21は比較的均一な厚みでSi基
板11上を覆っているので、Si基板11のSi原子に
酸化膜以外の異物が付着するのを防止する機能を有す
る。したがって、保護酸化膜21により、エピタキシャ
ル成長前に、Si基板11の清浄な表面を露出させるの
を円滑化することができる。
Next, in the step shown in FIG. 3B, the Si substrate 11 is immersed again in an ammonia-hydrogen peroxide aqueous solution, and a thin protective oxide film 21 is formed on the surface of the Si substrate 11. Since the protective oxide film 21 covers the Si substrate 11 with a relatively uniform thickness, the protective oxide film 21 has a function of preventing foreign substances other than the oxide film from adhering to Si atoms of the Si substrate 11. Therefore, the protection oxide film 21 can facilitate exposing a clean surface of the Si substrate 11 before epitaxial growth.

【0044】次に、図3(c)に示す工程で、前処理さ
れたSi基板11は、結晶成長装置のチャンバ(図示せ
ず)内に導入される。そして、一旦、チャンバ内は2×
10 -9Torr(≒2.7×10-7Pa)程度まで真空引き
され、水素ガス雰囲気中でSi基板11が850℃の温
度に加熱され。これにより、Si基板11の表面上に形
成された保護酸化膜が除去し、Si基板11の清浄な表
面が露出する。
Next, in the step shown in FIG.
The Si substrate 11 is placed in a chamber (not shown) of a crystal growth apparatus.
Zu). And once inside the chamber is 2 ×
10 -9Torr (≒ 2.7 × 10-7Vacuum to about Pa)
And the Si substrate 11 is heated to 850 ° C. in a hydrogen gas atmosphere.
Heated every time. Thereby, the shape is formed on the surface of the Si substrate 11.
The formed protective oxide film is removed and a clean surface of the Si substrate 11 is removed.
The surface is exposed.

【0045】次に、Si基板11の温度を490℃程度
まで低下させてチャンバ内に原料ガスを導入し、結晶成
長を開始する。本実施形態においては、まず、Si基板
11の上に、公知の方法によって十分成長可能な組成で
あるSi0.2 Ge0.8 層12がエピタキシャル成長され
る。その際、チャンバ内において、Si26 ガスの分
圧が約7×10-5Torr(≒9.3×10-3Pa)で、G
eH4 ガスの分圧が約2.8×10-3Torr(≒0.37
Pa)になるように、各ガスの流量が調整される。そし
て、5sec 程度の間、このプロセスが行なわれることに
よって、厚み1nmのSi0.2 Ge0.8 層12が形成さ
れる。
Next, the temperature of the Si substrate 11 is lowered to about 490 ° C., a source gas is introduced into the chamber, and crystal growth is started. In the present embodiment, first, a Si 0.2 Ge 0.8 layer 12 having a composition that can be sufficiently grown is epitaxially grown on a Si substrate 11 by a known method. At this time, in the chamber, the partial pressure of the Si 2 H 6 gas is about 7 × 10 −5 Torr (≒ 9.3 × 10 −3 Pa), and G
The partial pressure of eH 4 gas is about 2.8 × 10 −3 Torr (≒ 0.37
Pa), the flow rate of each gas is adjusted. By performing this process for about 5 seconds, a 1-nm-thick Si 0.2 Ge 0.8 layer 12 is formed.

【0046】次に、図3(d)に示す工程で、Si0.2
Ge0.8 層12の上に、公知の方法によって十分成長可
能な組成であるSi0.785 Ge0.20.015 層13のエ
ピタキシャル成長が行なわれる。その際、チャンバ内に
おいて、Si26 ガスの分圧が約7×10-5Torr(≒
9.3×10-3Pa)で、GeH4 ガスの分圧が約1.
7×10-4Torr(≒2.7Pa)に、SiH3 CH3
スの分圧が約1.3×10-5Torr(≒1.7×10-2
a)になるように、各原料ガスの流量が調整される。そ
して、17sec 程度の間、このプロセスが行なわれるこ
とによって、厚み1nmのSi0.785 Ge0.20.015
層13が形成される。
Next, in the step shown in FIG. 3 (d), Si 0.2
On the Ge 0.8 layer 12, an epitaxial growth of the Si 0.785 Ge 0.2 C 0.015 layer 13 having a composition which can be sufficiently grown is performed by a known method. At this time, in the chamber, the partial pressure of the Si 2 H 6 gas is about 7 × 10 −5 Torr (≒
9.3 × 10 −3 Pa) and the partial pressure of GeH 4 gas is about 1.
When the partial pressure of the SiH 3 CH 3 gas is about 1.3 × 10 −5 Torr (≒ 1.7 × 10 −2 P) at 7 × 10 −4 Torr (≒ 2.7 Pa).
The flow rate of each raw material gas is adjusted so as to become a). By performing this process for about 17 seconds, a 1 nm thick Si 0.785 Ge 0.2 C 0.015
Layer 13 is formed.

【0047】次に、図3(e)に示す工程で、図3
(c),(d)における条件と同じ条件により、Si
0.2 Ge0.8 層12のエピタキシャル成長と、Si
0.785 Ge0.20.015 層13のエピタキシャル成長と
が交互に繰り返されて、Si0.2 Ge0. 8 /Si0.785
Ge0.20.015 積層構造を1周期とする,超格子構造
である多層膜10Aが形成される。本実施形態において
は、例えば50周期のSi0.2 Ge0.8 /Si0.785
0.20.015 積層構造からなる多層膜10Aが形成さ
れる。
Next, in the step shown in FIG.
Under the same conditions as in (c) and (d), Si
Epitaxial growth of 0.2 Ge 0.8 layer 12 and Si
0.785 Ge and a 0.2 C 0.015 layer 13 epitaxially grown alternately repeated, Si 0.2 Ge 0. 8 / Si 0.785
A multilayer film 10A having a superlattice structure having a Ge 0.2 C 0.015 stacked structure as one cycle is formed. In the present embodiment, for example, 50 cycles of Si 0.2 Ge 0.8 / Si 0.785 G
A multilayer film 10A having a laminated structure of e 0.2 C 0.015 is formed.

【0048】このような積層構造を採ることにより、以
下の利点が得られる。超格子構造に関する過去の文献
(Semiconductor and Semimetals Vol.24(ACADEMIC PR
ESS, INC)p.29 Volume Editor RAYMOND DINGLE )によ
れば、超格子構造では、それを形成する各層の膜厚が
1.5nm以下になると、離散的な量子化準位がなくな
り、一つの結晶として機能することが示されている。し
たがって、本実施形態のように、Si0.2 Ge0.8 層1
2と、Si0.785 Ge0.20.015 層13との膜厚がい
ずれも1nmであることによって、Si0.4925Ge0.5
0.0075層として機能する多層膜10Aが得られる。つ
まり、多層膜10Aの組成は、Si0.2 Ge 0.8 層12
と、Si0.785 Ge0.20.015 層13とのSi,Ge
およびCの各組成率の平均値であるSi0.4925Ge0.5
0.0075となる。
By adopting such a laminated structure,
The following advantages are obtained. Past literature on superlattice structures
(Semiconductor and Semimetals Vol.24 (ACADEMIC PR
ESS, INC) p.29 Volume Editor RAYMOND DINGLE)
In the superlattice structure, the thickness of each layer forming the superlattice structure is
At 1.5 nm or less, there are no discrete quantization levels.
It is shown to function as one crystal. I
Therefore, as in the present embodiment, Si0.2 Ge0.8 Layer 1
2 and Si0.785 Ge0.2 C0.015 Thickness of layer 13
Since the shift is also 1 nm, Si0.4925Ge0.5 
C0.0075A multilayer film 10A functioning as a layer is obtained. One
That is, the composition of the multilayer film 10A is Si0.2 Ge 0.8 Layer 12
And Si0.785 Ge0.2 C0.015 Si, Ge with layer 13
Which is the average value of the respective composition ratios of C and C0.4925Ge0.5 
C0.0075Becomes

【0049】このように、本実施形態の多層膜10Aに
おけるGe組成率は、図1に示す限界である35atm.%
を越えた50atm.%である。上述したように、単層のS
iGeC層によっては、Geを50atm.%程度含有する
SiGeC結晶には、格子位置にCがほとんど入らない
が、本発明によれば、0.75atm.%程度のCを含有す
るGe組成率50atm.%の結晶を作製することが可能と
なった。
As described above, the Ge composition ratio in the multilayer film 10A of the present embodiment is 35 atm.%, Which is the limit shown in FIG.
Is 50 atm. As described above, a single layer of S
Depending on the iGeC layer, almost no C enters the lattice position in the SiGeC crystal containing about 50 atm.% of Ge, but according to the present invention, the Ge composition ratio of 50 atm. % Of crystals can be produced.

【0050】次に、本発明の考え方について説明する。
図1に示すように、単結晶として作成可能なC組成率の
上限値のGe組成率依存性をみると、Ge含有率が高く
なるほどこの上限値が低下する傾向が顕著である。そこ
で、本発明では、Ge含有率が比較的低い組成のSiG
e層にできるだけ多くのCを含ませ、Ge組成率が比較
的高いSiGe層にできるだけ少ないCを含ませるか又
はCを含ませずに、これらの複数の層を積層することに
より、単層Si1-x-y Gexy 結晶では作製が困難な
領域の組成を持つ多層膜(半導体結晶膜)を作製するこ
とが可能となったのである。
Next, the concept of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, looking at the dependency of the upper limit value of the C composition ratio that can be formed as a single crystal on the Ge composition ratio, the higher the Ge content ratio, the lower the upper limit value is. Therefore, in the present invention, SiG having a relatively low Ge content is used.
The e-layer contains as much C as possible, and the SiGe layer having a relatively high Ge composition ratio contains as little C as possible or does not contain C. in 1-xy Ge x C y crystal is became possible to produce a multilayer film (semiconductor crystal film) having a composition difficult areas produced.

【0051】ただし、Si0.2 Ge0.8 層12と、Si
0.785 Ge0.20.015 層13との厚みの比は、1:1
に限定されるものではなく、両者の厚み比は任意の値を
採ることが可能である。
However, the Si 0.2 Ge 0.8 layer 12 and the Si 0.2 Ge 0.8 layer 12
0.785 Ge 0.2 C 0.015 The thickness ratio with the layer 13 is 1: 1.
However, the thickness ratio between the two can be any value.

【0052】図4は、第1の実施形態の変形例に係る多
層膜の構造を概略的に示す断面図である。本変形例にお
いては、Si基板11上に、厚み約1nmのSi0.2
0. 8 層12と、厚み約1.5nmのSi0.785 Ge
0.20.015 層13とを交互に複数回(本変形例では、
40周期)堆積してなる,厚み約100nmのSiGe
C層として機能する多層膜10B(半導体結晶膜)が形
成されている。この変形例の多層膜10Bの作製手順
は、基本的は第1の実施形態の作製手順と変わらないの
で、説明を省略する。
FIG. 4 is a sectional view schematically showing the structure of a multilayer film according to a modification of the first embodiment. In this modification, an Si 0.2 G layer having a thickness of about 1 nm
and e 0. 8 layers 12, having a thickness of about 1.5 nm Si 0.785 Ge
0.2 C 0.015 layer 13 alternately multiple times (in this modification,
40 cycles) SiGe deposited about 100 nm thick
A multilayer film 10B (semiconductor crystal film) functioning as a C layer is formed. The procedure for fabricating the multilayer film 10B of this modification is basically the same as the procedure for fabricating the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0053】図5は、従来の単層のSiGeC層によっ
て単結晶が形成可能な組成範囲と、本発明によって形成
可能なSiGeC層として機能する多層膜の組成範囲と
を示す図である。同図に示すように、Si0.2 Ge0.8
層12とSi0.785 Ge0.20.015 層13とを交互に
積層した場合、Si0.2 Ge0.8 層12とSi0.785
0.20.015 層13との厚みの比に応じて、直線L1
上のいずれかの点における組成率を有するSiGeC層
として機能する多層膜が得られる。例えば、Si0.2
0.8 層12とSi0.785 Ge0.20.015 層13との
厚みの比を1:1とすると図5に示す点P11における
組成を有するSiGeC層として機能する多層膜10A
(第1の実施形態)が得られ、Si0.2 Ge0.8 層12
とSi0. 785 Ge0.20.015 層13との厚みの比を
1:1.5とすると図5に示す点P15における組成を
有するSiGeC層として機能する多層膜10B(第1
の実施形態の変形例)が得られる。
FIG. 5 is a diagram showing a composition range in which a single crystal can be formed by a conventional single-layer SiGeC layer, and a composition range of a multilayer film functioning as a SiGeC layer which can be formed by the present invention. As shown in the figure, Si 0.2 Ge 0.8
When the layer 12 and the Si 0.785 Ge 0.2 C 0.015 layer 13 are alternately laminated, the Si 0.2 Ge 0.8 layer 12 and the Si 0.785 G
e 0.2 C 0.015 In accordance with the thickness ratio with the layer 13, a straight line L1
A multilayer film functioning as a SiGeC layer having a composition ratio in any of the above points is obtained. For example, Si 0.2 G
Assuming that the thickness ratio between the e 0.8 layer 12 and the Si 0.785 Ge 0.2 C 0.015 layer 13 is 1: 1, the multilayer film 10A functioning as a SiGeC layer having the composition at the point P11 shown in FIG.
(First embodiment) is obtained, Si 0.2 Ge 0.8 layer 12
The ratio of the thickness of the Si 0. 785 Ge 0.2 C 0.015 layer 13 and 1: multilayered film 10B (first functioning as SiGeC layer having a composition in P15 points shown in FIG. 5 When 1.5
Modification of the embodiment) is obtained.

【0054】そして、例えばSi0.965 Ge0.01
0.025 層のようにGe組成率が極めて小さい組成を有す
るSi1-x1-y1 Gex1y1層(0≦x1<1,0<y1
<1)と、Si0.01Ge0.99層のようにほぼGe層に近
い組成を有するSi1-x2-y2 Ge x2y2層(0<x2≦
1,0≦y2<1)(x1<x2,y1>y2、x1と
y2とは同時には0にならない)とを積層した場合、両
者の厚みの比率に応じて、図5に示す直線L2上のいず
れかの点で表される組成を有するSiGeC層として機
能する多層膜が得られることになる。つまり、本発明に
より、C原子が格子位置に入った状態でSiGeC層と
して機能しうる範囲が図5に示す領域R2のように拡大
したことになる。ただし、単層のSiGeC層又はSi
C層におけるC原子が格子位置に入った状態でのC組成
率の上限は、上述のように図1に示す上限よりも多く、
約2.5atm.%程度と考えられる。それに対し、1.5
nm以下の膜厚を有するSi0.965 Ge0.010.025
においては、2.5atm.%より高いC組成率においても
C原子が格子位置に入りうると考えられる。したがっ
て、図5の破線L3に示すように、本発明によってC組
成率が2.5atm.%を越えるSiGeC層として機能す
る多層膜の形成も可能であると考えられる。
Then, for example, Si0.965 Ge0.01C
0.025 It has a composition with an extremely small Ge composition like a layer
Si1-x1-y1 Gex1Cy1Layer (0 ≦ x1 <1, 0 <y1
<1) and Si0.01Ge0.99Almost as close to Ge layer as layer
Si with high composition1-x2-y2 Ge x2Cy2Layer (0 <x2 ≦
1,0 ≦ y2 <1) (x1 <x2, y1> y2, x1
and y2 do not become 0 at the same time).
In accordance with the ratio of the thickness of the person on the straight line L2 shown in FIG.
As a SiGeC layer having a composition expressed by these points,
A functional multilayer film is obtained. That is, in the present invention
With the C atoms in the lattice position, the SiGeC layer
The range that can function as an enlarged area like the region R2 shown in FIG.
It will be done. However, a single SiGeC layer or Si
C composition in a state where C atoms in the C layer enter lattice positions
The upper limit of the rate is greater than the upper limit shown in FIG.
It is considered to be about 2.5 atm.%. In contrast, 1.5
Si with a thickness of less than nm0.965 Ge0.01C0.025 layer
In the case of C composition ratio higher than 2.5 atm.
It is believed that C atoms can enter lattice positions. Accordingly
As shown by the broken line L3 in FIG.
Functions as a SiGeC layer with a growth rate exceeding 2.5 atm.%
It is considered that a multilayer film can be formed.

【0055】なお、Si1-x1-y1 Gex1y1層(0≦x
1<1,0<y1≦1)と、Si1- x2-y2 Gex2y2
(0<x2≦1,0≦y2<1)(x1<x2,y1>
y2、x1とy2とは同時には0にならない)とを積層
する場合、いずれが最下層にあり、いずれか最上層にあ
ってもよい。
The Si 1-x1-y1 Ge x1 C y1 layer (0 ≦ x
1 <1, 0 <y1 ≦ 1) and a Si 1- x2-y2 Ge x2 Cy2 layer (0 <x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 <1) (x1 <x2, y1>)
y2, x1 and y2 do not become 0 at the same time), which may be in the lowermost layer and may be in any of the uppermost layers.

【0056】なお、Si1-yy 層(以下、SiCとも
いう)とSiGe層とを積層してSiGeC層として機
能する多層膜を形成することも可能である。しかし、相
異なる組成を有する2つの層を積層する場合、本発明の
ごとく、一方の層を必ずSiGeC層にすることによ
り、以下の利点が得られる。すなわち、SiC層とSi
Ge層との多層膜においては、格子定数の大きく異なる
結晶層が交互に堆積されているため、欠陥が発生しやす
い。すなわち、SiC層は、Siよりも小さい格子定数
を有するので、Siの上にエピタキシャルに成長された
SiC層は引っ張り歪みを受ける。一方、SiGe層は
Siよりも大きい格子定数を有するので、Si基板の上
にエピタキシャル成長されたSiGe層は圧縮歪みを受
けることになる。まして、SiC層の上にエピタキシャ
ル成長されたSiGe層は、Si基板の上におけるより
もさらに大きい圧縮歪みを受けることになる。したがっ
て、Si層に対して引っ張りと圧縮という相異なる方向
性を持つ歪みを受ける2つの結晶を交互に堆積すると、
欠陥が発生し易い状態になる。
It is also possible to form a multilayer film functioning as a SiGeC layer by laminating a Si 1-y C y layer (hereinafter also referred to as SiC) and a SiGe layer. However, when two layers having different compositions are stacked, the following advantages can be obtained by making one layer a SiGeC layer without fail as in the present invention. That is, the SiC layer and the SiC
In a multilayer film with a Ge layer, defects are likely to occur because crystal layers having greatly different lattice constants are alternately deposited. That is, since the SiC layer has a smaller lattice constant than Si, the SiC layer epitaxially grown on Si receives tensile strain. On the other hand, since the SiGe layer has a larger lattice constant than Si, the SiGe layer epitaxially grown on the Si substrate receives compressive strain. Moreover, the SiGe layer epitaxially grown on the SiC layer will receive even greater compressive strain than on the Si substrate. Therefore, when two crystals that are subjected to strains having different directions of tension and compression with respect to the Si layer are alternately deposited,
It is in a state where defects are likely to occur.

【0057】それに対し、本発明のように、少なくとも
一方をSiGeC層とすることにより、圧縮歪み又は引
っ張り歪みを緩和することができるので、欠陥の少ない
多層膜(半導体結晶膜)が得られることになる。
On the other hand, by forming at least one of the SiGeC layers as in the present invention, the compressive strain or the tensile strain can be reduced, so that a multilayer film (semiconductor crystal film) with few defects can be obtained. Become.

【0058】なお、SiC層の成長速度は遅く、SiG
eC層ではSiC層よりも成長速度を速めることができ
るので、現実的な量産を考慮した場合には、2つの半導
体層を積層する場合には、SiGeC層とSiGe層と
の組み合わせか、SiGeC層同士も組み合わせが好ま
しい。
The growth rate of the SiC layer is low,
Since the growth rate of the eC layer can be higher than that of the SiC layer, in consideration of practical mass production, when two semiconductor layers are stacked, a combination of a SiGeC layer and a SiGe layer, or a SiGeC layer The combination is also preferable.

【0059】(第2の実施形態)第1の実施の形態で
は、異なる組成を有する2つの結晶膜を交互にエピタキ
シャル成長させることによって得られる本発明の多層膜
およびその製造方法について説明したが、本実施形態に
おいては、異なる組成を有する3つの結晶膜を交互にエ
ピタキシャル成長させることによって得られる本発明の
多層膜について説明する。
(Second Embodiment) In the first embodiment, the multilayer film of the present invention obtained by alternately epitaxially growing two crystal films having different compositions and the method of manufacturing the same have been described. In the embodiment, a multilayer film of the present invention obtained by alternately epitaxially growing three crystal films having different compositions will be described.

【0060】図6は、第2の実施形態に係る多層膜(半
導体結晶膜)の構造を概略的に示す断面図である。本実
施形態においては、Si基板11上に、Si結晶よりも
格子定数が大きい厚み約1nmのSi0.2 Ge0.8 層1
2と、厚み約1nmのSi0. 785 Ge0.20.015 層1
3と厚み約1nmのSi0.832 Ge0.150.018 層14
とを交互に複数回(本実施形態では、33周期)堆積し
てなる,厚み約99nmのSiGeC層として機能する
多層膜10C(半導体結晶膜)が形成されている。本実
施形態の多層膜10Cも、離散的な量子化準位がほとん
どない超格子構造と考えられる。以下、多層膜10Cの
形成方法について説明する。ただし、本実施形態におい
ても、多層膜の作製手順は、上記第1の実施形態とほと
んど変わらないので、工程の図示は省略されている。
FIG. 6 is a sectional view schematically showing the structure of a multilayer film (semiconductor crystal film) according to the second embodiment. In this embodiment, the Si 0.2 Ge 0.8 layer 1 having a lattice constant larger than that of the Si crystal and having a thickness of about 1 nm is formed on the Si substrate 11.
2, a thickness of about 1nm Si 0. 785 Ge 0.2 C 0.015 layer 1
3 and about 0.8 nm thick Si 0.832 Ge 0.15 C 0.018 layer 14
Are alternately deposited a plurality of times (in this embodiment, 33 periods) to form a multilayer film 10C (semiconductor crystal film) having a thickness of about 99 nm and functioning as a SiGeC layer. The multilayer film 10C of the present embodiment is also considered to have a superlattice structure having almost no discrete quantization levels. Hereinafter, a method for forming the multilayer film 10C will be described. However, also in the present embodiment, the manufacturing procedure of the multilayer film is almost the same as that of the first embodiment, so that the illustration of the steps is omitted.

【0061】本実施形態においても、Si基板11の前
処理は、上記第1の実施形態と同じ手順によって行なわ
れる。そして、Si基板11の温度を490℃程度まで
低下させてチャンバ内に原料ガスを導入し、結晶成長を
開始する。まず、第1の実施形態と同様に、厚み約1n
mのSi0.2 Ge0.8 層12と、厚み約1nmのSi
0.785 Ge0.20.015 層13とがエピタキシャル成長
される。
In the present embodiment, also in front of the Si substrate 11
The processing is performed in the same procedure as in the first embodiment.
It is. Then, the temperature of the Si substrate 11 is reduced to about 490 ° C.
And introduce a source gas into the chamber to increase crystal growth.
Start. First, as in the first embodiment, a thickness of about 1 n
m Si0.2 Ge0.8 Layer 12 and about 1 nm thick Si
0.785 Ge0.2 C0.015 Layer 13 and epitaxial growth
Is done.

【0062】次に、Si0.785 Ge0.20.015 層13
の上に、公知の方法によって十分成長可能な組成である
Si0.832 Ge0.150.018 層14のエピタキシャル成
長が行なわれる。その際、チャンバ内において、Si2
6 ガスの分圧が約7×10 -5Torr(≒9.3×10-3
Pa)で、GeH4 ガスの分圧が約8.3×10-5Torr
(≒1.1×10-4Pa)に、SiH3 CH3 ガスの分
圧が約1.8×10-5Torr(≒2.4×10-2Pa)に
なるように、各原料ガスの流量が調整される。そして、
35sec 程度の間、このプロセスが行なわれることによ
って、厚み1nmのSi0.832 Ge0.150.018 層14
が形成される。
Next, the Si0.785 Ge0.2 C0.015 Layer 13
Has a composition that can be sufficiently grown by a known method.
Si0.832 Ge0.15C0.018 Epitaxial growth of layer 14
Length is done. At this time, in the chamber, SiTwo 
H6 Gas partial pressure is about 7 × 10 -FiveTorr (≒ 9.3 × 10-3
Pa), GeHFour Gas partial pressure is about 8.3 × 10-FiveTorr
(≒ 1.1 × 10-FourPa), SiHThree CHThree Minute of gas
Pressure is about 1.8 × 10-FiveTorr (≒ 2.4 × 10-2Pa)
Thus, the flow rate of each source gas is adjusted. And
This process is performed for about 35 seconds.
Is a 1 nm thick Si0.832 Ge0.15C0.018 Layer 14
Is formed.

【0063】その後、上述の条件と同じ条件により、S
0.2 Ge0.8 層12のエピタキシャル成長と、Si
0.785 Ge0.20.015 層13のエピタキシャル成長
と、Si 0.832 Ge0.150.018 層14のエピタキシャ
ル成長とが交互に繰り返されて、Si0.2 Ge0.8 /S
0.785 Ge0.20.015 /Si0.832 Ge0.15
0.018積層構造を1周期とする,超格子構造である多層
膜10Cが形成される。本実施形態においては、例えば
33周期のSi0.2 Ge0.8 /Si0.785 Ge0.20.
015 /Si0.832 Ge0.150.018 積層構造からなる多
層膜10Cが形成される。
Thereafter, under the same conditions as those described above, S
i0.2 Ge0.8 Epitaxial growth of layer 12 and Si
0.785 Ge0.2 C0.015 Epitaxial growth of layer 13
And Si 0.832 Ge0.15C0.018 Layer 14 epitaxy
Is alternately repeated to form Si0.2 Ge0.8 / S
i0.785 Ge0.2 C0.015 / Si0.832 Ge0.15C
0.018Multilayer with superlattice structure, with one cycle of laminated structure
The film 10C is formed. In the present embodiment, for example,
33 cycles of Si0.2 Ge0.8 / Si0.785 Ge0.2 C0.
015 / Si0.832 Ge0.15C0.018 Multi-layer structure
The layer film 10C is formed.

【0064】本実施形態によると、厚みが99nmのS
0.606Ge0.3830.011 層として機能する多層膜1
0Cが得られる。つまり、図5からわかるように、単層
のSiGeC層においては、Ge組成率が約38atm.%
のSiGeC層においては約0.6atm.%のC原子し
か、格子位置に入らせることができなかったのに対し、
本実施形態においては、3種類の結晶層を組み合わせる
ことにより、約1.1atm.%のC原子を格子位置に含む
SiGeC層として機能する多層膜10C(半導体結晶
膜)が得られる。
According to the present embodiment, S having a thickness of 99 nm
i 0.606 Ge 0.383 C Multilayer film 1 functioning as 0.011 layer
0C is obtained. That is, as can be seen from FIG. 5, in the single-layer SiGeC layer, the Ge composition ratio is about 38 atm.%.
In the SiGeC layer, only about 0.6 atm.% Of C atoms could enter the lattice position,
In the present embodiment, by combining three types of crystal layers, a multilayer film 10C (semiconductor crystal film) functioning as a SiGeC layer containing about 1.1 atm.% Of C atoms at lattice positions is obtained.

【0065】上記各実施形態では、超格子構造の1周期
を形成する各結晶層として、組成が相異なる2種類又は
3種類の結晶層を形成する例について説明したが、本発
明の多層膜はかかる実施形態に限定されるものではな
い。したがって、4種類以上の結晶層を交互に積層する
ことによっても、本発明の多層膜が得られる。ただし、
その場合にも、3種類以上の結晶層のうち,いずれか2
つの結晶層が、Si1-x1 -y1 Gex1y1層(0≦x1<
1,0<y1<1)と、Si1-x2-y2 Gex2y2層(0
<x2≦1,0≦y2<1)(x1<x2,y1>y
2)とSi1-x1-y1Gex1y1層(0≦x1<1,0<
y1<1)とであることが必要である。
In each of the above embodiments, an example has been described in which two or three types of crystal layers having different compositions are formed as each crystal layer forming one period of the superlattice structure. It is not limited to such an embodiment. Therefore, the multilayer film of the present invention can be obtained by alternately laminating four or more types of crystal layers. However,
In that case, any one of the three or more crystal layers may be used.
One of the crystal layer, Si 1-x1 -y1 Ge x1 C y1 layer (0 ≦ x1 <
1,0 <y1 <1) and the Si 1-x2-y2 Ge x2 C y2 layer (0
<X2 ≦ 1, 0 ≦ y2 <1) (x1 <x2, y1> y
2) and Si 1-x1-y1 Ge x1 C y1 layer (0 ≦ x1 <1,0 <
y1 <1).

【0066】なお、3種類以上の結晶層を積層してSi
GeC層として機能する多層膜を形成する場合にも、各
結晶層を堆積する順序は限定されるものではなく、どの
ような順序で堆積しても、同様の効果が得られる。
Note that three or more types of crystal layers are stacked to form Si
Even when a multilayer film functioning as a GeC layer is formed, the order of depositing the respective crystal layers is not limited, and the same effect can be obtained by depositing in any order.

【0067】また、上記各実施形態では、開示されてい
ないが、多層膜10A,10B又は10Cと、Si基板
11との間にSiバッファ層をエピタキシャル成長して
もよいし、多層膜10A,10B又は10Cの上方にS
iキャップ層を堆積してもよい。
Although not disclosed in each of the above embodiments, a Si buffer layer may be epitaxially grown between the multilayer film 10A, 10B or 10C and the Si substrate 11, or the multilayer film 10A, 10B or S above 10C
An i-cap layer may be deposited.

【0068】(第3の実施形態)次に、上記各実施形態
で説明したSiGeC膜として機能する多層膜10A,
10B又は10Cを有するヘテロバイポーラトランジス
タの例について説明する。
(Third Embodiment) Next, the multilayer film 10A functioning as the SiGeC film described in each of the above embodiments,
An example of a hetero bipolar transistor having 10B or 10C will be described.

【0069】図7は、本実施形態に係るnpn型ヘテロ
接合型バイポーラトランジスタ(HBT)の構造を概略
的に示す断面図である。同図に示すように、本実施形態
のHBTは、Si基板30内に形成された高濃度のn型
ドーパント(例えばリン)を含むn+ 層31と、n+
31の上にエピタキシャル成長された低濃度のn型ドー
パント(例えばリン)を含むSi膜からなるコレクタ層
33と、コレクタ層33を区画する熱酸化膜からなる分
離層32と、分離層32上に形成された第1の堆積酸化
膜35と、分離層32および第1の堆積酸化膜35の開
口部(ベース開口部)を埋めて、第1の堆積酸化膜35
の上に延びる,SiGeC層として機能する多層膜36
と、多層膜36の上に形成された第2の堆積酸化膜37
と、第2の堆積酸化膜37の開口部(エミッタ開口部)
内において多層膜36の上にエピタキシャル成長された
Si膜からなるエミッタ層38と、エミッタ層38の上
に形成され、第2の堆積酸化膜37の開口部(エミッタ
開口部)を埋めるポリシリコン膜からなるエミッタ引き
だし電極9aと、コレクタ層33のうち分離層32によ
って分離された領域(コレクタ引き出し層)の上に形成
され、エミッタ引きだし電極9aと共通のポリシリコン
膜から形成されたコレクタ引きだし電極9bと、基板上
に形成されたシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜41
と、層間絶縁膜41を貫通してエミッタ引きだし電極3
9a,多層膜36およびコレクタ引きだし電極39bと
にそれぞれコンタクトするプラグ42と、層間絶縁膜4
1の上に形成され、プラグ42を介してエミッタ引きだ
し電極39a,多層膜36およびコレクタ引きだし電極
39bにそれぞれ接続されるエミッタ電極43e,ベー
ス電極43bおよびコレクタ電極43cとを備えてい
る。
FIG. 7 is a sectional view schematically showing the structure of an npn-type heterojunction bipolar transistor (HBT) according to the present embodiment. As shown in the figure, the HBT of the present embodiment is formed on an n + layer 31 containing a high concentration of an n-type dopant (for example, phosphorus) formed in a Si substrate 30 and epitaxially grown on the n + layer 31. A collector layer 33 made of a Si film containing a low-concentration n-type dopant (for example, phosphorus); a separation layer 32 made of a thermal oxide film for partitioning the collector layer 33; and a first deposited oxide formed on the separation layer 32 By filling the film 35 and the opening (base opening) of the separation layer 32 and the first deposited oxide film 35, the first deposited oxide film 35 is formed.
Film 36 that functions as a SiGeC layer and extends over
And the second deposited oxide film 37 formed on the multilayer film 36
And the opening (emitter opening) of the second deposited oxide film 37
An emitter layer 38 made of a Si film epitaxially grown on the multilayer film 36 and a polysilicon film formed on the emitter layer 38 and filling the opening (emitter opening) of the second deposited oxide film 37. An emitter extraction electrode 9a and a collector extraction electrode 9b formed on a region (collector extraction layer) of the collector layer 33 separated by the separation layer 32 and formed of a polysilicon film common to the emitter extraction electrode 9a. , An interlayer insulating film 41 made of a silicon oxide film formed on a substrate
And the emitter extraction electrode 3 penetrating through the interlayer insulating film 41.
9a, the multilayer film 36 and the plug 42 contacting the collector lead-out electrode 39b, and the interlayer insulating film 4
1, an emitter electrode 43e, a base electrode 43b, and a collector electrode 43c connected to the emitter lead electrode 39a, the multilayer film 36, and the collector lead electrode 39b via the plug 42, respectively.

【0070】図8は、図7に示すエミッタ−ベース−コ
レクタ接合部の構造を拡大して示す断面図である。同図
に示すように、Si層であるコレクタ層33の上に形成
されている,SiGeC層として機能する多層膜36
は、厚み約1nmのSi0.2 Ge0.8 層36aと、厚み
約1nmのSi0.785 Ge0.20.015 層36bとを交
互に複数回(本実施形態では、25周期)堆積して形成
され、全体の厚みが約50nmである。つまり、多層膜
36は、Si0.4925Ge0.50.0075層として機能する
ことになる。また、多層膜36は、p型ドーパントであ
るボロン(B)を含んでおり、ベース層として機能す
る。多層膜36の上に形成されたエミッタ層38は、n
型ドーパントであるヒ素(As)を含んでいる。
FIG. 8 is an enlarged sectional view showing the structure of the emitter-base-collector junction shown in FIG. As shown in the figure, a multilayer film 36 functioning as a SiGeC layer formed on a collector layer 33 which is a Si layer.
Is formed by alternately depositing a Si 0.2 Ge 0.8 layer 36 a having a thickness of about 1 nm and a Si 0.785 Ge 0.2 C 0.015 layer 36 b having a thickness of about 1 nm a plurality of times (in this embodiment, 25 periods). Is about 50 nm. That is, the multilayer film 36 functions as a Si 0.4925 Ge 0.5 C 0.0075 layer. Further, the multilayer film 36 contains boron (B) which is a p-type dopant, and functions as a base layer. The emitter layer 38 formed on the multilayer film 36 has n
It contains arsenic (As) as a type dopant.

【0071】本実施形態のHBTの製造工程において
は、多層膜36の形成工程において、第1の実施形態で
説明した手順によるSi0.2 Ge0.8 層36aのエピタ
キシャル成長と、Si0.785 Ge0.20.015 層36b
のエピタキシャル成長とにおいて、いずれのエピタキシ
ャル成長においても、ジボラン(B26 )が添加され
る。それ以外の部分の工程については、公知の技術を用
いて形成することができるので、説明を省略する。
In the manufacturing process of the HBT of this embodiment, in the formation process of the multilayer film 36, the epitaxial growth of the Si 0.2 Ge 0.8 layer 36a and the Si 0.785 Ge 0.2 C 0.015 layer 36b according to the procedure described in the first embodiment.
In any of the epitaxial growths, diborane (B 2 H 6 ) is added. The other steps can be formed by using a known technique, and thus the description is omitted.

【0072】本実施形態のHBTによると、ベースとし
て機能する多層膜36が、50atm.%程度の高いGe組
成率を含有するSi0.4925Ge0.50.0075層として機
能するので、ベース層とエミッタ層との接合部におい
て、価電子帯端および伝導帯端に高いヘテロ障壁が形成
される。
According to the HBT of this embodiment, the multilayer film 36 functioning as a base functions as a Si 0.4925 Ge 0.5 C 0.0075 layer containing a high Ge composition ratio of about 50 atm. A high hetero barrier is formed at the valence band edge and the conduction band edge.

【0073】図9は、エミッタ層38と、ベース層とし
て機能する多層膜36と、コレクタ層33とを通過する
断面における,バイアス非印加時のバンド構造を概略的
に示すエネルギーバンド図である。同図に示すように、
多層膜36がGe組成率の大きいSiGeC層として機
能することにより、多層膜36とその両側のSi層であ
るエミッタ層38およびコレクタ層とのバンドギャップ
差を大きく確保することが可能になる。そして、n型ド
ーパントを含むエミッタ層38とp型ドーパントを含む
ベース層(多層膜36)との接合部において、伝導帯端
におけるバンドオフセットΔEcを小さく、価電子帯端
におけるバンドオフセットΔEvを大きく設定すること
ができる。つまり、エミッタ−ベース間のバイアスが低
くても十分大きな電子による電流が得られ、ベースから
エミッタに逆に流れるホールによる電流を小さくするこ
とができるので、電流増幅率の大きい,低電圧駆動型の
HBTが得られる。本発明社達のシミュレーションによ
ると、本発明の多層膜をベースとするHBTは、0.4
5V程度の低電圧で駆動することが可能である。
FIG. 9 is an energy band diagram schematically showing a band structure when no bias is applied, in a cross section passing through the emitter layer 38, the multilayer film 36 functioning as a base layer, and the collector layer 33. As shown in the figure,
Since the multilayer film 36 functions as a SiGeC layer having a high Ge composition ratio, a large band gap difference between the multilayer film 36 and the emitter layer 38 and the collector layer, which are the Si layers on both sides, can be ensured. At the junction between the emitter layer 38 containing the n-type dopant and the base layer (multilayer film 36) containing the p-type dopant, the band offset ΔEc at the conduction band edge is set small, and the band offset ΔEv at the valence band edge is set large. can do. That is, even if the bias between the emitter and the base is low, a sufficiently large current due to electrons can be obtained, and the current due to holes flowing backward from the base to the emitter can be reduced. HBT is obtained. According to the simulations of the present inventors, the HBT based on the multilayer film of the present invention is 0.4
It can be driven at a low voltage of about 5V.

【0074】この値は、Siベース層を有するバイポー
ラトランジスタの駆動電圧が約0.7Vであることを考
慮すると、バイポーラトランジスタの低電圧駆動化の効
果が大きいことがわかる。
Considering that the driving voltage of the bipolar transistor having the Si base layer is about 0.7 V, it can be understood that the effect of reducing the driving voltage of the bipolar transistor is large.

【0075】また、本発明のHBTによれば、ベース層
として機能する多層膜36が0.75atm.%程度のCを
含んでいることにより、ベース層として機能する多層膜
36全体の歪みが小さくなって、プロセス中の熱処理に
よる結晶欠陥の発生を低減させることができる。一方、
単層のSiGeC層を形成しようとしても、Ge組成率
が50atm.%程度では、Cを結晶格子位置に入らせるこ
とがほとんどできないため、欠陥が発生しやすく、デバ
イスの特性が悪くなる。
According to the HBT of the present invention, since the multilayer film 36 functioning as the base layer contains about 0.75 atm.% Of C, the distortion of the entire multilayer film 36 functioning as the base layer is small. As a result, generation of crystal defects due to heat treatment during the process can be reduced. on the other hand,
Even if a single-layer SiGeC layer is to be formed, when the Ge composition ratio is about 50 atm.%, C can hardly be allowed to enter the crystal lattice position, so that defects are likely to occur and device characteristics deteriorate.

【0076】また、多層膜36全体にCが含めれている
ことにより、ボロン(B)の拡散を効果的に抑制するこ
とができるので、ベース層である多層膜36を薄くして
もドーパントの濃度プロファイルを設計通りに保持する
ことが容易となる。そして、ベース層である多層膜を薄
くすることにより、ベース走行時間が短縮されるので、
高速で動作可能なデバイスが得られる。つまり、本発明
の多層膜をHBTに用いることにより、低電圧で駆動可
能な,かつ,薄いベースを持つ高速トランジスタが作製
可能となるのである。
Further, since C is contained in the entire multilayer film 36, the diffusion of boron (B) can be effectively suppressed. It becomes easy to hold the profile as designed. And, since the base traveling time is shortened by thinning the multilayer film as the base layer,
A device that can operate at high speed is obtained. That is, by using the multilayer film of the present invention for an HBT, a high-speed transistor that can be driven at a low voltage and has a thin base can be manufactured.

【0077】(第4の実施形態)図10は、本発明の第
4の実施形態に係るSiGeC層として機能する多層膜
をpチャネルとして利用したヘテロ接合型MISFET
(HMISFET)の構造を示す断面図である。
Fourth Embodiment FIG. 10 shows a heterojunction MISFET using a multilayer film functioning as a SiGeC layer as a p-channel according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of (HMISFET).

【0078】同図に示すように、本実施形態のHMIS
FETは、Si基板50の上に形成されたnウェル61
の上方に設けられている。
As shown in the figure, the HMIS of this embodiment
The FET has an n-well 61 formed on a Si substrate 50.
It is provided above.

【0079】そして、nウェル61の上に、シリコン層
62と、厚み1nmのSi0.2 Ge 0.8 層と厚み1nm
のSi0.785 Ge0.20.015 層とを10周期積層して
なる厚み20nmの多層膜63と、シリコンキャップ層
64とがUHV−CVD法により順次積層されている。
そして、多層膜63は、多層膜53と共通の膜から形成
されており、全体としてSi0.4925Ge0.50.0075
として機能する,ホールが走行するチャネル領域として
機能する。また、シリコンキャップ層64の上には、シ
リコンキャップ層64の熱酸化によって形成されたシリ
コン酸化膜により構成されるゲート絶縁膜が設けられて
おり、さらにその上にはゲート電極66が形成されてい
る。ゲート電極66の両側には、p+ 層からなるソ−ス
・ドレイン領域67,68が形成され、その上にはソ−
ス・ドレイン電極69,70がそれぞれ形成されてい
る。
Then, a silicon layer is formed on the n-well 61.
62 and 1 nm thick Si0.2 Ge 0.8 Layer and thickness 1nm
Si0.785 Ge0.2 C0.015 And stack the layers for 10 cycles
20 nm thick multilayer film 63 and silicon cap layer
64 are sequentially laminated by the UHV-CVD method.
Then, the multilayer film 63 is formed from a film common to the multilayer film 53.
And the overall Si0.4925Ge0.5 C0.0075layer
Functioning as a channel region where holes travel
Function. In addition, a silicon cap layer 64 has a silicon
Silicon formed by thermal oxidation of the reconcap layer 64
A gate insulating film composed of a silicon oxide film is provided.
And a gate electrode 66 is further formed thereon.
You. On both sides of the gate electrode 66, a source made of ap + layer is formed.
-Drain regions 67 and 68 are formed, and a source
And drain electrodes 69 and 70 are formed respectively.
You.

【0080】図11は、本実施形態のHMISFETに
おけるシリコン層,多層膜及びシリコン層を積層した構
造のバンド状態を概念的に示す図である。図11におい
ては、ドーパントの導電型を無視している。
FIG. 11 is a diagram conceptually showing a band state of a structure in which a silicon layer, a multilayer film, and a silicon layer are stacked in the HMISFET of this embodiment. In FIG. 11, the conductivity type of the dopant is ignored.

【0081】同図に示すように、本実施形態では、Si
GeC層として機能する多層膜のGe組成率が高いの
で、多層膜を挟む2つのシリコン層とのバンドギャップ
差が大きいことを利用して、価電子帯端に、キャリアを
閉じこめるための大きなヘテロ障壁が形成される。した
がって、ホールの閉じ込め効率の高いpチャネル領域を
形成することができる。
As shown in the figure, in the present embodiment, Si
Since the Ge composition ratio of the multilayer film functioning as a GeC layer is high, a large hetero-barrier for confining carriers at the valence band edge is utilized by utilizing a large band gap difference between two silicon layers sandwiching the multilayer film. Is formed. Therefore, a p-channel region having high hole confinement efficiency can be formed.

【0082】なお、上述のように、Ge,Cの組成率の
調整範囲が高い範囲まで拡大されるので、伝導帯端に形
成されるヘテロ障壁の高さと、価電子帯端に形成される
ヘテロ障壁の高さとの比を所望の値に調整できる。した
がって、n−MISFETにおいても、p−MISFE
Tの多層膜と共通の膜から形成される多層膜をnチャネ
ルとして用いることにより、電子及びホールの双方につ
いて高い閉じこめ効率を発揮するCMISデバイスを形
成することができる。
As described above, since the adjustment range of the composition ratio of Ge and C is expanded to a high range, the height of the hetero barrier formed at the conduction band edge and the hetero barrier formed at the valence band edge are increased. The ratio to the height of the barrier can be adjusted to a desired value. Therefore, also in the n-MISFET, the p-MISFE
By using a multilayer film formed of a film common to the T multilayer film as an n-channel, a CMIS device exhibiting high confinement efficiency for both electrons and holes can be formed.

【0083】(その他の実施形態)上記各実施形態にお
いては、多層膜中の各半導体膜(Si1-x1-y1 Gex1
y1層やSi1-x2-y2 Gex2y2層)は、離散的な量子順
位が形成されない程度に薄い層である(たとえば1.5
nm程度以下)としたが、ある程度離散的な量子順位が
形成されていても、多層膜全体としてSiGeC層とし
ての機能が生じるものであれば、本発明の効果を発揮す
ることができる。また、たとえば2〜3nm程度の厚み
のSi1-x1-y1 Gex1y1層やSi1-x2-y2 Gex2y2
層を積層した後、900℃程度の熱処理を施すことによ
って、各層の境界が不明瞭になると、全体としてSiG
eC層としての機能を生じやすくなる。
(Other Embodiments) In each of the above embodiments, each semiconductor film (Si 1-x1-y1 Ge x1 C
y1 layers and Si 1-x2-y2 Ge x2 C y2 layer) is a thin layer to the extent that discrete quantum ranking is not formed (e.g., 1.5
(about nm or less), but even if discrete quantum orders are formed to some extent, the effects of the present invention can be exerted as long as the entire multilayer film functions as a SiGeC layer. Further, for example, Si 1-x1-y1 Ge of 2~3nm a thickness of about x1 C y1 layers and Si 1-x2-y2 Ge x2 C y2
After the layers are stacked, a heat treatment at about 900 ° C. is performed to make the boundaries between the layers unclear.
The function as an eC layer is easily generated.

【0084】また、HBTの場合、ベース層にエミッタ
層からコレクタ層に向かってバンドギャップが小さくな
るように傾斜組成をもたせることも可能である。
In the case of HBT, it is also possible to provide the base layer with a gradient composition such that the band gap decreases from the emitter layer to the collector layer.

【0085】なお、上記各実施形態では、多層膜をHB
Tのベース層や、CMISデバイスの各チャネル領域と
して用いた応用例について述べたが、本発明の多層膜
は、共鳴トンネルダイオード(RTD)などの他のヘテ
ロ接合デバイスに適用可能である。
In each of the above embodiments, the multilayer film is made of HB
Although the application example using the base layer of T and each channel region of the CMIS device has been described, the multilayer film of the present invention is applicable to other heterojunction devices such as a resonant tunneling diode (RTD).

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明によれば、高いGe組成率と高い
C組成率をもつSiGeC層として機能する多層膜であ
る半導体結晶膜,その製造方法,半導体装置又はその製
造方法の提供を図ることができる。
According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor crystal film which is a multilayer film functioning as a SiGeC layer having a high Ge composition ratio and a high C composition ratio, a manufacturing method thereof, a semiconductor device or a manufacturing method thereof. Can be.

【0087】そして、本発明の半導体結晶膜は、ヘテロ
接合型バイポーラトランジスタやCMISデバイスのチ
ャネル領域として用いることにより、情報通信機器,コ
ンピュータなどの各種の電子機器に組み込むことができ
る。
The semiconductor crystal film of the present invention can be incorporated in various electronic devices such as information communication devices and computers by using it as a channel region of a heterojunction bipolar transistor or a CMIS device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】単層のSiGeC結晶中における格子位置に入
るC組成率の最大値(上限)のGe組成率依存性を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing the dependency of the maximum value (upper limit) of the C composition ratio at a lattice position in a single-layer SiGeC crystal on the Ge composition ratio.

【図2】本発明の第1の実施形態に係る多層膜(半導体
結晶膜)の構造を概略的に示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing a structure of a multilayer film (semiconductor crystal film) according to the first embodiment of the present invention.

【図3】(a)〜(e)は、本発明の第1の実施形態に
おける半導体結晶膜の製造工程を示す断面図である。
FIGS. 3A to 3E are cross-sectional views illustrating steps of manufacturing a semiconductor crystal film according to the first embodiment of the present invention.

【図4】第1の実施形態の変形例に係る多層膜の構造を
概略的に示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a multilayer film according to a modification of the first embodiment.

【図5】従来の単層のSiGeC層によって単結晶が形
成可能な組成範囲と、本発明によって形成可能なSiG
eC層として機能する多層膜の組成範囲とを示す図であ
る。
FIG. 5 shows a composition range in which a single crystal can be formed by a conventional single-layer SiGeC layer, and SiG that can be formed by the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a composition range of a multilayer film functioning as an eC layer.

【図6】第2の実施形態に係る多層膜の構造を概略的に
示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a multilayer film according to a second embodiment.

【図7】第3の実施形態に係るnpn型ヘテロ接合型バ
イポーラトランジスタ(HBT)の構造を概略的に示す
断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a structure of an npn-type heterojunction bipolar transistor (HBT) according to a third embodiment.

【図8】図7に示すエミッタ−ベース−コレクタ接合部
の構造を拡大して示す断面図である。
FIG. 8 is an enlarged sectional view showing a structure of an emitter-base-collector junction shown in FIG. 7;

【図9】第3の実施形態におけるエミッタ層とベース層
とコレクタ層とを通過する断面における,バイアス非印
加時のバンド構造を概略的に示すエネルギーバンド図で
ある。
FIG. 9 is an energy band diagram schematically showing a band structure when no bias is applied in a cross section passing through an emitter layer, a base layer, and a collector layer in the third embodiment.

【図10】本発明の第4の実施形態に係るSiGeC層
として機能する多層膜をnチャネルおよびpチャネルと
して利用したヘテロ接合型CMISデバイス(HCMI
Sデバイス)の構造を示す断面図である。
FIG. 10 shows a heterojunction type CMIS device (HCMI) using a multilayer film functioning as a SiGeC layer as an n-channel and a p-channel according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an (S device).

【図11】第4の実施形態のHCMISデバイスにおけ
るシリコン層,多層膜及びシリコン層を積層した構造の
バンド状態を概念的に示す図である。
FIG. 11 is a diagram conceptually showing a band state of a structure in which a silicon layer, a multilayer film, and a silicon layer are stacked in the HCMIS device of the fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 多層膜 11 Si基板 12 Si0.2 Ge0.8 層 13 Si0.785 Ge0.20.015 層 14 Si0.832 Ge0.150.018 Reference Signs List 10 multilayer film 11 Si substrate 12 Si 0.2 Ge 0.8 layer 13 Si 0.785 Ge 0.2 C 0.015 layer 14 Si 0.832 Ge 0.15 C 0.018 layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 (72)発明者 能澤 克弥 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 久保 実 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 原 義博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 高木 剛 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川島 孝啓 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4G077 AA03 BA10 BE05 DB04 DB07 EA02 ED06 EE04 EF05 HA06 TA04 TA07 TB02 TC14 TC19 TF01 TK10 5F003 BB04 BC08 BE07 BE08 BF06 BG06 BG10 BM01 BN09 5F045 AA07 AB01 AC01 AC07 AD10 AF03 CA02 CA05 DA54 5F140 AA00 AB03 BA01 BA05 BA09 BB18 BC12 BE07 CB08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/78 (72) Inventor Katsuya No. 1006 Ojidoma, Kadoma, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. ( 72) Inventor Minoru Kubo 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Yoshihiro Hara 1006 Okadoma Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 1006 Kadoma Kadoma Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Takahiro Kawashima, inventor 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Pref. Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.F-term (reference) TA04 TA07 TB02 TC14 TC19 TF01 TK10 5F003 BB04 BC08 BE07 BE08 BF06 BG06 BG10 BM01 BN09 5F045 AA07 AB01 AC01 AC07 AD10 AF03 CA02 CA05 DA5 4 5F140 AA00 AB03 BA01 BA05 BA09 BB18 BC12 BE07 CB08

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに相異なる組成を有する複数の半導
体層を複数回交互に積層して構成され、単一のSiGe
C層として機能する多層膜からなる半導体結晶膜であっ
て、 上記複数の半導体層は、 Si1-x1-y1 Gex1y1層(0≦x1<1,0<y1≦
1)と、 Si1-x2-y2 Gex2y2層(0<x2≦1,0≦y2<
1)(x1<x2,y1>y2、x1とy2とは同時に
は0にならない)とを少なくとも含むことを特徴とする
半導体結晶膜。
1. A single SiGe structure in which a plurality of semiconductor layers having mutually different compositions are alternately stacked a plurality of times.
A semiconductor crystal film composed of a multilayer film functioning as a C layer, wherein the plurality of semiconductor layers are Si 1-x1-y1 Ge x1 Cy 1 layers (0 ≦ x1 <1, 0 <y1 ≦
1) and a Si 1-x2-y2 Ge x2 C y2 layer (0 <x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 <
1) (x1 <x2, y1> y2, x1 and y2 do not become 0 at the same time).
【請求項2】 請求項1記載の半導体結晶膜において、 上記多層膜中の各半導体層は、離散した量子化準位が生
じる厚みより薄いことを特徴とする半導体結晶膜。
2. The semiconductor crystal film according to claim 1, wherein each semiconductor layer in said multilayer film is thinner than a thickness at which discrete quantization levels occur.
【請求項3】 請求項1又は2記載の半導体結晶膜にお
いて、 上記Si1-x1-y1 Gex1y1層は、SiGeC層であ
り、 上記Si1-x2-y2 Gex2y2層は、SiGe層又はSi
GeC層であることを特徴とする半導体結晶膜。
3. The semiconductor crystal film according to claim 1, wherein the Si 1-x1-y1 Ge x1 Cy 1 layer is a SiGeC layer, and the Si 1-x2-y2 Ge x2 Cy 2 layer is SiGe layer or Si
A semiconductor crystal film, which is a GeC layer.
【請求項4】 請求項1又は2記載の半導体結晶膜にお
いて、 上記Si1-x1-y1 Gex1y1層は、SiC層であり、 上記Si1-x2-y2 Gex2y2層は、SiGeC層である
ことを特徴とする半導体結晶膜。
4. The semiconductor crystal film according to claim 1, wherein the Si 1-x1-y1 Ge x1 Cy 1 layer is a SiC layer, and the Si 1-x2-y2 Ge x2 Cy 2 layer is A semiconductor crystal film, which is a SiGeC layer.
【請求項5】 請求項1〜4のうちいずれか1つに記載
の半導体結晶膜において、 上記多層膜は、単層のSiGeC層における装置,プロ
セス条件で定まるあるGe組成率におけるC組成率の上
限よりも多いCを含むことを特徴とする半導体結晶膜。
5. The semiconductor crystal film according to claim 1, wherein the multilayer film has a C composition ratio at a certain Ge composition ratio determined by a device and a process condition in a single SiGeC layer. A semiconductor crystal film containing more C than the upper limit.
【請求項6】 請求項1〜5のうちいずれか1つに記載
の半導体結晶膜において、 上記Si1-x1-y1 Gex1y1層及び上記Si1-x2-y2
x2y2層の厚みは、いずれも3nm以下であることを
特徴とする半導体結晶膜。
6. The semiconductor crystal film according to claim 1, wherein the Si 1-x1-y1 Ge x1 Cy 1 layer and the Si 1-x2-y2 G
The thickness of e x2 C y2 layer, a semiconductor crystal film, characterized in that both at 3nm or less.
【請求項7】 請求項6記載の半導体結晶膜において、 上記Si1-x1-y1 Gex1y1層及び上記Si1-x2-y2
x2y2層の厚みは、いずれも1.5nm以下であるこ
とを特徴とする半導体結晶膜。
7. The semiconductor crystal film according to claim 6, wherein said Si 1-x1-y1 Ge x1 C y1 layer and said Si 1-x2-y2 G
The thickness of e x2 C y2 layer, a semiconductor crystal film, characterized in that both at 1.5nm or less.
【請求項8】 請求項1〜7のうちいずれか1つに記載
の半導体結晶膜において、 上記多層膜は、Ge組成率が30atm.%以上で、C組成
率が1.2atm.%以上の組成を有するSiGeC層とし
て機能することを特徴とする半導体結晶膜。
8. The semiconductor crystal film according to claim 1, wherein the multilayer film has a Ge composition ratio of 30 atm.% Or more and a C composition ratio of 1.2 atm.% Or more. A semiconductor crystal film which functions as a SiGeC layer having a composition.
【請求項9】 少なくともSiを含む下地半導体層と、 上記下地半導体層の上に形成され、互いに相異なる組成
を有する複数の半導体層を複数回交互に積層して構成さ
れ、単一のSiGeC層として機能する活性領域となる
多層膜とを備えている半導体装置であって、 上記多層膜は、 Si1-x1-y1 Gex1y1層(0≦x1<1,0<y1≦
1)と、 Si1-x2-y2 Gex2y2層(0<x2≦1,0≦y2<
1)(x1<x2,y1>y2、x1とy2とは同時に
は0にならない)とを少なくとも含むことを特徴とする
半導体装置。
9. A single SiGeC layer comprising a base semiconductor layer containing at least Si and a plurality of semiconductor layers formed on the base semiconductor layer and having different compositions alternately stacked a plurality of times. A multi-layer film serving as an active region functioning as a semiconductor device, wherein the multi-layer film includes a Si 1-x1-y1 Ge x1 Cy 1 layer (0 ≦ x1 <1, 0 <y1 ≦
1) and a Si 1-x2-y2 Ge x2 C y2 layer (0 <x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 <
1) (x1 <x2, y1> y2, x1 and y2 do not become 0 at the same time).
【請求項10】 請求項9記載の半導体装置において、 上記多層膜中の各半導体層は、離散した量子化準位が生
じる厚みより薄いことを特徴とする半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 9, wherein each semiconductor layer in the multilayer film is thinner than a thickness at which discrete quantized levels are generated.
【請求項11】 請求項9又は10記載の半導体装置に
おいて、 上記Si1-x1-y1 Gex1y1層及び上記Si1-x2-y2
x2y2層の厚みは、いずれも3nm以下であることを
特徴とする半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 9, wherein the Si 1-x1-y1 Ge x1 C y1 layer and the Si 1-x2-y2 G
The thickness of e x2 C y2 layer, wherein a both is 3nm or less.
【請求項12】 請求項11記載の半導体装置におい
て、 上記Si1-x1-y1 Gex1y1層及び上記Si1-x2-y2
x2y2層の厚みは、いずれも1.5nm以下であるこ
とを特徴とする半導体装置。
12. The semiconductor device according to claim 11, wherein said Si 1-x1-y1 Ge x1 C y1 layer and said Si 1-x2-y2 G
The thickness of e x2 C y2 layer, wherein a both is 1.5nm or less.
【請求項13】 請求項9〜12のうちいずれか1つに
記載の半導体装置において、 上記多層膜は、Ge組成率が30atm.%以上で、C組成
率が1.2atm.%以上の組成を有するSiGeC層とし
て機能することを特徴とする半導体装置。
13. The semiconductor device according to claim 9, wherein said multilayer film has a Ge composition ratio of 30 atm.% Or more and a C composition ratio of 1.2 atm.% Or more. A semiconductor device functioning as a SiGeC layer having:
【請求項14】 請求項9〜13のうちいずれか1つに
記載の半導体装置において、 上記多層膜がチャネルとして機能するMISFETであ
ることを特徴とする半導体装置。
14. The semiconductor device according to claim 9, wherein said multilayer film is a MISFET functioning as a channel.
【請求項15】 請求項9〜13のうちいずれか1つに
記載の半導体装置において、 上記多層膜がベース層として機能するバイポーラトラン
ジスタであることを特徴とする半導体装置。
15. The semiconductor device according to claim 9, wherein said multilayer film is a bipolar transistor functioning as a base layer.
【請求項16】 互いに相異なる組成を有する複数の半
導体層を複数回交互に積層して構成され、単一のSiG
eC層として機能する多層膜からなる半導体結晶膜の製
造方法であって、 下地半導体層の上に、Si1-x1-y1 Gex1y1層(0≦
x1<1,0<y1≦1)と、Si1-x2-y2 Gex2y2
層(0<x2≦1,0≦y2<1)(x1<x2,y1
>y2、x1とy2とは同時には0にならない)とのう
ちいずれか一方の半導体層をエピタキシャル成長させる
工程(a)と、 上記一方の半導体層の上に、上記Si1-x1-y1 Gex1
y1層と上記Si1-x2-y 2 Gex2y2層とのうちの他方を
エピタキシャル成長させる工程(b)とを複数回含むこ
とを特徴とする半導体結晶膜の製造方法。
16. A single SiG layer formed by alternately laminating a plurality of semiconductor layers having different compositions from each other a plurality of times.
A method for manufacturing a semiconductor crystal film comprising a multilayer film functioning as an eC layer, wherein a Si 1-x1-y1 Ge x1 Cy 1 layer (0 ≦
x1 <1, 0 <y1 ≦ 1) and Si 1-x2-y2 Ge x2 C y2
Layer (0 <x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 <1) (x1 <x2, y1
> Y2, x1 and y2 do not become 0 at the same time), and (a) epitaxially growing one of the semiconductor layers; and, on the one semiconductor layer, the Si 1-x1-y1 Ge x1 C
a step (b) of epitaxially growing the other of the y1 layer and the Si 1-x2-y 2 Ge x2 C y2 layer a plurality of times.
【請求項17】 請求項16記載の半導体結晶膜の製造
方法において、 上記工程(a)及び(b)では、上記多層膜中の各半導
体層を、離散した量子化準位が生じる厚みより薄くエピ
タキシャル成長させることを特徴とする半導体結晶膜の
製造方法。
17. The method for manufacturing a semiconductor crystal film according to claim 16, wherein in the steps (a) and (b), each semiconductor layer in the multilayer film is thinner than a thickness at which discrete quantization levels occur. A method for producing a semiconductor crystal film, comprising epitaxially growing.
【請求項18】 請求項16記載の半導体結晶膜の製造
方法において、 上記工程(a)及び(b)では、上記多層膜中の各半導
体層のうち少なくとも1つの半導体層を1.5nmを越
える厚みでエピタキシャル成長させおき、 上記多層膜を熱処理する工程をさらに含むことを特徴と
する半導体結晶膜の製造方法。
18. The method of manufacturing a semiconductor crystal film according to claim 16, wherein in the steps (a) and (b), at least one of the semiconductor layers in the multilayer film exceeds 1.5 nm. A method of manufacturing a semiconductor crystal film, further comprising the step of: epitaxially growing the multilayer film with a thickness; and heat-treating the multilayer film.
【請求項19】 請求項16〜18のうちいずれ1つに
記載の半導体結晶膜の製造方法において、 上記工程(a)及び(b)のうちSi,Ge及びCを含
む半導体層をエピタキシャル成長させる工程では、ジシ
ランガスもしくはモノシランガスと、ゲルマンガスと、
モノメチルシランガスを熱分解することを特徴とする半
導体結晶膜の製造方法。
19. The method for manufacturing a semiconductor crystal film according to claim 16, wherein the step of epitaxially growing a semiconductor layer containing Si, Ge and C in the steps (a) and (b). Then, disilane gas or monosilane gas, germane gas,
A method for producing a semiconductor crystal film, comprising thermally decomposing monomethylsilane gas.
【請求項20】 少なくともSiを含む下地半導体層
と、上記下地半導体層の上に形成され、互いに相異なる
組成を有する複数の半導体層を複数回交互に積層して構
成され、単一のSiGeC層として機能する活性領域と
なる多層膜とを備えている半導体装置の製造方法であっ
て、 下地半導体層の上に、Si1-x1-y1 Gex1y1層(0≦
x1<1,0<y1≦1)と、Si1-x2-y2 Gex2y2
層(0<x2≦1,0≦y2<1)(x1<x2,y1
>y2、x1とy2とは同時には0にならない)とのう
ちいずれか一方の半導体層をエピタキシャル成長させる
工程(a)と、 上記一方の半導体層の上に、上記Si1-x1-y1 Gex1
y1層と上記Si1-x2-y 2 Gex2y2層とのうちの他方を
エピタキシャル成長させる工程(b)とを複数回含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
20. A single SiGeC layer formed by alternately laminating a base semiconductor layer containing at least Si and a plurality of semiconductor layers formed on the base semiconductor layer and having mutually different compositions a plurality of times. A multi-layer film serving as an active region functioning as a semiconductor device, comprising: a Si 1-x1-y1 Ge x1 Cy 1 layer (0 ≦
x1 <1, 0 <y1 ≦ 1) and Si 1-x2-y2 Ge x2 C y2
Layer (0 <x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 <1) (x1 <x2, y1
> Y2, x1 and y2 do not become 0 at the same time), and (a) epitaxially growing any one of the semiconductor layers; and forming the Si 1-x1-y1 Ge x1 on the one semiconductor layer. C
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step (b) of epitaxially growing the other of the y1 layer and the Si 1-x2-y 2 Ge x2 C y2 layer a plurality of times.
【請求項21】 請求項20記載の半導体装置の製造方
法において、 上記工程(a)及び(b)では、上記多層膜中の各半導
体層を、離散した量子化準位が生じる厚みより薄くエピ
タキシャル成長させることを特徴とする半導体装置の製
造方法。
21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein in the steps (a) and (b), each semiconductor layer in the multilayer film is epitaxially grown to be thinner than a thickness at which discrete quantization levels occur. A method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項22】 請求項20記載の半導体装置の製造方
法において、 上記工程(a)及び(b)では、上記多層膜中の各半導
体層のうち少なくとも1つの半導体層を1.5nmを越
える厚みでエピタキシャル成長させおき、 上記多層膜を熱処理する工程をさらに含むことを特徴と
する半導体装置の製造方法。
22. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein in the steps (a) and (b), at least one of the semiconductor layers in the multilayer film has a thickness exceeding 1.5 nm. A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising the step of: epitaxially growing the multilayer film;
【請求項23】 請求項20〜22のうちいずれ1つに
記載の半導体装置の製造方法において、 上記工程(a)及び(b)のうちSi,Ge及びCを含
む半導体層をエピタキシャル成長させる工程では、ジシ
ランガスもしくはモノシランガスと、ゲルマンガスと、
モノメチルシランガスを熱分解することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
23. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein in the steps (a) and (b), the step of epitaxially growing a semiconductor layer containing Si, Ge and C is performed. , Disilane gas or monosilane gas, and germane gas,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising thermally decomposing monomethylsilane gas.
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