JP2006196564A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本願発明は、半導体多層膜を構成する各層の界面において、酸素と炭素濃度を低減した半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】
第1の成長室内で単結晶基板上に第1の半導体層を形成し、第1の成長室から搬送室を介して第2の成長室に基板を搬送し、第2の成長室内で前記第1の半導体層の上に第2の半導体層を形成する。基板搬送を行うときに、第1の半導体層の表面原子数よりも第1の半導体層の表面原子と結合している水素の原子数の方が少ないときは水素を供給し、第1の半導体層の表面原子数よりも第1の半導体層の表面原子と結合している水素の原子数の方が多いときは水素の供給を停止する。
【選択図】図1
Description
図1は本発明の第1の実施形態であるシーケンスを例示する図である。単結晶Si基板上に、高濃度p型単結晶SiGe層と高濃度n型単結晶Si層とからなる多層膜をエピタキシャル成長により形成するときのシーケンスを示している。ステップgからステップlまでの工程が、本願発明にいう第2の工程の相当する。ステップgでは、第1の結晶成長(本願発明の第1の工程)が終了し、第2の工程がスタートする。そして、基板温度が所定温度、例えば200℃前後に降下するまでは、水素を供給する(ステップg)。そして、基板温度が所定温度以下に降下すると、水素の供給を停止するのである(ステップh、ステップi)。尚、ステップjでは、第2の成長室にて、第2の結晶成長の為、基板温度を上昇させる。このステップjで、基板温度が所定温度以上になると、再び水素を供給する。ステップk及びlでは、結晶成長前の高温状態となるので、水素は勿論供給される。以下に本実施例を各ステップに従って詳細に説明する。
図4は本発明の第2の実施形態を示すシーケンスの図である。図4は、単結晶Si基板1上に、高濃度p型単結晶SiGe層9と高濃度n型単結晶Si層11からなる多層膜をエピタキシャル成長により形成するときのシーケンスである。第1の実施例と本実施例で異なる点は、次の点である。第1の実施例では、第1の成長室100で成長させた高濃度p型単結晶SiGe層9上に、第2の成長室で高濃度n型単結晶Si層を成長させていた。しかし、本実施例では、高濃度p型単結晶SiGe層9の成長を行った第1の成長室100で、高濃度n型単結晶Si層の成長も行っていることである。
図6は本発明の第3の実施形態を示す。図6は、SiGe HBTの縦断面構造を示している。Si基板1上に、いわゆる埋め込み層である高濃度n型単結晶Si層2、コレクタの一部となるn型単結晶Si層3、第1のコレクタ・ベース分離絶縁膜4、コレクタ引き出し層となる高濃度n型単結晶Si層5、および素子分離絶縁膜6からなる半導体基板を形成している。そして、HBTの真性領域を形成する部分とコレクタ引き出し層を形成する部分を除いた基板表面上に第2のコレクタ・ベース分離絶縁膜7を形成し、表面に露出しているn型単結晶Si層3上にコレクタとなるn型単結晶SiGe層8、ベースとなる高濃度p型単結晶SiGe層9、及びエミッタとなる高濃度n型単結晶Si層11を順次エピタキシャル成長させている。更に、高濃度p型単結晶SiGe層9と同時に、絶縁膜7上に高濃度p型多結晶SiGe層10を形成している。又、エミッタの側面にはエミッタ・ベース分離絶縁膜16を形成している。ベース引き出し電極としては、高濃度p型単結晶SiGe層9の端部に接続させた単結晶領域17と、高濃度p型多結晶SiGe層10上に成長させた多結晶領域18からなる高濃度p型Si層を使用している。エミッタ引き出し電極としては高濃度n型多結晶Si層20を形成しており、基板全面には開口部を有する絶縁膜21を堆積している。更には、絶縁膜21の開口部の中に金属膜からなるコレクタ電極22、ベース電極23、そしてエミッタ電極24を形成している。
図9は、本願発明に係る半導体装置の製造方法の第4の実施例であって、SiGe HBTの縦断面構造を示している。本実施例はHBTの真性部分を自己整合的に形成している点で、第3の実施例に示したHBTの構造と異なる。Si基板51上に、いわゆる埋め込み層となる高濃度n型単結晶Si層52、コレクタの一部となるn型単結晶Si層53、第1のコレクタ・ベース分離絶縁膜54、コレクタ引き出し層となる高濃度n型単結晶Si層55、および素子分離絶縁膜56からなる半導体基板を形成している。そして、HBTの真性領域を形成する部分とコレクタ引き出し層を形成する部分を除いた基板表面上に第2のコレクタ・ベース分離絶縁膜57と第3のコレクタ・ベース分離絶縁膜58を形成し、この上にはベース引き出し層となる高濃度p型多結晶Si層59を堆積し、更に絶縁膜60を形成している。HBTの真性領域を形成する部分には開口部を設けており、その側壁に第1のエミッタ・ベース分離絶縁膜61を形成したら、開口部下部に高濃度コレクタとなるn型単結晶Si層62を形成する。開口部底面のn型単結晶Si層53の表面が露出している領域には、コレクタとなるn型単結晶SiGe層63、ベースとなる高濃度p型単結晶SiGe層9、及びエミッタとなる高濃度n型単結晶Si層11を順次選択エピタキシャル成長により形成している。更に、高濃度p型単結晶SiGe層9と同時に、開口部に露出している高濃度p型多結晶Si層59の下部に外部ベースとなる高濃度p型多結晶SiGe層64を形成している。又、エミッタの側面には第2のエミッタ・ベース分離絶縁膜65と第3のエミッタ・ベース分離絶縁膜66を形成している。更に、エミッタ引き出し電極として高濃度n型多結晶Si層67を形成しており、基板全面には開口部を有する絶縁膜68を堆積している。更には、絶縁膜68の開口部の中に金属膜からなるコレクタ電極69、ベース電極70、そしてエミッタ電極71を形成している。
図11は、本願発明の第5の実施例であって、pMODFETの縦断面構造を示す図である。Si基板81上にnウェル84、バッファ層87を形成しており、この上には単結晶Si層と単結晶SiGe層からなる多層膜88、89、90、91を連続的にエピタキシャル成長させている。さらに、ゲート絶縁膜92とゲート電極93、そしてソース95a及びドレイン95bを形成している。
(1)単結晶基板上に第1の成長室で第1の半導体層を形成する第1の工程と、前記第1の工程の後に第1の成長室から搬送室を介して第2の成長室に基板の搬送を行う第2の工程と、前記第2の工程後に前記第1の半導体層の上に第2の成長室で第2の半導体層を形成する第3の工程を少なくとも有する半導体装置の製造方法であって、前記第2の工程において、第1の半導体層の表面原子数よりも第1の半導体層の表面原子と結合している水素の原子数の方が少ないときは水素を供給し、第1の半導体層の表面原子数よりも第1の半導体層の表面原子と結合している水素の原子数の方が多いときは水素の供給を停止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(2)単結晶基板上に第1の成長室で第1の半導体層を形成する第1の工程と、前記第1の工程の後に第1の成長室から搬送室に基板の搬送を行い、さらにこの後搬送室から第1の成長室に基板を戻す第2の工程と、前記第2の工程の後に前記第1の半導体層の上に第1の成長室で第2の半導体層を形成する第3の工程を少なくとも有する半導体装置の製造方法であって、前記第2の工程において、第1の半導体層の表面原子数よりも第1の半導体層の表面原子と結合している水素の原子数の方が少ないときは水素を供給し、第1の半導体層の表面原子数よりも第1の半導体層の表面原子と結合している水素の原子数の方が多いときは水素の供給を停止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(3)前記第1の半導体層の表面原子数よりも第1の半導体層の表面原子と結合している水素の原子数の方が少なくなる温度が250℃以上500℃以下である前項(1)又は(2)に記載の半導体装置の製造方法。
(4)前記第1の半導体層の表面原子数よりも第1の半導体層の表面原子と結合している水素の原子数の方が多くなる温度が50℃以上250℃以下である前項(1)より(3)に記載の半導体装置の製造方法。
(5)前記第1の工程で第1導電型の第1の半導体層を形成し、前記第3の工程で第1導電型と反対導電型である第2導電型の第2の半導体層を形成することを特徴とする前項(1)より(4)に記載の半導体装置の製造方法。
(6)前記単結晶基板はSi、或いはSiとGeとを主成分としての含有量を含んでいる前項(1)より(5)に記載の半導体装置の製造方法。
(7)前記第1の半導体層はSi、或いはSiとGeとを主成分としての含有量を含んでいる前項(1)より(6)に記載の半導体装置の製造方法。
(8)前記第2の半導体層はSi、或いはSiとGeとを主成分としての含有量を含んでいる前項(1)より(7)に記載の半導体装置の製造方法。
(9)前記第1導電型の不純物がBであって、前記第2導電型の不純物がPあるいはAsである前項(5)より(8)に記載の半導体装置の製造方法。
(10)前記第1導電型の不純物がPあるいはAsであって、前記第2導電型の不純物がBである前項(5)より(8)に記載の半導体装置の製造方法。
(11)前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の少なくともどちらか一方にCを添加している前項(1)より(10)に記載の半導体装置の製造方法。
(12)単結晶基板上に形成された、ドーピング濃度が1x1019cm−3以上である第1導電型の第1の半導体層と、該第1の半導体層上に形成された、ドーピング濃度が1x1019cm−3以上である、第1導電型と反対導電型である第2導電型の第2の半導体層とを有し、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の界面における酸素濃度と炭素濃度が共に約1x1019cm−3以下であることを特徴とする半導体装置。
(13)単結晶基板上に形成された、ドーピング濃度が1x1019cm−3以上である第1導電型の第1の半導体層と、該第1の半導体層上に形成された、ドーピング濃度が5x1017cm−3以下である、第1導電型と反対導電型である第2導電型の第2の半導体層とを有し、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の界面における酸素濃度と炭素濃度が共に約1x1019cm−3以下であることを特徴とする半導体装置。
Claims (20)
- 単結晶基板上に第1の成長室で第1の半導体層を形成する第1の工程と、前記第1の工程の後に第1の成長室から搬送室を介して、第2の半導体層を成長させる為の成長室に基板の搬送を行う第2の工程と、前記第2の工程後に前記第1の半導体層の上に前記第2の半導体層を成長させる為の成長室で第2の半導体層を形成する第3の工程とを少なくとも有し、且つ、前記第2の工程において、前記第1の半導体層表面の水素原子による終端構造に変化を生ずる基板温度に基づき、当該基板温度より高い場合は水素を供給し、一方、当該基板温度より低い場合は水素の供給を停止して超高真空状態を確保することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記第3の工程は、前記第2の半導体層を成長させる為の成長室が、前記第1の成長室とは別異なる第2の成長室であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の工程は、前記第1の工程の後に第1の成長室から搬送室に基板の搬送を行い、この後、前記搬送室から前記第1の成長室に基板を戻す工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の工程において、前記水素を供給する場合の前記基板温度が250℃以上でなされることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の工程において、前記水素の供給を停止する場合の前記基板温度が50℃以上250℃未満の範囲でなされることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 単結晶基板上に第1の成長室で第1の半導体層を形成する第1の工程と、前記第1の工程の後に第1の成長室から搬送室を介して、第2の半導体層を成長させる為の成長室に基板の搬送を行う第2の工程と、前記第2の工程後に前記第1の半導体層の上に前記第2の半導体層を成長させる為の成長室で第2の半導体層を形成する第3の工程を少なくとも有し、且つ、前記第2の工程において、第1の半導体層の表面原子数よりも第1の半導体層の表面原子と結合している水素の原子数の方が略等しいか少ないときは水素を供給し、第1の半導体層の表面原子数よりも第1の半導体層の表面原子と結合している水素の原子数の方が多いときは水素の供給を停止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記第3の工程は、前記第2の半導体層を成長させる為の成長室が、
前記第1の成長室とは別異なる第2の成長室であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の工程は、前記第1の工程の後に第1の成長室から搬送室に基板の搬送を行い、この後、前記搬送室から前記第1の成長室に基板を戻す工程を含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の半導体層の表面原子数よりも第1の半導体層の表面原子と結合している水素の原子数の方が少なくなる温度が250℃以上500℃以下であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の半導体層の表面原子数よりも第1の半導体層の表面原子と結合している水素の原子数の方が多くなる温度が50℃以上250℃未満であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記単結晶基板は、Si、或いはSiとGeの両者を合わせて主成分としての含有量を有する半導体基板であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記単結晶基板は、Si或いはSiとGeの両者を合わせて主成分としての含有量を有する半導体基板であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層が、Si、或いはSiとGeの両者を合わせて主成分としての含有量を有する半導体層であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層が、Si、或いはSiとGeの両者を合わせて主成分としての含有量を有する半導体層であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層の少なくとも一者が、炭素(C)を含有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層の少なくとも一者が、炭素(C)を含有することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層の少なくとも一者が、炭素(C)を含有することを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層の少なくとも一者が、炭素(C)を含有することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
- 単結晶基板と、前記単結晶基板上に形成された、ドーピング濃度が1×1019cm−3以上である第1導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層上に形成された、ドーピング濃度が1×1019cm−3以上である、第1導電型と反対導電型である第2導電型の第2の半導体層とを有し、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の界面における酸素濃度と炭素濃度が共に約1×1019cm−3以下であることを特徴とする半導体装置。
- 単結晶基板と、単結晶基板上に形成された、ドーピング濃度が1×1019cm−3以上である第1導電型の第1の半導体層と、該第1の半導体層上に形成された、ドーピング濃度が5×1017cm−3以下である、第1導電型と反対導電型である第2導電型の第2の半導体層とを有し、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の界面における酸素濃度と炭素濃度が共に約1×1019cm−3以下であることを特徴とする半導体装置。
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