JP2007027774A - Semiconductor device and method for manufacturing same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the reliability of a semiconductor device by reducing the crystalline defects and the surface roughness of a silicon germanium film epitaxially grown on a semiconductor substrate. <P>SOLUTION: A silicon germanium film 71 is epitaxially grown on a semiconductor wafer 70 and a distorted silicon film 72 is epitaxially grown on the silicon germanium film 71. The distribution of the germanium concentration in the direction of the thickness of the silicon germanium film 71 has a peak of the maximum concentration in the middle area in the direction of the thickness of the silicon germanium film 71. After that, a semiconductor device is formed on the semiconductor wafer 70 on which the silicon germanium film 71 and the distorted silicon film 72 have been formed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置技術に関し、特に、半導体基板上にシリコンゲルマニウム膜を形成した半導体装置の製造方法および半導体装置に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device technology, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device in which a silicon germanium film is formed on a semiconductor substrate and a technology effective when applied to the semiconductor device.

足利らによる特開平6―69131号公報(特許文献1)には、SiGeフィルム形成における減圧CVD法及び常圧CVD法に関する考察並びにそれらの欠陥を改善した新規なSiGeフィルム形成方法が記載されている。
特開平6―69131号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-69131 by Ashikaga et al. (Patent Document 1) describes a consideration on a low pressure CVD method and an atmospheric pressure CVD method in forming a SiGe film and a novel SiGe film forming method in which those defects are improved. .
JP-A-6-69131

近年、半導体装置の高速化が進んできており、その対応策の一つとして、シリコンゲルマニウム(SiGe:Silicon-Germanium)薄膜を用いることが採用されてきている。例えば、シリコン基板上にシリコンゲルマニウム膜とシリコン膜を順にエピタキシャル成長させ、このシリコン膜にMOSトランジスタなどの半導体素子を形成して半導体装置を製造する。   In recent years, the speed of semiconductor devices has been increased, and as one of countermeasures, the use of a silicon germanium (SiGe) thin film has been adopted. For example, a silicon germanium film and a silicon film are sequentially epitaxially grown on a silicon substrate, and a semiconductor element such as a MOS transistor is formed on the silicon film to manufacture a semiconductor device.

シリコンゲルマニウム膜の成膜方法として、MBE(molecular beam epitaxy)法、UHV−CVD(ultrahigh vacuum chemical vapor deposition)法で行う成膜法を用いることが考えられる。   As a method for forming the silicon germanium film, it is conceivable to use a film forming method performed by MBE (molecular beam epitaxy) method or UHV-CVD (ultrahigh vacuum chemical vapor deposition) method.

しかしながら、これらの成膜法の場合、高真空下でシリコンゲルマニウム膜を形成するので、成膜装置に高度な真空排気設備が必要となる。このため、成膜装置が大型化し、半導体装置の製造コストが高くなる。また、高真空下での成膜では、シリコンゲルマニウム膜の成膜速度が比較的小さい。このため、シリコンゲルマニウム膜の成膜に要する時間が長くなり、半導体装置の製造時間を増大させる。   However, in these film forming methods, since the silicon germanium film is formed under a high vacuum, an advanced vacuum exhaust equipment is required for the film forming apparatus. For this reason, the film-forming apparatus becomes large and the manufacturing cost of the semiconductor device increases. Further, in the film formation under high vacuum, the film formation speed of the silicon germanium film is relatively small. For this reason, the time required for forming the silicon germanium film becomes longer, and the manufacturing time of the semiconductor device is increased.

また、シリコンゲルマニウム膜の成膜方法として、常圧下で層流を用いて行う枚葉式のCVD法を用いることも考えられる。この場合、シリコンゲルマニウム膜の成膜速度を比較的大きくすることができるが、枚葉式であるという条件も加わるため、厚膜の成膜の場合には半導体装置の生産性が悪いという実用上の問題が生じてしまう。また、このタイプのCVD装置を用いた場合、成膜装置の処理室内に導入されたガスが層流となって処理室内を流れ、半導体基板上に形成されるシリコンゲルマニウム膜の膜質を向上しにくい。このため、半導体装置の製造歩留まりが低下してしまう。   In addition, as a method for forming a silicon germanium film, a single wafer CVD method using a laminar flow under normal pressure may be used. In this case, the film formation speed of the silicon germanium film can be made relatively high, but since the condition that it is a single wafer type is also added, the productivity of semiconductor devices is poor in the case of thick film formation. Problem arises. Further, when this type of CVD apparatus is used, the gas introduced into the processing chamber of the film forming apparatus flows in the processing chamber as a laminar flow, and it is difficult to improve the film quality of the silicon germanium film formed on the semiconductor substrate. . For this reason, the manufacturing yield of the semiconductor device decreases.

また、シリコン基板上にエピタキシャル成長したシリコンゲルマニウム膜に結晶欠陥が多い場合や表面粗度が大きい場合、製造される半導体装置の信頼性が低下し、半導体装置の製造歩留まりが低下する恐れがある。   In addition, when the silicon germanium film epitaxially grown on the silicon substrate has many crystal defects or the surface roughness is high, the reliability of the manufactured semiconductor device may be reduced, and the manufacturing yield of the semiconductor device may be reduced.

本発明の目的は、製造時間を短縮できる半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device that can reduce the manufacturing time.

本発明の他の目的は、製造歩留まりを向上できる半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device capable of improving the manufacturing yield.

本発明の他の目的は、信頼性を向上できる半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device that can improve reliability.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明の半導体装置の製造方法は、バッチ式の成膜装置を用いて常圧および準常圧領域の圧力下でシリコンゲルマニウム膜を成膜するものである。   The semiconductor device manufacturing method of the present invention forms a silicon germanium film under a pressure in a normal pressure region and a sub-normal pressure region using a batch type film forming device.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、成膜装置の処理室内に乱流が生じるようにガスを導入し、シリコンゲルマニウム膜を成膜するものである。   In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a silicon germanium film is formed by introducing a gas so that a turbulent flow is generated in a processing chamber of the film forming apparatus.

また、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成されたシリコンゲルマニウム膜の厚み方向のゲルマニウム濃度分布が、シリコンゲルマニウム膜の中間領域にピークを有しているものである。   In the semiconductor device of the present invention, the germanium concentration distribution in the thickness direction of the silicon germanium film formed on the semiconductor substrate has a peak in the intermediate region of the silicon germanium film.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にシリコンゲルマニウム膜をエピタキシャル成長させる工程と、前記シリコンゲルマニウム膜上にシリコン膜をエピタキシャル成長させる工程とを有し、前記シリコンゲルマニウム膜の厚み方向のゲルマニウム濃度分布は、前記シリコンゲルマニウム膜の厚み方向の中間領域に最大濃度のピークを有するようにゲルマニウムを含むガス流量を制御して形成するものである。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of epitaxially growing a silicon germanium film on a semiconductor substrate and a step of epitaxially growing a silicon film on the silicon germanium film, the thickness direction of the silicon germanium film being The germanium concentration distribution is formed by controlling the flow rate of the gas containing germanium so as to have a maximum concentration peak in an intermediate region in the thickness direction of the silicon germanium film.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

常圧および準常圧領域の圧力でシリコンゲルマニウム膜を成膜することにより、シリコンゲルマニウム膜の成膜速度を高めることができる。   By depositing the silicon germanium film at a pressure in the normal pressure and sub-normal pressure regions, the deposition rate of the silicon germanium film can be increased.

バッチ式の成膜装置を用いてシリコンゲルマニウム膜を成膜することにより、半導体装置の製造時間を短縮できる。   By forming a silicon germanium film using a batch type film forming apparatus, the manufacturing time of the semiconductor device can be shortened.

成膜装置の処理室内に導入した成膜用のガスに乱流を生じさせてシリコンゲルマニウム膜を成膜することにより、シリコンゲルマニウム膜の膜質および膜厚を均一にすることができる。   By forming a silicon germanium film by generating a turbulent flow in the film forming gas introduced into the processing chamber of the film forming apparatus, the film quality and film thickness of the silicon germanium film can be made uniform.

半導体基板上にエピタキシャル成長されたシリコンゲルマニウム膜の厚み方向のゲルマニウム濃度分布が、シリコンゲルマニウム膜の厚み方向の中間領域にピークを有することにより、シリコンゲルマニウム膜中の欠陥を低減できる。また、表面をより平坦化できる。   Since the germanium concentration distribution in the thickness direction of the silicon germanium film epitaxially grown on the semiconductor substrate has a peak in the middle region in the thickness direction of the silicon germanium film, defects in the silicon germanium film can be reduced. In addition, the surface can be further flattened.

本願発明を詳細に説明する前に、本願における用語の意味を説明すると次の通りである。   Before describing the present invention in detail, the meaning of terms in the present application will be described as follows.

1.ガスの乱流とは、ガスの流れに渦が発生し、その渦が不規則に変化する状態をいう。ガスの乱流においては、渦の位置、向き、形状または大きさなどが一定せずに不規則に変化しあるいはゆらいでいる。   1. Gas turbulence refers to a state in which a vortex is generated in the gas flow and the vortex changes irregularly. In the turbulent flow of gas, the position, direction, shape, size, etc. of the vortex are not constant and vary irregularly or fluctuate.

2.常圧および準常圧領域とは、常圧領域と準常圧領域とを合わせたものをいう。常圧領域は、88000〜115000Pa(660〜860Torr)程度の圧力である。準常圧領域は、20000〜88000Pa(150〜660Torr)程度の圧力である準常圧減圧領域と、115000Pa〜180000Pa(860〜1350Torr)程度の圧力である準常圧加圧領域とからなる。従って、常圧および準常圧領域は、20000〜180000Pa(150〜1350Torr、0.2〜1.8気圧)程度の圧力に対応する。   2. The normal pressure and quasi-normal pressure regions refer to a combination of the normal pressure region and the quasi-normal pressure region. The normal pressure region is a pressure of about 88000 to 115000 Pa (660 to 860 Torr). The quasi-normal pressure region is composed of a quasi-normal pressure depressurization region having a pressure of about 20000 to 88000 Pa (150 to 660 Torr) and a quasi-normal pressure pressurization region having a pressure of about 115,000 Pa to 180000 Pa (860 to 1350 Torr). Accordingly, the normal pressure and quasi-normal pressure regions correspond to pressures of about 20000 to 18000 Pa (150 to 1350 Torr, 0.2 to 1.8 atmospheres).

3.非晶質膜とは、原子の配列に秩序性がないアモルファス状態の膜、種々の結晶方位をもつ結晶粒が結晶粒界を境として集合した多結晶膜、およびアモルファスと多結晶の間の微結晶構造を有する微結晶膜を含む。   3. An amorphous film is an amorphous film with no ordering of atomic arrangement, a polycrystalline film in which crystal grains with various crystal orientations gather at the grain boundary, and a fine film between amorphous and polycrystalline. A microcrystalline film having a crystal structure is included.

4.シリコンゲルマニウム等物質名を言う場合、特にその旨記載した場合を除き、表示された物質のみを示すものではなく、示された物質(元素,原子群,分子,化合物等)を主要な成分,組成成分とするまたは、主要な成分とするものを含むものとする。従って、ガス成分等についても、表示されたもののほか、添加ガス,キャリアガス,希釈ガス,副次的な効果を目的として添加された補助成分ガス等の各種添加又は複合成分を排除しないものとする。   4). When referring to the name of a substance such as silicon germanium, unless otherwise indicated, it does not indicate only the indicated substance, but the indicated substance (element, atomic group, molecule, compound, etc.) It shall be included as a component or as a main component. Therefore, in addition to the displayed gas components, etc., various additives such as additive gas, carrier gas, dilution gas, auxiliary component gas added for the purpose of secondary effects, or composite components shall not be excluded. .

5.本願において半導体装置というときは、特に単結晶シリコン基板上に作られるものだけでなく、特にそうでない旨が明示された場合を除き、SOI(Silicon On Insulator)基板、SOS(Silicon On Sapphire)基板あるいはTFT(Thin Film Transistor)液晶製造用基板などといった他の基板上に作られるものを含むものとする。   5. In the present application, a semiconductor device is not limited to a device manufactured on a single crystal silicon substrate, and unless otherwise specified, an SOI (Silicon On Insulator) substrate, an SOS (Silicon On Sapphire) substrate, It shall include those made on other substrates such as TFT (Thin Film Transistor) liquid crystal manufacturing substrates.

6.半導体基板とは、半導体集積回路の製造に用いるシリコンその他の半導体単結晶基板(一般にほぼ円板形、半導体ウエハ)、サファイア基板、ガラス基板、その他の絶縁、反絶縁または半導体基板等並びにそれらの複合的基板を言う。   6). A semiconductor substrate is a silicon or other semiconductor single crystal substrate (generally disk-shaped, semiconductor wafer), a sapphire substrate, a glass substrate, other insulating, anti-insulating, or semiconductor substrates used in the manufacture of semiconductor integrated circuits, and their composites. Say the target board.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Also, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted.

また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。   In the drawings used in the present embodiment, hatching may be added even in a plan view for easy understanding of the drawings.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本実施の形態の半導体装置の製造工程で用いられる半導体製造装置の概念的な構造を示す一部切欠き正面図である。図2は、図1の半導体製造装置の一部切欠き上面図である。なお、図1においては、切欠き部分は概念的な断面が示されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a partially cutaway front view showing a conceptual structure of a semiconductor manufacturing apparatus used in the semiconductor device manufacturing process of the present embodiment. 2 is a partially cut-out top view of the semiconductor manufacturing apparatus of FIG. In FIG. 1, a conceptual cross section is shown for the notched portion.

図1および図2に示される半導体製造装置1は、半導体基板上にシリコンゲルマニウム膜やシリコン膜を形成する工程で使用される成膜装置であり、例えばバッチ式のCVD装置である。なお、理解を簡単にするために、処理室2およびその内部以外の半導体装置1の構造については、図示および詳しい説明を省略する。   A semiconductor manufacturing apparatus 1 shown in FIGS. 1 and 2 is a film forming apparatus used in a process of forming a silicon germanium film or a silicon film on a semiconductor substrate, for example, a batch type CVD apparatus. For the sake of easy understanding, illustration and detailed description of the structure of the semiconductor device 1 other than the processing chamber 2 and the inside thereof are omitted.

半導体製造装置1は、反応室または処理室2と、処理室2内に配置されたサセプタ3と、サセプタ3を支持するサセプタ支持台4と、サセプタ3の下方に配置され、コイルカバー5内に収容された高周波コイル6と、種々のガスを処理室2内に導入するためのガスノズル7と、処理室2内からガスを排気するためのガス排気口8とを備えている。   The semiconductor manufacturing apparatus 1 includes a reaction chamber or a processing chamber 2, a susceptor 3 disposed in the processing chamber 2, a susceptor support 4 that supports the susceptor 3, and a susceptor 3. The housed high-frequency coil 6, a gas nozzle 7 for introducing various gases into the processing chamber 2, and a gas exhaust port 8 for exhausting gas from the processing chamber 2 are provided.

処理室2は気密が可能な反応室であり、ベースプレート9と、ベースプレート9にOリングなどを介して気密可能に接続されたベルジャ10と、ベルジャパージ部11とを有している。ベルジャ10は、内壁(内部)側の石英ベルジャ10aと、外壁(外部)側のステンレス製ベルジャ10bとからなり、ステンレス製ベルジャ10bには処理室2内を観察可能とする覗窓10cが設けられている。   The processing chamber 2 is an airtight reaction chamber, and includes a base plate 9, a bell jar 10 connected to the base plate 9 through an O-ring or the like so as to be air tight, and a bell jar purge unit 11. The bell jar 10 is composed of a quartz bell jar 10a on the inner wall (inside) side and a stainless steel bell jar 10b on the outer wall (outside) side. The stainless bell jar 10b is provided with a viewing window 10c that allows the inside of the processing chamber 2 to be observed. ing.

ベースプレート9とベルジャ10に囲まれた空間である処理室2内で、サセプタ3はサセプタ支持台4に支持され、かつ処理室2内でサセプタ回転方向3aに回転可能に構成されている。サセプタ3は、例えばカーボンなどからなり、その表面が例えば炭化ケイ素(SiC)などによってコーティングされている。また、サセプタ3上には、複数の半導体ウエハ(半導体基板)12が配置できるように構成されている。   In the processing chamber 2 which is a space surrounded by the base plate 9 and the bell jar 10, the susceptor 3 is supported by the susceptor support 4 and is configured to be rotatable in the susceptor rotation direction 3a in the processing chamber 2. The susceptor 3 is made of, for example, carbon, and the surface thereof is coated with, for example, silicon carbide (SiC). In addition, a plurality of semiconductor wafers (semiconductor substrates) 12 can be arranged on the susceptor 3.

コイルカバー5内に収容された高周波コイル6は、処理室2外部の図示しない高周波電源に接続され、高周波電源から高周波コイル6に高周波電圧または高周波電力を印加または供給できるように構成されている。高周波コイル6に高周波電力を供給すると、内部がカーボンなどからなるサセプタ3には誘導電流が発生し、サセプタ3の温度を例えば1200℃程度まで上昇させることができる。これにより、サセプタ3上に配置された半導体ウエハ12を所望の温度に加熱(RF加熱方式)することができる。   The high frequency coil 6 accommodated in the coil cover 5 is connected to a high frequency power source (not shown) outside the processing chamber 2 and is configured to apply or supply a high frequency voltage or high frequency power from the high frequency power source to the high frequency coil 6. When high-frequency power is supplied to the high-frequency coil 6, an induced current is generated in the susceptor 3 whose inside is made of carbon or the like, and the temperature of the susceptor 3 can be raised to, for example, about 1200 ° C. Thereby, the semiconductor wafer 12 arrange | positioned on the susceptor 3 can be heated to desired temperature (RF heating system).

ガスノズル7は、図示しないガス導入手段に接続され、ガスノズル7から所望のガスが所望の流量で処理室2内に導入できるように構成されている。ガス排気口8は、図示しないガス排気管に接続され、ガスノズル7から処理室2内に導入されたガスを排気できるように構成されている。また、図2では、ガス排気口8は1つしか示されていないが、図示されたガス排気口8と対称の位置(処理室2端部)にもガス排気口8が形成されている。ガス排気口8の数は、必要に応じて増減することもできる。   The gas nozzle 7 is connected to a gas introduction unit (not shown), and is configured so that a desired gas can be introduced from the gas nozzle 7 into the processing chamber 2 at a desired flow rate. The gas exhaust port 8 is connected to a gas exhaust pipe (not shown) and configured to exhaust the gas introduced from the gas nozzle 7 into the processing chamber 2. In FIG. 2, only one gas exhaust port 8 is shown, but the gas exhaust port 8 is also formed at a position symmetrical to the illustrated gas exhaust port 8 (end of the processing chamber 2). The number of gas exhaust ports 8 can be increased or decreased as necessary.

本実施の形態では、ガスノズル7は、サセプタ3の略中央から上方に突出するように配置され、サセプタ3上に配置された複数の半導体ウエハ12の上方において、ガスを処理室2内に導入するように構成されている。   In the present embodiment, the gas nozzle 7 is disposed so as to protrude upward from the approximate center of the susceptor 3, and gas is introduced into the processing chamber 2 above the plurality of semiconductor wafers 12 disposed on the susceptor 3. It is configured as follows.

図3は、ガスノズル7の先端付近の構造を概念的に示す側面図であり、図4はその上面図である。ガスノズル7は、丸みを帯びたその先端付近において、複数の孔7aが形成されており、各孔7aから所定のガスが処理室2内に放出または導入される。各孔7aは例えば4mmの直径を有し、例えば9個の孔7aが、ガスノズル7の先端の曲面の種々の位置に形成されている。このため、孔7aは種々の方向を向いており、ガスノズル7の孔7aを介して、処理室2の内部から処理室2の内壁に向かう複数の方向にガスが放出される。また、ガスノズル7を処理室2内で回転できるように構成することもできる。   3 is a side view conceptually showing the structure near the tip of the gas nozzle 7, and FIG. 4 is a top view thereof. In the gas nozzle 7, a plurality of holes 7 a are formed in the vicinity of the rounded tip, and a predetermined gas is discharged or introduced into the processing chamber 2 from each hole 7 a. Each hole 7a has a diameter of, for example, 4 mm, and nine holes 7a are formed at various positions on the curved surface at the tip of the gas nozzle 7, for example. For this reason, the hole 7a is directed in various directions, and the gas is released from the inside of the processing chamber 2 to the inner wall of the processing chamber 2 through the hole 7a of the gas nozzle 7. Further, the gas nozzle 7 can be configured to be able to rotate in the processing chamber 2.

ガスノズル7の複数の孔7aから処理室2内に導入または放出されたガスの流れは、処理室2内で様々な方向性を有する。例えば、図1〜図4においてガス放出方向13として示されるように、ガスノズル7から孔7aを介して、水平方向(サセプタ3に平行な方向すなわち半導体ウエハ12の主面に平行な方向)、上方または垂直方向(サセプタ3に垂直な方向すなわち半導体ウエハ12の主面に垂直な方向)、および水平と垂直との中間の任意の方向などにガスが放出される。ガスノズル7からガスを放出または噴出する際の、ガスノズル7の孔7aからのガスの噴出し速度は例えば25m/秒である。ガスノズル7からガスを放出する際のガス圧力(ガス供給圧力)は例えば約200000Pa(約2kgf/cm)であり、ガス流量は例えば170slm(standard liters per minute)である。また、ガスノズル7の孔7aから処理室2内に放出されたガスは、処理室2の内壁などに衝突する。このため、処理室2内に導入されたガスの流れは層流とはならずに、乱流が発生する。図1および図2においては、処理室2内での平均流または代表的なガスの流れ13aが矢印で模式的に示されているが、乱流により処理室2内のガスの流れには渦(渦流)が生じ、この渦は不規則に変化する。乱流が生じ、半導体ウエハ12の上方において流れに渦が生じたガスは、処理室2内で強制的に対流させられる。また、処理室2内のガスの流れの渦は、一定せずに不規則に変化する。このため、処理室2内のガスは均質化される。これにより、サセプタ3上に配置された複数の半導体ウエハ12上でガス成分が均一または均質に滞在できる。従って、半導体ウエハ12上にCVD法などで形成されたシリコンゲルマニウム膜やシリコン膜の膜質および膜厚を、半導体ウエハ12間および半導体ウエハ12面内で均一にすることができる。反応に寄与しなかったガスは、ガス排気口8から処理室2の外部に排出される。なお、この実施の形態の場合はガスノズル7から複数方向にガスが放出されているが、一方向、たとえば上方または垂直方向の一方向のみでもよい。 The flow of the gas introduced or released into the processing chamber 2 from the plurality of holes 7 a of the gas nozzle 7 has various directions in the processing chamber 2. For example, as shown as a gas discharge direction 13 in FIGS. 1 to 4, a horizontal direction (a direction parallel to the susceptor 3, that is, a direction parallel to the main surface of the semiconductor wafer 12), upward from the gas nozzle 7 through the hole 7 a. Alternatively, the gas is released in a vertical direction (a direction perpendicular to the susceptor 3, that is, a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor wafer 12) and an arbitrary direction between the horizontal and vertical directions. When the gas is discharged or ejected from the gas nozzle 7, the gas ejection speed from the hole 7 a of the gas nozzle 7 is, for example, 25 m / sec. The gas pressure (gas supply pressure) when the gas is discharged from the gas nozzle 7 is, for example, about 200000 Pa (about 2 kgf / cm 2 ), and the gas flow rate is, for example, 170 slm (standard liters per minute). Further, the gas released into the processing chamber 2 from the hole 7 a of the gas nozzle 7 collides with the inner wall of the processing chamber 2 and the like. For this reason, the flow of the gas introduced into the processing chamber 2 does not become a laminar flow, but a turbulent flow is generated. In FIG. 1 and FIG. 2, an average flow or a typical gas flow 13 a in the processing chamber 2 is schematically indicated by an arrow, but turbulence causes a vortex in the gas flow in the processing chamber 2. (Vortex) occurs, and this vortex changes irregularly. The gas in which the turbulent flow is generated and the vortex is generated in the flow above the semiconductor wafer 12 is forcibly convected in the processing chamber 2. Further, the vortex of the gas flow in the processing chamber 2 is not constant and changes irregularly. For this reason, the gas in the processing chamber 2 is homogenized. Thereby, gas components can stay uniformly or homogeneously on the plurality of semiconductor wafers 12 disposed on the susceptor 3. Therefore, the silicon germanium film or silicon film formed on the semiconductor wafer 12 by the CVD method or the like can be made uniform in film quality and thickness between the semiconductor wafers 12. The gas that has not contributed to the reaction is discharged from the gas exhaust port 8 to the outside of the processing chamber 2. In this embodiment, the gas is discharged from the gas nozzle 7 in a plurality of directions, but it may be only in one direction, for example, one direction in the upward or vertical direction.

次に、本実施の形態の半導体装置、例えばMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)、の製造工程を、図面を参照して説明する。図5〜図9は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。   Next, a manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, for example, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) will be described with reference to the drawings. 5 to 9 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.

まず、例えばシリコン基板からなる複数の半導体ウエハ(半導体基板)12を準備する。半導体ウエハ12としては、例えばシリコン単結晶の(100)4度off基板、すなわちシリコンの(100)面から4度傾いた主面を有する単結晶シリコン基板(シリコンウエハ)を用いることができる。   First, a plurality of semiconductor wafers (semiconductor substrates) 12 made of, for example, a silicon substrate are prepared. As the semiconductor wafer 12, for example, a silicon single crystal (100) 4 degree off substrate, that is, a single crystal silicon substrate (silicon wafer) having a main surface inclined by 4 degrees from the (100) plane of silicon can be used.

次に、半導体ウエハ12を半導体装置1に搬入し、サセプタ3上に半導体ウエハ12を配置する。それから、半導体製造装置1の高周波コイル6に高周波電源から高周波電力を印加または供給する。これにより、サセプタ3が誘導電流によって加熱され、それによって半導体ウエハ12が所定の温度に加熱される。そして、処理室2内にガスノズル7から、成膜用のガスを導入する。すなわち、キャリアガスとして例えば水素ガス(H)、シリコンソースガスとして例えばモノシラン(SiH)ガス、P型ドーピングガスとして例えばHで希釈された30ppm濃度のジボラン(B)ガス、およびゲルマニウムソースガスとして例えばHで希釈された1%濃度のモノゲルマン(GeH)ガスが、処理室2内に導入される。処理室2に導入されたガスが反応して半導体ウエハ12上に堆積することにより、各半導体ウエハ12上にシリコンゲルマニウム膜(SiGe膜)21がエピタキシャル成長する。この際、処理室2内の圧力は、常圧および準常圧領域の圧力とすることが好ましく、常圧領域の圧力であればより好ましい。すなわち、シリコンゲルマニウム膜の成膜工程における処理室2内の圧力は、20000〜180000Pa(150〜1350Torr)の範囲内とすることが好ましく、より好ましくは60000〜140000Pa(450〜1050Torr)、更に好ましくは88000〜115000Pa(660〜860Torr)である。これにより、上記したように、処理室2内でガスノズル7から放出された水素ガス(H)、モノシラン(SiH)ガス、ジボラン(B)ガスおよびモノゲルマン(GeH)ガスは、処理室2内で乱流を発生することができ、シリコンゲルマニウム膜21の膜質および膜厚を均一にすることが可能となる。 Next, the semiconductor wafer 12 is carried into the semiconductor device 1 and the semiconductor wafer 12 is placed on the susceptor 3. Then, high frequency power is applied or supplied from the high frequency power source to the high frequency coil 6 of the semiconductor manufacturing apparatus 1. Thereby, the susceptor 3 is heated by the induced current, and thereby the semiconductor wafer 12 is heated to a predetermined temperature. Then, a film forming gas is introduced into the processing chamber 2 from the gas nozzle 7. That is, for example, hydrogen gas (H 2 ) as a carrier gas, monosilane (SiH 4 ) gas as a silicon source gas, diborane (B 2 H 6 ) gas having a concentration of 30 ppm diluted with H 2 as a P-type doping gas, and As a germanium source gas, for example, 1% concentration monogermane (GeH 4 ) gas diluted with H 2 is introduced into the processing chamber 2. The gas introduced into the processing chamber 2 reacts and deposits on the semiconductor wafer 12, whereby a silicon germanium film (SiGe film) 21 is epitaxially grown on each semiconductor wafer 12. At this time, the pressure in the processing chamber 2 is preferably a normal pressure and a quasi-normal pressure region pressure, and more preferably a normal pressure region pressure. That is, the pressure in the processing chamber 2 in the film formation process of the silicon germanium film is preferably in the range of 20000 to 18000 Pa (150 to 1350 Torr), more preferably 60000 to 140000 Pa (450 to 1050 Torr), and still more preferably. 88000 to 115000 Pa (660 to 860 Torr). Thereby, as described above, the hydrogen gas (H 2 ), monosilane (SiH 4 ) gas, diborane (B 2 H 6 ) gas, and monogermane (GeH 4 ) gas released from the gas nozzle 7 in the processing chamber 2 are A turbulent flow can be generated in the processing chamber 2, and the film quality and film thickness of the silicon germanium film 21 can be made uniform.

また、上記のように本実施の形態では処理室2内の圧力が、MBE装置(成膜時の処理室内の圧力は10−4〜10−3Pa程度の超高真空領域)、UHV−CVD装置(成膜時の処理室内の圧力は0.1Pa程度の高真空領域)および減圧CVD装置(成膜時の処理室内の圧力は10〜1000Pa程度の減圧領域)などの場合と比較して高いので、シリコンゲルマニウム膜21の成長速度または成膜速度を、MBE装置、UHV−CVD装置および減圧CVD装置などを用いた場合よりも高めることができる。また、処理室2内の圧力が、常圧および準常圧領域の範囲内で外気の圧力より小さければ、Oリングなどを介したベースプレート9とベルジャ10の結合をより強固にすることもできる。 Further, as described above, in the present embodiment, the pressure in the processing chamber 2 is the MBE apparatus (the pressure in the processing chamber during film formation is an ultrahigh vacuum region of about 10 −4 to 10 −3 Pa), UHV-CVD. Compared to the case of the apparatus (the pressure in the processing chamber during film formation is a high vacuum region of about 0.1 Pa) and the low pressure CVD device (the pressure in the processing chamber during film formation is a low pressure region of about 10 to 1000 Pa). Therefore, the growth rate or deposition rate of the silicon germanium film 21 can be increased as compared with the case where an MBE apparatus, a UHV-CVD apparatus, a low pressure CVD apparatus, or the like is used. Further, if the pressure in the processing chamber 2 is smaller than the pressure of the outside air within the range of normal pressure and quasi-normal pressure, the connection between the base plate 9 and the bell jar 10 via the O-ring or the like can be further strengthened.

なお、シリコンソースガスとしては、モノシラン(SiH)ガスだけでなく、それ以外のシリコンソース、例えばジシラン(Si)ガスを用いてもよい。また、Cl元素を含んだジクロロルシラン(SiHCl)ガス、トリクロロルシラン(SiHCl)ガスまたは四塩化ケイ素(SiCl)ガスなどをシリコンソースガスとして用いることもできる。また、このようなガスにHClガスを添加してもよい。これにより、シリコンゲルマニウム膜21の成長速度の向上や、異物低減などの品質向上を図ることができる。また、ゲルマニウムソースガスとして、GeHガスの代わりに、四塩化ゲルマニウム(GeCl)ガスまたはGeガスなどを用いてもよい。また、P型ドーピングガス、例えばBガスを用いることによりP型のシリコンゲルマニウム膜21を形成したが、P型ドーピングガスの代わりにN型ドーピングガス、例えばホスフィン(PH)ガスを用いることもできる。これにより、半導体ウエハ12上にN型のシリコンゲルマニウム膜を形成することが可能となる。 As the silicon source gas, not only monosilane (SiH 4 ) gas but also other silicon source, for example, disilane (Si 2 H 6 ) gas may be used. Alternatively, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas, trichlorosilane (SiHCl 3 ) gas, or silicon tetrachloride (SiCl 4 ) gas containing Cl element can be used as the silicon source gas. Further, HCl gas may be added to such a gas. Thereby, it is possible to improve the growth rate of the silicon germanium film 21 and improve the quality such as the reduction of foreign matter. As the germanium source gas, germanium tetrachloride (GeCl 4 ) gas or Ge 2 H 6 gas may be used instead of GeH 4 gas. Further, the P-type silicon germanium film 21 is formed by using a P-type doping gas, for example, B 2 H 6 gas, but an N-type doping gas, for example, phosphine (PH 3 ) gas is used instead of the P-type doping gas. You can also. As a result, an N-type silicon germanium film can be formed on the semiconductor wafer 12.

その後、処理室2内へのモノゲルマンガスの導入を停止し、処理室2内にガスノズル7から導入するガスを、キャリアガスとしての水素ガス(H)、シリコンソースガスとしてのモノシラン(SiH)ガスおよびP型ドーピングガスとしてのBガスとする。これにより、シリコンゲルマニウム膜21の成長は終了し、シリコンゲルマニウム膜21上にシリコン膜(歪シリコン膜)22がエピタキシャル成長する。この際、シリコンゲルマニウムとシリコンの格子定数の違いにより、シリコンゲルマニウム膜21上には、通常のシリコン結晶の格子定数より大きな格子定数を有するシリコン膜22、いわゆる歪シリコン膜22が形成される。歪シリコン膜22では、通常のシリコン膜と比較して、電子の移動度が向上(増大)する。このため、後述するように歪シリコン膜22に形成されたMISFETでは、ソース・ドレイン間を移動する電子の移動度が向上し、半導体装置を高速化することが可能となる。 Thereafter, the introduction of the monogermane gas into the processing chamber 2 is stopped, and the gas introduced into the processing chamber 2 from the gas nozzle 7 is replaced with hydrogen gas (H 2 ) as a carrier gas and monosilane (SiH 4 as a silicon source gas). ) Gas and B 2 H 6 gas as P-type doping gas. Thereby, the growth of the silicon germanium film 21 is completed, and the silicon film (strained silicon film) 22 is epitaxially grown on the silicon germanium film 21. At this time, due to the difference in lattice constant between silicon germanium and silicon, a silicon film 22 having a lattice constant larger than that of a normal silicon crystal, that is, a so-called strained silicon film 22 is formed on the silicon germanium film 21. In the strained silicon film 22, the mobility of electrons is improved (increased) compared to a normal silicon film. For this reason, as will be described later, in the MISFET formed in the strained silicon film 22, the mobility of electrons moving between the source and the drain is improved, and the speed of the semiconductor device can be increased.

このようにして各半導体ウエハ12上にシリコンゲルマニウム膜21および歪シリコン膜22がエピタキシャル成長され、図5の構造が得られる。   In this way, the silicon germanium film 21 and the strained silicon film 22 are epitaxially grown on each semiconductor wafer 12 to obtain the structure of FIG.

半導体ウエハ12が半導体装置1から取り出された後、半導体ウエハ12のそれぞれにおいて半導体素子が形成される。ここでは、1枚の半導体ウエハ12に半導体素子を形成する工程について説明するが、他の半導体ウエハ12についても同様にして半導体素子を形成することができる。   After the semiconductor wafer 12 is taken out from the semiconductor device 1, semiconductor elements are formed in each of the semiconductor wafers 12. Here, a process of forming a semiconductor element on one semiconductor wafer 12 will be described, but a semiconductor element can be formed on other semiconductor wafers 12 in the same manner.

図6には図示してはいないが半導体ウエハ12の主面にウェル領域を形成するための不純物イオン注入を必要に応じて行う。例えばホウ素(B)などの不純物を注入すればP型のウェル領域が形成でき、リン(P)などの不純物を注入すればN型のウェル領域が形成できる。また、ホトレジストをマスクとすることにより、所望の領域のみに不純物を注入できる。   Although not shown in FIG. 6, impurity ion implantation for forming a well region in the main surface of the semiconductor wafer 12 is performed as necessary. For example, if an impurity such as boron (B) is implanted, a P-type well region can be formed, and if an impurity such as phosphorus (P) is implanted, an N-type well region can be formed. Further, by using a photoresist as a mask, impurities can be implanted only in a desired region.

次に、図6に示されるように、シリコンゲルマニウム膜21および歪シリコン膜22が形成された半導体ウエハ(いわゆるSiGeエピタキシャルウエハ)12の主面に、酸化シリコンなどからなる素子分離領域23が形成される。素子分離領域23は、例えばLOCOS(Local Oxidation of Silicon )法などによって形成することができる。また、素子分離領域23は、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法により、半導体ウエハ12の主面に形成した溝に酸化シリコン膜を埋め込むことにより形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 6, an element isolation region 23 made of silicon oxide or the like is formed on the main surface of the semiconductor wafer (so-called SiGe epitaxial wafer) 12 on which the silicon germanium film 21 and the strained silicon film 22 are formed. The The element isolation region 23 can be formed by, for example, a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method. The element isolation region 23 may be formed by embedding a silicon oxide film in a groove formed in the main surface of the semiconductor wafer 12, for example, by STI (Shallow Trench Isolation).

それから、半導体ウエハ12の表面(すなわち歪シリコン膜22の表面)にゲート絶縁膜24が形成される。ゲート絶縁膜24は、例えば薄いシリコン酸化膜などからなり、半導体ウエハ12を熱酸化することなどによって形成することができる。   Then, a gate insulating film 24 is formed on the surface of the semiconductor wafer 12 (that is, the surface of the strained silicon film 22). The gate insulating film 24 is made of, for example, a thin silicon oxide film, and can be formed by thermally oxidizing the semiconductor wafer 12.

次に、図7に示されるように、半導体ウエハ12上に、シリコンゲルマニウム膜25が形成される。シリコンゲルマニウム膜25は、半導体製造装置1を用いてシリコンゲルマニウム膜21とほぼ同様にして形成することができる。下地のゲート絶縁膜24はシリコン酸化膜からなり、ゲート絶縁膜24上に形成されるシリコンゲルマニウム膜25は多結晶シリコンゲルマニウム膜からなる。また、半導体製造装置1を用いて、微結晶シリコンゲルマニウム膜またはアモルファスシリコンゲルマニウム膜からなるシリコンゲルマニウム膜25を形成してもよい。すなわち、シリコンゲルマニウム膜25は非晶質のシリコンゲルマニウム膜から構成され得る。シリコンゲルマニウム膜25の成膜工程では、シリコンゲルマニウム膜21の成膜工程と同様のガスを用いることができる。この場合はシリコンゲルマニウム膜25中には、リンをドープしている。   Next, as shown in FIG. 7, a silicon germanium film 25 is formed on the semiconductor wafer 12. The silicon germanium film 25 can be formed in substantially the same manner as the silicon germanium film 21 using the semiconductor manufacturing apparatus 1. The underlying gate insulating film 24 is made of a silicon oxide film, and the silicon germanium film 25 formed on the gate insulating film 24 is made of a polycrystalline silicon germanium film. In addition, the silicon germanium film 25 made of a microcrystalline silicon germanium film or an amorphous silicon germanium film may be formed using the semiconductor manufacturing apparatus 1. That is, the silicon germanium film 25 can be composed of an amorphous silicon germanium film. In the film formation process of the silicon germanium film 25, the same gas as in the film formation process of the silicon germanium film 21 can be used. In this case, the silicon germanium film 25 is doped with phosphorus.

次に、シリコンゲルマニウム膜25上に、タングステンシリサイド(WSi)膜26を形成する。それから、図8に示されるように、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、シリコンゲルマニウム膜25およびタングステンシリサイド膜26をパターン化することにより、シリコンゲルマニウム膜25とタングステンシリサイド膜26とからなるゲート電極27を形成する。WSiの代わりにTiSiあるいはCoSiを用いてもよい。 Next, a tungsten silicide (WSi 2 ) film 26 is formed on the silicon germanium film 25. Then, as shown in FIG. 8, by patterning the silicon germanium film 25 and the tungsten silicide film 26 using a photolithography method and an etching method, a gate electrode composed of the silicon germanium film 25 and the tungsten silicide film 26 is formed. 27 is formed. TiSi 2 or CoSi 2 may be used instead of WSi 2 .

次に、ゲート電極27の両側の領域に例えばリン(P)などの不純物をイオン注入することにより、n型半導体領域(ソース、ドレイン)28が形成される。   Next, an n-type semiconductor region (source, drain) 28 is formed by ion-implanting impurities such as phosphorus (P) into the regions on both sides of the gate electrode 27.

これにより、nチャネル型のMISFET29が形成される。MISFET29のチャネル領域は、歪シリコン膜22内に形成されるので、MISFET29のソース・ドレイン(n型半導体領域28)間を移動する電子の移動度が向上し、MISFET29の動作を高速化することができる。   As a result, an n-channel MISFET 29 is formed. Since the channel region of the MISFET 29 is formed in the strained silicon film 22, the mobility of electrons moving between the source and drain (n-type semiconductor region 28) of the MISFET 29 is improved, and the operation of the MISFET 29 can be speeded up. it can.

次に、図9に示されるように、半導体ウエハ12の主面上に層間膜絶縁膜30が形成される。層間絶縁膜30は、例えば酸化シリコン膜をCVD法にて堆積することによって形成することができる。それから、層間絶縁膜30上に形成した図示しないフォトレジストパターンをマスクにして層間絶縁膜30をドライエッチングすることにより、n型半導体領域28やゲート電極27の上部にスルーホールまたはコンタクトホール31を形成する。その後、コンタクトホール31を埋めるプラグ32が、例えば窒化チタン膜およびタングステン膜によって形成される。   Next, as shown in FIG. 9, an interlayer insulating film 30 is formed on the main surface of the semiconductor wafer 12. The interlayer insulating film 30 can be formed, for example, by depositing a silicon oxide film by a CVD method. Then, the interlayer insulating film 30 is dry-etched using a photoresist pattern (not shown) formed on the interlayer insulating film 30 as a mask, thereby forming a through hole or a contact hole 31 above the n-type semiconductor region 28 and the gate electrode 27. To do. Thereafter, the plug 32 filling the contact hole 31 is formed by, for example, a titanium nitride film and a tungsten film.

次に、層間絶縁膜30上にバリア膜やアルミ合金膜などを堆積し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、パターン化することにより配線(第1層配線)33を形成する。それから、層間絶縁膜30上に、配線33を覆うように、層間絶縁膜34が形成される。   Next, a barrier film, an aluminum alloy film, or the like is deposited on the interlayer insulating film 30, and a wiring (first layer wiring) 33 is formed by patterning using a photolithography method and an etching method. Then, an interlayer insulating film 34 is formed on the interlayer insulating film 30 so as to cover the wiring 33.

その後、図示および詳しい説明は省略するが、層間絶縁膜34に配線33の一部を露出するビア又はスルーホールが形成され、プラグ32や配線33と同様にして、スルーホールを埋めるプラグや、プラグを介して配線33に電気的に接続する上層配線などが形成され、必要に応じてダイシングされて半導体デバイスチップに分割され、本実施の形態の半導体装置が製造される。なお、配線層数などは、設計に応じて適宜変更することができる。   Thereafter, although illustration and detailed description are omitted, vias or through holes that expose a part of the wiring 33 are formed in the interlayer insulating film 34, and plugs or plugs that fill the through holes in the same manner as the plugs 32 and the wirings 33. An upper layer wiring that is electrically connected to the wiring 33 is formed, and is diced as necessary to be divided into semiconductor device chips, whereby the semiconductor device of the present embodiment is manufactured. The number of wiring layers and the like can be changed as appropriate according to the design.

本実施の形態によれば、常圧および準常圧領域の圧力でシリコンゲルマニウム膜21およびシリコンゲルマニウム膜25を形成するので、成膜速度を高めることができる。また、バッチ式の半導体製造装置1を用いることにより、一度に複数の半導体ウエハ12上にシリコンゲルマニウム膜21やシリコンゲルマニウム膜25を形成できる。このため、半導体装置の製造時間を短縮できる。半導体装置の製造コストも低減できる。   According to the present embodiment, since the silicon germanium film 21 and the silicon germanium film 25 are formed at a pressure in the normal pressure and quasi-normal pressure regions, the deposition rate can be increased. Further, by using the batch type semiconductor manufacturing apparatus 1, the silicon germanium film 21 and the silicon germanium film 25 can be formed on a plurality of semiconductor wafers 12 at a time. For this reason, the manufacturing time of the semiconductor device can be shortened. The manufacturing cost of the semiconductor device can also be reduced.

また、半導体製造装置1の処理室2内に乱流を生じさせ、処理室2内のガスを強制的に対流させてシリコンゲルマニウム膜21およびシリコンゲルマニウム膜25を形成するので、各半導体ウエハ12間でシリコンゲルマニウム膜21およびシリコンゲルマニウム膜25の膜質および膜厚を均一にすることができる。また、半導体ウエハ12の面内でシリコンゲルマニウム膜21およびシリコンゲルマニウム膜25の膜質および膜厚を均一にすることができる。このため、半導体装置の信頼性を向上することができる。また、半導体装置の製造歩留まりを改善できる。   Further, since turbulent flow is generated in the processing chamber 2 of the semiconductor manufacturing apparatus 1 and the gas in the processing chamber 2 is forcibly convected to form the silicon germanium film 21 and the silicon germanium film 25, Thus, the film quality and film thickness of the silicon germanium film 21 and the silicon germanium film 25 can be made uniform. Further, the film quality and film thickness of the silicon germanium film 21 and the silicon germanium film 25 can be made uniform in the plane of the semiconductor wafer 12. For this reason, the reliability of the semiconductor device can be improved. In addition, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

また、処理室2内の圧力を外気より低い圧力にしない場合には、ガス排気口8を真空ポンプなどに接続する必要がない。このため、半導体製造装置1に真空排気設備が不要となり、小型化できる。また、半導体装置の製造コストを低減できる。   Further, when the pressure in the processing chamber 2 is not lower than the outside air, it is not necessary to connect the gas exhaust port 8 to a vacuum pump or the like. For this reason, the semiconductor manufacturing apparatus 1 does not require an evacuation facility and can be downsized. In addition, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

また、常圧および準常圧領域の範囲内で処理室2内の圧力を外気より低い圧力にする場合でも、処理室2内の圧力は、MBE装置、UHV−CVD装置および減圧CVD装置などと比較して高いので、MBE装置、UHV−CVD装置あるいは減圧CVD装置で使用されるような高排気量の排気設備は不要である。   Further, even when the pressure in the processing chamber 2 is set lower than the outside air within the range of the normal pressure and sub-normal pressure regions, the pressure in the processing chamber 2 is the same as that of the MBE apparatus, UHV-CVD apparatus, reduced pressure CVD apparatus, etc. Since it is comparatively high, there is no need for an exhaust facility having a high displacement such as that used in an MBE apparatus, UHV-CVD apparatus or reduced pressure CVD apparatus.

また、常圧および準常圧領域の範囲内で処理室2内の圧力を外気より高い圧力にする場合には、処理室2内へのガスの導入と処理室2からのガスの排気のバランスをとる機構を、排気側に設置すればよい。   Further, when the pressure in the processing chamber 2 is set to be higher than the outside air within the range of the normal pressure and the sub-normal pressure region, the balance between the introduction of the gas into the processing chamber 2 and the exhaust of the gas from the processing chamber 2. A mechanism that takes this into consideration may be installed on the exhaust side.

また、本実施の形態では、nチャネル型MISFETの例を示したが、pチャネル型MISFETの場合には、リン(P)の代わりにボロン(B)をドープした多結晶のシリコンゲルマニウム膜25を、ゲート電極27の一部として用いる。ボロンをドープした多結晶のシリコンゲルマニウム膜25は、ボロンをドープした多結晶のシリコン膜に比較して、ボロンの活性化率が向上する。このため、ゲート電極27にボロンをドープした多結晶のシリコンゲルマニウム膜25を用いることで、ゲート電極27とゲート絶縁膜24との界面での空乏化を抑制することができる。他の不純物、例えば上記のようにリン(P)がシリコンゲルマニウム膜25中にドープされている場合についても、同様の効果を有する。また、シリコンゲルマニウム膜25がボロンなどがドープされた微結晶またはアモルファスのシリコンゲルマニウム膜からなる場合も、同様の効果を有する。   In this embodiment, an example of an n-channel MISFET is shown. However, in the case of a p-channel MISFET, a polycrystalline silicon germanium film 25 doped with boron (B) instead of phosphorus (P) is used. Used as part of the gate electrode 27. The polycrystalline silicon germanium film 25 doped with boron has an improved boron activation rate compared to the polycrystalline silicon film doped with boron. For this reason, depletion at the interface between the gate electrode 27 and the gate insulating film 24 can be suppressed by using the polycrystalline silicon germanium film 25 doped with boron for the gate electrode 27. The same effect is obtained when other impurities such as phosphorus (P) are doped in the silicon germanium film 25 as described above. The same effect can be obtained when the silicon germanium film 25 is made of a microcrystalline or amorphous silicon germanium film doped with boron or the like.

(実施の形態2)
図10は、本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造工程で用いられる半導体製造装置の説明図である。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is an explanatory diagram of a semiconductor manufacturing apparatus used in a semiconductor device manufacturing process according to another embodiment of the present invention.

図10に示される半導体製造装置41は、半導体基板上にシリコンゲルマニウム膜やシリコン膜を形成する工程で使用される成膜装置であり、枚葉式のCVD装置である。なお、理解を簡単にするために、処理室42およびその内部以外の半導体装置41の構造については、図示および詳しい説明を省略する。   A semiconductor manufacturing apparatus 41 shown in FIG. 10 is a film forming apparatus used in a process of forming a silicon germanium film or a silicon film on a semiconductor substrate, and is a single wafer type CVD apparatus. For the sake of easy understanding, illustration and detailed description of the structure of the semiconductor device 41 other than the processing chamber 42 and the inside thereof are omitted.

半導体製造装置41は、処理室42と、処理室42内に配置されたサセプタ43と、サセプタ43を支持するサセプタ支持部44と、サセプタ43の下方に配置され、コイルカバー45内に収容された高周波コイル46と、種々のガスを処理室42内に導入するためのガスノズル47と、処理室内からガスを排気するためのガス排気口48とを備えている。   The semiconductor manufacturing apparatus 41 includes a processing chamber 42, a susceptor 43 disposed in the processing chamber 42, a susceptor support portion 44 that supports the susceptor 43, and a lower portion of the susceptor 43. A high-frequency coil 46, a gas nozzle 47 for introducing various gases into the processing chamber 42, and a gas exhaust port 48 for exhausting the gas from the processing chamber are provided.

処理室42は気密が可能な反応室であり、ベースプレート49と、ベースプレート49にOリングなどを介して気密可能に接続されたベルジャ50とを有している。なお、ベルジャ50の構成は、上記第1の実施の形態のベルジャ10とほぼ同様の構成を有しているので、詳しい図示および説明は省略する。   The processing chamber 42 is a reaction chamber capable of airtightness, and includes a base plate 49 and a bell jar 50 connected to the base plate 49 via an O-ring or the like so as to be airtight. Since the configuration of the bell jar 50 is substantially the same as that of the bell jar 10 of the first embodiment, detailed illustration and description are omitted.

ベースプレート49とベルジャ50に囲まれた空間である処理室42内で、サセプタ43はサセプタ支持台44に支持され、サセプタ43上には、大口径の一枚の半導体ウエハ(半導体基板)52、例えば直径が200mm以上の半導体ウエハ52が配置できるように構成されている。サセプタ43は、例えばカーボンなどからなり、その表面が例えば炭化ケイ素(SiC)などによってコーティングされている。   A susceptor 43 is supported by a susceptor support base 44 in a processing chamber 42 that is a space surrounded by a base plate 49 and a bell jar 50, and a large-diameter semiconductor wafer (semiconductor substrate) 52, for example, The semiconductor wafer 52 having a diameter of 200 mm or more can be arranged. The susceptor 43 is made of, for example, carbon, and the surface thereof is coated with, for example, silicon carbide (SiC).

コイルカバー5内に収容された高周波コイル46は、処理室42外部の図示しない高周波電源に接続され、高周波電源から高周波コイル46に高周波電圧または高周波電力を印加または供給できるように構成されている。高周波コイル46に高周波電力を供給すると、内部がカーボンなどからなるサセプタ43には誘導電流が発生する。これにより、サセプタ43上に配置された半導体ウエハ52を所望の温度に加熱することができる。   The high frequency coil 46 accommodated in the coil cover 5 is connected to a high frequency power source (not shown) outside the processing chamber 42 and is configured to apply or supply a high frequency voltage or high frequency power from the high frequency power source to the high frequency coil 46. When high-frequency power is supplied to the high-frequency coil 46, an induced current is generated in the susceptor 43 made of carbon or the like. Thereby, the semiconductor wafer 52 disposed on the susceptor 43 can be heated to a desired temperature.

ガスノズル47は、図示しないガス導入手段に接続され、ガスノズル47から所望のガスが所望の流量で処理室42内に導入できるように構成されている。ガス排気口48は、図示しないガス排気管に接続され、ガスノズル47から処理室42内に導入されたガスを排気できるように構成されている。   The gas nozzle 47 is connected to a gas introduction unit (not shown), and is configured such that a desired gas can be introduced from the gas nozzle 47 into the processing chamber 42 at a desired flow rate. The gas exhaust port 48 is connected to a gas exhaust pipe (not shown) and configured to exhaust the gas introduced into the processing chamber 42 from the gas nozzle 47.

ガスノズル47は処理室42の上部に設置され、サセプタ43上に配置された半導体ウエハ52の上方で、所定のガスを処理室42内に導入するように構成されている。ガスノズル47は二股に分かれ、2つの先端部を有している。ガスノズル47の2つの先端部のそれぞれにおいて、上記実施の形態1におけるガスノズル7の先端部と同様に、複数の孔(図示せず)が形成されており、各孔から所定のガスが処理室42内に放出または導入される。ガスノズル7と同様に、ガスノズル47の孔は、ガスノズル47の先端の曲面の種々の位置に形成されている。また、ガスノズルは二股に分かれていない構成、あるいは三股以上に分かれた構成にしてもよい。また、ガスノズル47を処理室42内で回転できるように構成することもできる。   The gas nozzle 47 is installed in the upper part of the processing chamber 42, and is configured to introduce a predetermined gas into the processing chamber 42 above the semiconductor wafer 52 disposed on the susceptor 43. The gas nozzle 47 is bifurcated and has two tip portions. In each of the two tip portions of the gas nozzle 47, a plurality of holes (not shown) are formed in the same manner as the tip portion of the gas nozzle 7 in the first embodiment, and a predetermined gas flows from each hole into the processing chamber 42. Released or introduced into. Similar to the gas nozzle 7, the holes of the gas nozzle 47 are formed at various positions on the curved surface at the tip of the gas nozzle 47. Further, the gas nozzle may be configured not to be divided into two or more than three. Further, the gas nozzle 47 can be configured to be able to rotate in the processing chamber 42.

このため、ガスノズル47の孔を介して、処理室42の内部から処理室42の内壁に向かう複数の方向に成膜用のガスが放出される。図10において矢印で模式的に示されるガスの流れ53から分かるように、例えば、ガスノズル47から、水平方向(サセプタ43に平行な方向すなわち半導体ウエハ52の主面に平行な方向)、上方または垂直方向(サセプタ43に垂直な方向すなわち半導体ウエハ52の主面に垂直な方向)、および水平と垂直との中間の任意の方向などにガスが放出される。ガスノズル47の孔から処理室42内に放出されたガスは、上記実施の形態1と同様に、処理室42内で乱流を生じ、半導体ウエハ52の上方においてガスの流れに渦を発生する。また、処理室42内のガスの流れの渦は、一定せずに不規則に変化する。これにより、処理室42内のガスを強制的に対流させ、半導体ウエハ52上に形成されるシリコンゲルマニウム膜やシリコン膜の膜質および膜厚を、半導体ウエハ52面内で均一にすることができる。この実施の形態の場合はガスノズル47から複数方向にガスが放出されているが、一方向、たとえば上方または垂直方向の一方向のみでもよい。   For this reason, the film-forming gas is released from the inside of the processing chamber 42 in a plurality of directions toward the inner wall of the processing chamber 42 through the holes of the gas nozzle 47. As can be seen from the gas flow 53 schematically shown by arrows in FIG. 10, for example, from the gas nozzle 47, the horizontal direction (direction parallel to the susceptor 43, that is, the direction parallel to the main surface of the semiconductor wafer 52), upward or vertical. The gas is released in a direction (a direction perpendicular to the susceptor 43, that is, a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor wafer 52) and an arbitrary direction between the horizontal and vertical directions. The gas released from the hole of the gas nozzle 47 into the processing chamber 42 generates turbulent flow in the processing chamber 42 as in the first embodiment, and generates a vortex in the gas flow above the semiconductor wafer 52. Further, the vortex of the gas flow in the processing chamber 42 is not constant and changes irregularly. Thereby, the gas in the processing chamber 42 is forcibly convected, and the film quality and film thickness of the silicon germanium film and the silicon film formed on the semiconductor wafer 52 can be made uniform in the surface of the semiconductor wafer 52. In the case of this embodiment, the gas is discharged from the gas nozzle 47 in a plurality of directions, but it may be in one direction, for example, only one direction upward or in the vertical direction.

半導体製造装置41を用いた半導体装置の製造工程は、半導体ウエハ52一枚ごとに半導体製造装置41を用いてシリコンゲルマニウム膜を成膜すること以外は、上記実施の形態1とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略する。   The manufacturing process of the semiconductor device using the semiconductor manufacturing apparatus 41 is almost the same as that of the first embodiment except that a silicon germanium film is formed using the semiconductor manufacturing apparatus 41 for each semiconductor wafer 52. The description is omitted here.

本実施の形態によれば、枚葉式の成膜装置を用いて大口径(例えば直径200mm以上)の半導体ウエハ52上にシリコンゲルマニウム膜を成膜する場合でも、シリコンゲルマニウム膜の成膜速度を向上し、膜厚および膜質を均一にすることができる。またこのような処理室を複数有する半導体製造装置の構成も可能である。   According to the present embodiment, even when a silicon germanium film is formed on a semiconductor wafer 52 having a large diameter (for example, a diameter of 200 mm or more) using a single wafer type film forming apparatus, the film forming speed of the silicon germanium film is increased. The film thickness and film quality can be made uniform. A semiconductor manufacturing apparatus having a plurality of such processing chambers is also possible.

(実施の形態3)
図11は、半導体ウエハ(半導体基板)60上にシリコンゲルマニウム膜61とシリコン膜(歪シリコン膜)62を形成した状態を概念的に示す断面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 11 is a sectional view conceptually showing a state in which a silicon germanium film 61 and a silicon film (strained silicon film) 62 are formed on a semiconductor wafer (semiconductor substrate) 60.

シリコンゲルマニウムの格子定数は、ゲルマニウム濃度を増大すると増大する。このため、単結晶シリコンからなる半導体ウエハ60上にシリコンゲルマニウム膜61を成膜する場合、ゲルマニウム濃度が大きなシリコンゲルマニウム膜をいきなり半導体ウエハ60上にエピタキシャル成長させると、格子定数の違いにより、シリコンゲルマニウム膜が大きく歪み、シリコンゲルマニウム膜中に高密度の欠陥が生じるなどの不具合が発生する恐れがある。このため、半導体ウエハ60とシリコンゲルマニウム膜61の界面近傍ではシリコンゲルマニウム膜61中のゲルマニウム濃度を比較的小さくし、半導体ウエハ60とシリコンゲルマニウム膜61の界面で格子定数がマッチングしやすくする。そして、シリコンゲルマニウム膜61の成膜が進むにつれて例えば階段状(ステップ状)にゲルマニウム濃度を増大することで少しずつ応力を印加させ、所定のゲルマニウム濃度に到達したら、ゲルマニウム濃度が一定になるようにシリコンゲルマニウム膜61を形成する(順ステップグレーデッドプロセス)。これにより、半導体ウエハ60とシリコンゲルマニウム膜61の界面近傍に集中する欠陥の発生を抑制し、シリコンゲルマニウム膜61中の貫通転位密度を低減することができる。一方、シリコンゲルマニウム膜61上にシリコン膜(歪シリコン膜)62をエピタキシャル成長させる場合は、下地シリコンゲルマニウム膜61の格子定数に応じて、その上に形成されるシリコン膜62が歪む(通常のシリコンの格子定数より伸びる)が、歪シリコン膜62は比較的薄い(例えば40〜50nm)ため、歪シリコン膜62中に転位はほとんど生じない。   The lattice constant of silicon germanium increases with increasing germanium concentration. For this reason, when the silicon germanium film 61 is formed on the semiconductor wafer 60 made of single crystal silicon, if the silicon germanium film having a high germanium concentration is epitaxially grown on the semiconductor wafer 60, the silicon germanium film is caused by the difference in lattice constant. May be greatly distorted to cause defects such as high density defects in the silicon germanium film. For this reason, the germanium concentration in the silicon germanium film 61 is relatively small in the vicinity of the interface between the semiconductor wafer 60 and the silicon germanium film 61, and the lattice constant is easily matched at the interface between the semiconductor wafer 60 and the silicon germanium film 61. Then, as the formation of the silicon germanium film 61 proceeds, for example, the germanium concentration is increased stepwise to increase the germanium concentration, and when the predetermined germanium concentration is reached, the germanium concentration becomes constant. A silicon germanium film 61 is formed (forward step graded process). Thereby, the generation of defects concentrated near the interface between the semiconductor wafer 60 and the silicon germanium film 61 can be suppressed, and the threading dislocation density in the silicon germanium film 61 can be reduced. On the other hand, when the silicon film (strained silicon film) 62 is epitaxially grown on the silicon germanium film 61, the silicon film 62 formed thereon is distorted according to the lattice constant of the underlying silicon germanium film 61 (a normal silicon film). Although the strained silicon film 62 is relatively thin (for example, 40 to 50 nm), dislocations hardly occur in the strained silicon film 62.

しかしながら、本発明者らの研究によれば、上記のようにシリコンゲルマニウム膜61の厚み方向のゲルマニウム濃度を半導体ウエハ60とシリコンゲルマニウム膜61との界面からシリコンゲルマニウム膜61の内部方向に向かって徐々に増大させると、シリコンゲルマニウム膜61中でストレスまたは応力が同一方向に印加され、累積された応力に起因した種々の不具合、例えばシリコンゲルマニウム膜61中の欠陥の増大や、シリコンゲルマニウム膜61および歪シリコン膜62表面の粗度の増大などが生じてしまうことが分かった。   However, according to studies by the present inventors, the germanium concentration in the thickness direction of the silicon germanium film 61 is gradually increased from the interface between the semiconductor wafer 60 and the silicon germanium film 61 toward the inner direction of the silicon germanium film 61 as described above. When stress is increased, stress or stress is applied in the same direction in the silicon germanium film 61, and various defects caused by the accumulated stress, such as an increase in defects in the silicon germanium film 61, silicon germanium film 61 and strain, It has been found that the roughness of the surface of the silicon film 62 increases.

そこで、本実施の形態においては、シリコンゲルマニウム膜61の厚み方向のゲルマニウム濃度を半導体ウエハ60とシリコンゲルマニウム膜61との界面からシリコンゲルマニウム膜61の内部方向に向かって増大させたことによる上記不具合を改善させることを検討した。   Therefore, in the present embodiment, the above-mentioned inconvenience caused by increasing the germanium concentration in the thickness direction of the silicon germanium film 61 from the interface between the semiconductor wafer 60 and the silicon germanium film 61 toward the inner direction of the silicon germanium film 61. We considered improvement.

本実施の形態の半導体装置の製造方法、ここでは半導体基板上にシリコンゲルマニウム膜およびシリコン膜(歪シリコン膜)を形成する工程を説明する。   A method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, here, a process of forming a silicon germanium film and a silicon film (strained silicon film) over a semiconductor substrate will be described.

図12は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図であり、半導体ウエハ(半導体基板)70上にシリコンゲルマニウム膜(SiGe膜)71およびシリコン膜(歪シリコン膜)72が形成された状態を示している。図13は、シリコンゲルマニウム膜71およびシリコン膜72の形成工程における半導体ウエハ70の温度と成膜装置へ導入したモノゲルマン(GeH)ガスの流量とを示すグラフである。図13のグラフの縦軸が半導体ウエハの温度およびモノゲルマン(GeH)ガスの流量に対応する。また、図13のグラフの横軸は時間または時刻に対応するが、任意単位(arbitrary unit)であり、時間t〜t17のそれぞれの時間間隔は均一ではないことに注意すべきである。 FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device of the present embodiment during the manufacturing process. A silicon germanium film (SiGe film) 71 and a silicon film (strained silicon film) 72 are formed on a semiconductor wafer (semiconductor substrate) 70. The formed state is shown. FIG. 13 is a graph showing the temperature of the semiconductor wafer 70 and the flow rate of monogermane (GeH 4 ) gas introduced into the film forming apparatus in the process of forming the silicon germanium film 71 and the silicon film 72. The vertical axis of the graph of FIG. 13 corresponds to the temperature of the semiconductor wafer and the flow rate of monogermane (GeH 4 ) gas. Also, it should be noted that the horizontal axis of the graph of FIG. 13 corresponds to time or time, but is an arbitrary unit, and the time intervals of the times t 1 to t 17 are not uniform.

まず、半導体ウエハ(半導体基板)70を成膜装置に搬入する。この場合、成膜装置として上記半導体製造装置1や半導体製造装置41を用い、常圧および準常圧領域の圧力でシリコンゲルマニウム膜およびシリコン膜(歪シリコン膜)をエピタキシャル成長させれば、短時間で多数の半導体ウエハ上にシリコンゲルマニウム膜および歪シリコン膜を形成できたり、あるいは成膜速度を向上できるのでより好ましい。しかしながら、減圧CVD装置やUHV−CVD装置などの他の成膜装置を用い、真空下でシリコンゲルマニウム膜および歪シリコン膜を半導体ウエハ70上にエピタキシャル成長させることもできる。ここでは、上記半導体製造装置1を用いた場合について説明する。   First, a semiconductor wafer (semiconductor substrate) 70 is carried into a film forming apparatus. In this case, if the above-described semiconductor manufacturing apparatus 1 or semiconductor manufacturing apparatus 41 is used as the film forming apparatus and the silicon germanium film and the silicon film (strained silicon film) are epitaxially grown at a pressure in the normal pressure and quasi-normal pressure regions, the time can be shortened. It is more preferable because a silicon germanium film and a strained silicon film can be formed on a large number of semiconductor wafers, or the film forming speed can be improved. However, it is also possible to epitaxially grow the silicon germanium film and the strained silicon film on the semiconductor wafer 70 under vacuum using another film forming apparatus such as a low pressure CVD apparatus or a UHV-CVD apparatus. Here, the case where the said semiconductor manufacturing apparatus 1 is used is demonstrated.

半導体ウエハ70としては、例えばシリコン単結晶の(100)4度off基板、すなわちシリコンの(100)面から4度傾いた主面を有する単結晶シリコン基板を用いることができる。   As the semiconductor wafer 70, for example, a silicon single crystal (100) 4 degree off substrate, that is, a single crystal silicon substrate having a principal surface inclined by 4 degrees from the (100) plane of silicon can be used.

半導体ウエハ70が配置された半導体製造装置1の処理室2内に、窒素(N)ガスを例えば150slm(standard liters per minute)の流量で導入し、処理室2内の空気を充分に除去する。これにより、空気と後で導入される水素ガスとが反応するのを防止できる。なお、本実施の形態では、ガス流量は、0℃、1気圧で校正されたガス流量を示している。 Nitrogen (N 2 ) gas is introduced at a flow rate of, for example, 150 slm (standard liters per minute) into the processing chamber 2 of the semiconductor manufacturing apparatus 1 in which the semiconductor wafer 70 is arranged, and the air in the processing chamber 2 is sufficiently removed. . Thereby, it can prevent that air and the hydrogen gas introduce | transduced later react. In the present embodiment, the gas flow rate indicates a gas flow rate calibrated at 0 ° C. and 1 atm.

それから、時間(時刻)tで窒素ガスの導入を停止し、処理室2内にキャリアガスとしての水素(H)ガスを例えば170slmの流量で導入する。なお、水素ガスの導入は、時間t17まで継続される。 Then, introduction of nitrogen gas is stopped at time (time) t 1 , and hydrogen (H 2 ) gas as a carrier gas is introduced into the processing chamber 2 at a flow rate of, for example, 170 slm. Incidentally, introduction of hydrogen gas is continued until the time t 17.

処理室2内の窒素ガスが除去された後、時間tで半導体製造装置1の高周波コイル6への高周波電力の印加または供給を開始する。これにより、サセプタ3が誘導電流によって加熱され、半導体ウエハ70の温度が上昇する。そして、半導体ウエハ70を1040℃で例えば10分程度(時間t〜tに対応)加熱する。水素雰囲気のような還元性雰囲気中で半導体ウエハ70を加熱すること(前加熱処理)により、半導体ウエハ70の表面の自然酸化膜が除去され、半導体ウエハの表面がクリーニングまたは清浄化される。 After nitrogen gas in the processing chamber 2 is removed, it starts the application or supply of the high-frequency power to the high frequency coil 6 of the semiconductor manufacturing device 1 at time t 2. Thereby, the susceptor 3 is heated by the induced current, and the temperature of the semiconductor wafer 70 rises. Then, the semiconductor wafer 70 is heated at 1040 ° C., for example, for about 10 minutes (corresponding to time t 3 to t 4 ). By heating the semiconductor wafer 70 in a reducing atmosphere such as a hydrogen atmosphere (preheating treatment), the natural oxide film on the surface of the semiconductor wafer 70 is removed, and the surface of the semiconductor wafer is cleaned or cleaned.

次に、時間t〜tにかけて半導体ウエハ70の温度を例えば980℃に低下させる。それから、時間t〜tにかけて(例えば1分程度)、処理室2内に上記水素ガスに加えてシリコンソースガスとしてのモノシラン(SiH)ガスを、例えば40sccm(standard cubic centimeters per minute)の流量で導入する。これにより、半導体ウエハ70上に数nm程度のシリコン膜70aが形成され、より清浄なシリコン表面が得られる。その後、時間tで上記モノシランガスの導入を停止し、半導体ウエハ70の温度を例えば800℃に低下させる。 Next, the temperature of the semiconductor wafer 70 is lowered to, for example, 980 ° C. from time t 4 to t 5 . Then, over time t 5 to t 6 (for example, about 1 minute), monosilane (SiH 4 ) gas as a silicon source gas is added into the processing chamber 2 in addition to the hydrogen gas, for example, at 40 sccm (standard cubic centimeters per minute). Introduce at flow rate. As a result, a silicon film 70a of about several nm is formed on the semiconductor wafer 70, and a cleaner silicon surface is obtained. Then stopping the introduction of the monosilane gas at time t 6, to lower the temperature of the semiconductor wafer 70, for example, 800 ° C..

次に、時間tで上記キャリアガスとしての水素ガスに加えて、シリコンソースガスとしてのモノシラン(SiH)ガス、P型ドーピングガスとしてのジボラン(B)ガスおよびゲルマニウムソースガスとしてのモノゲルマン(GeH)ガスを、例えばそれぞれ20sccm、60sccmおよび80sccmの流量で処理室2内に導入する。これにより、シリコンゲルマニウム膜71のエピタキシャル成長が開始されるが、ゲルマンガスの流量が比較的低いので、この段階で成膜されるシリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度は比較的低い。なお、モノシラン(SiH)ガスおよびジボラン(B)ガスの導入は、時間t14まで、例えば同じ流量で継続される。 Next, at time t 7 , in addition to hydrogen gas as the carrier gas, monosilane (SiH 4 ) gas as silicon source gas, diborane (B 2 H 6 ) gas as P-type doping gas, and germanium source gas Monogermane (GeH 4 ) gas is introduced into the processing chamber 2 at a flow rate of, for example, 20 sccm, 60 sccm, and 80 sccm, respectively. As a result, epitaxial growth of the silicon germanium film 71 is started, but since the germane gas flow rate is relatively low, the germanium concentration of the silicon germanium film 71 formed at this stage is relatively low. The introduction of monosilane (SiH 4 ) gas and diborane (B 2 H 6 ) gas is continued at the same flow rate, for example, until time t 14 .

それから、時間tで処理室2内に導入しているモノゲルマンガスの流量を、例えば170sccmに増大させる。これにより、成膜されるシリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度がやや高くなる。 Then, increasing the flow rate of monogermane gas is introduced into the processing chamber 2 at time t 8, for example, 170 sccm. Thereby, the germanium concentration of the silicon germanium film 71 to be formed is slightly increased.

その後、時間t、t10およびt11で、処理室2内に導入しているモノゲルマンガスの流量を、例えば420sccm、1050sccmおよび3000sccmに順次増大させる。各流量の段階において、成膜されるシリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度がモノゲルマンガスの流量の増大に応じて順次高くなる。 Thereafter, at times t 9 , t 10 and t 11 , the flow rate of the monogermane gas introduced into the processing chamber 2 is sequentially increased to, for example, 420 sccm, 1050 sccm, and 3000 sccm. At each flow rate stage, the germanium concentration of the silicon germanium film 71 to be formed increases sequentially as the flow rate of the monogerman gas increases.

それから、時間t12で処理室2内に導入しているモノゲルマンガスの流量を例えば2100sccmに低下させる。これにより、時間t12〜t13(モノゲルマンガス流量2100sccm)で成膜されるシリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度が、時間t11〜t12(モノゲルマンガス流量3000sccm)で成膜されるシリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度よりも低くなる。 Then, reducing the flow rate of monogermane gas is introduced into the processing chamber 2 at time t 12, for example, in 2100Sccm. As a result, the germanium concentration of the silicon germanium film 71 formed at the time t 12 to t 13 (monogerman gas flow rate 2100 sccm) is the silicon germanium formed at the time t 11 to t 12 (monogerman gas flow rate 3000 sccm). It becomes lower than the germanium concentration of the film 71.

次に、時間t13で処理室2内へのモノゲルマンガスの導入を停止する(モノシランガスおよびジボランガスの導入は継続する)。これにより、シリコンゲルマニウム膜71のエピタキシャル成長が終了し、シリコン膜(歪シリコン膜)72がシリコンゲルマニウム膜71上にエピタキシャル成長する。時間t〜t13で成膜されたシリコンゲルマニウム膜71の厚みは例えば3〜4μm程度であり、時間t13〜t14でシリコンゲルマニウム膜71上に成膜される歪シリコン膜72の厚みは例えば40〜50nm程度である。 Next, to stop the introduction of the mono-germane gas into the process chamber 2 at time t 13 (monosilane gas and the introduction of diborane gas continues). Thereby, the epitaxial growth of the silicon germanium film 71 is completed, and the silicon film (strained silicon film) 72 is epitaxially grown on the silicon germanium film 71. The time t 7 ~t thickness for example 3~4μm about the silicon-germanium film 71 which is formed in 13, the thickness of the strained silicon film 72 is deposited on the silicon-germanium film 71 at time t 13 ~t 14 For example, it is about 40 to 50 nm.

その後、時間t14でモノシランガスおよびジボランガスの処理室2内への導入を停止して歪シリコン膜72の成膜を終了し、高周波コイル6への高周波電力の供給を停止して半導体ウエハ70の温度を例えば室温近くに低下させる。それから、時間t16で処理室2内への水素ガスの導入を停止しかつ窒素ガスを導入する。処理室2内の水素ガスが充分に除去された後、半導体製造装置1から半導体ウエハ70が取り出される。図12は、このようにして半導体ウエハ70上にシリコンゲルマニウム膜71およびシリコン膜(歪シリコン膜)72が形成された状態に対応する。取り出された半導体ウエハ70は、次の製造工程に送られ、半導体ウエハ70に半導体素子が形成される。 Thereafter, at time t 14 , the introduction of monosilane gas and diborane gas into the processing chamber 2 is stopped to finish the formation of the strained silicon film 72, and the supply of high-frequency power to the high-frequency coil 6 is stopped, and the temperature of the semiconductor wafer 70 is stopped. For example, near room temperature. Then, by stopping the introduction of hydrogen gas into the processing chamber 2 at time t 16 and introducing nitrogen gas. After the hydrogen gas in the processing chamber 2 is sufficiently removed, the semiconductor wafer 70 is taken out from the semiconductor manufacturing apparatus 1. FIG. 12 corresponds to the state in which the silicon germanium film 71 and the silicon film (strained silicon film) 72 are formed on the semiconductor wafer 70 in this way. The taken-out semiconductor wafer 70 is sent to the next manufacturing process, and semiconductor elements are formed on the semiconductor wafer 70.

これ以降の半導体装置の製造工程は上記実施の形態1とほぼ同様であるので、ここではその説明は省略する。   Since the subsequent manufacturing steps of the semiconductor device are substantially the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted here.

なお、上記実施の形態では、図13のグラフに示されるようにモノゲルマンガスの流量を時間t〜t12にかけて階段状(ステップ状)に増減させたが、図14のグラフに示されるように、モノゲルマンガスの流量を時間t〜t12にかけて連続的に増減させることもできる。 In the above embodiment, the monogermane gas flow rate was increased or decreased stepwise from time t 7 to t 12 as shown in the graph of FIG. 13, but as shown in the graph of FIG. a, it is also possible to continuously increase or decrease the flow rate of mono-germane gas toward time t 7 ~t 12.

図15は、上記実施の形態に従って形成されたシリコンゲルマニウム膜71の厚み方向のゲルマニウム濃度分布を示すグラフであり、SIMS(secondary ion mass spectroscopy)法によって分析した結果(実測値)が示されている。図15のグラフの横軸は、歪シリコン膜の表面からの深さ方向の距離(深さ)に対応し、グラフの縦軸はゲルマニウム濃度(Ge濃度)に対応する。   FIG. 15 is a graph showing the germanium concentration distribution in the thickness direction of the silicon germanium film 71 formed according to the above embodiment, and shows the result (actual measurement value) analyzed by the SIMS (secondary ion mass spectroscopy) method. . The horizontal axis of the graph of FIG. 15 corresponds to the distance (depth) in the depth direction from the surface of the strained silicon film, and the vertical axis of the graph corresponds to the germanium concentration (Ge concentration).

図15から分かるように、シリコンゲルマニウム膜71の厚み方向のゲルマニウム濃度分布は、シリコンゲルマニウム膜71の半導体ウエハ(半導体基板)70側の界面(シリコンゲルマニウム膜71と半導体ウエハ70またはシリコン膜70aとの界面)からシリコンゲルマニウム膜71の内部方向に階段状に増大しているが、シリコンゲルマニウム膜71の厚み方向の中間領域で最大値またはピークを形成した後に減少する。シリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度は、成膜工程中のゲルマニウムソースガス、ここではモノゲルマン(GeH)ガスの流量に依存する。シリコンゲルマニウム膜71の半導体ウエハ70側の界面からシリコンゲルマニウム膜71の内部方向にゲルマニウム濃度が階段状に増大している(この濃度増大領域およびその近傍を順ステップグレーデッド領域と称する)のは、上記シリコンゲルマニウム膜71の成膜工程でモノゲルマンガスの流量を80sccm、170sccm、420sccm、1050sccmおよび3000sccmに順次階段状に増大させたためである。従って、ゲルマニウム濃度が最大値またはピークとなるシリコンゲルマニウム膜71の領域は、上記シリコンゲルマニウム膜71の成膜工程でモノゲルマンガスの流量を最大(3000sccm)とした成膜段階(時間t11〜t12)に対応する。シリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度がピークを形成した後、シリコンゲルマニウム膜71の歪シリコン膜72側の界面(シリコンゲルマニウム膜71と歪シリコン膜72との界面)方向に階段状に減少する(この濃度減少領域およびその近傍を逆ステップグレーデッド領域と称する)のは、上記シリコンゲルマニウム膜71の成膜工程でモノゲルマンガスの流量を3000sccmから2100sccmに低下させたためである。時間t12〜t13の間モノゲルマンガスの流量を2100sccmに維持した後、モノゲルマンガスの導入が停止されたので、シリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度はピークから逆ステップグレーデッド領域で一旦減少した後は、シリコンゲルマニウム膜71と歪シリコン膜72との界面近傍までほぼ一定となる。なお、図15のグラフにおいて、歪シリコン膜72表面からの距離が数十nmの領域でゲルマニウム濃度が急速に減少した領域が、歪シリコン膜72の形成領域に対応する。 As can be seen from FIG. 15, the germanium concentration distribution in the thickness direction of the silicon germanium film 71 is the interface of the silicon germanium film 71 on the semiconductor wafer (semiconductor substrate) 70 side (the silicon germanium film 71 and the semiconductor wafer 70 or the silicon film 70 a. It increases stepwise from the interface) toward the inside of the silicon germanium film 71, but decreases after a maximum value or peak is formed in an intermediate region in the thickness direction of the silicon germanium film 71. The germanium concentration of the silicon germanium film 71 depends on the flow rate of the germanium source gas, here monogermane (GeH 4 ) gas, during the film forming process. The germanium concentration is increased stepwise from the interface of the silicon germanium film 71 on the semiconductor wafer 70 side to the inside of the silicon germanium film 71 (this concentration increasing region and its vicinity are referred to as a forward step graded region). This is because the flow rate of monogermane gas was increased stepwise to 80 sccm, 170 sccm, 420 sccm, 1050 sccm, and 3000 sccm in the step of forming the silicon germanium film 71. Therefore, the region of the silicon germanium film 71 where the germanium concentration reaches the maximum value or the peak is a film formation stage (time t 11 to t) in which the flow rate of the monogerman gas is maximum (3000 sccm) in the film formation process of the silicon germanium film 71. 12 ). After the germanium concentration of the silicon germanium film 71 forms a peak, the silicon germanium film 71 decreases stepwise in the direction of the interface on the strained silicon film 72 side (interface between the silicon germanium film 71 and the strained silicon film 72) (this concentration). The reason why the decrease region and the vicinity thereof are referred to as a reverse step graded region) is that the flow rate of the monogerman gas was decreased from 3000 sccm to 2100 sccm in the film formation process of the silicon germanium film 71. After the monogermane gas flow rate was maintained at 2100 sccm during the time t 12 to t 13 , the introduction of the monogermane gas was stopped, so that the germanium concentration of the silicon germanium film 71 once decreased from the peak in the reverse step graded region. After that, it becomes almost constant up to the vicinity of the interface between the silicon germanium film 71 and the strained silicon film 72. In the graph of FIG. 15, the region where the germanium concentration rapidly decreases in the region where the distance from the surface of the strained silicon film 72 is several tens of nm corresponds to the region where the strained silicon film 72 is formed.

図16は、本実施の形態に従ってシリコンゲルマニウム膜71を成膜した場合のシリコンゲルマニウム膜71の厚み方向のゲルマニウム濃度分布を模式的に示すグラフであり、図15に対応する。また、図17は、図14のようにモノゲルマンガスの流量を連続的に増減させてシリコンゲルマニウム膜71を成膜した場合のシリコンゲルマニウム膜71の厚み方向のゲルマニウム濃度分布を模式的に示すグラフである。図16および図17のグラフの横軸は、歪シリコン膜72の表面からの深さ方向の距離(深さ)に対応する。図16および図17のグラフの縦軸はゲルマニウム濃度(Ge濃度)に対応する。   FIG. 16 is a graph schematically showing a germanium concentration distribution in the thickness direction of the silicon germanium film 71 when the silicon germanium film 71 is formed according to the present embodiment, and corresponds to FIG. FIG. 17 is a graph schematically showing the germanium concentration distribution in the thickness direction of the silicon germanium film 71 when the silicon germanium film 71 is formed by continuously increasing and decreasing the flow rate of the monogerman gas as shown in FIG. It is. The horizontal axis of the graphs of FIGS. 16 and 17 corresponds to the distance (depth) in the depth direction from the surface of the strained silicon film 72. The vertical axis of the graphs of FIGS. 16 and 17 corresponds to the germanium concentration (Ge concentration).

シリコンゲルマニウム膜71と歪シリコン膜72との界面近傍におけるシリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度Yは、5〜40%(原子%)であることが好ましく、より好ましくは10〜30%(原子%)、さらに好ましくは15〜25%(原子%)である。これにより、シリコンゲルマニウム膜71上に、電子の移動度を向上させるのに最適な格子定数を有する歪シリコン膜72を的確に形成でき、高速な半導体装置を製造することが可能となる。 The germanium concentration Y 1 of the silicon germanium film 71 in the vicinity of the interface between the silicon germanium film 71 and the strained silicon film 72 is preferably 5 to 40% (atomic%), more preferably 10 to 30% (atomic%). More preferably, it is 15 to 25% (atomic%). As a result, the strained silicon film 72 having the optimum lattice constant for improving the electron mobility can be accurately formed on the silicon germanium film 71, and a high-speed semiconductor device can be manufactured.

シリコンゲルマニウム膜71中のゲルマニウム濃度のピーク値Yと上記ゲルマニウム濃度Yとの差、すなわちY−Yは、1〜40%(原子%)であることが好ましく、より好ましくは3〜20%(原子%)、さらに好ましくは5〜10%(原子%)である。また、上記ゲルマニウム濃度Yに対する、シリコンゲルマニウム膜71中のゲルマニウム濃度のピーク値Yの比、すなわちY/Yは、1.02〜9.0であることが好ましく、より好ましくは1.1〜3.0、さらに好ましくは1.2〜1.7である。これにより、後述するように、シリコンゲルマニウム膜71中の歪、ストレスまたは応力を緩和でき、結晶欠陥を抑制したシリコンゲルマニウム膜71および歪シリコン膜72を形成することができる。このため、信頼性が高く、高性能の半導体装置を実現できる。 The difference between the germanium concentration peak value Y 2 in the silicon germanium film 71 and the germanium concentration Y 1 , that is, Y 2 -Y 1 is preferably 1 to 40% (atomic%), more preferably 3 to 3. It is 20% (atomic%), more preferably 5 to 10% (atomic%). The ratio of the germanium concentration peak value Y 2 in the silicon germanium film 71 to the germanium concentration Y 1 , that is, Y 2 / Y 1 is preferably 1.02 to 9.0, more preferably 1 .1 to 3.0, more preferably 1.2 to 1.7. Thereby, as will be described later, the strain, stress, or stress in the silicon germanium film 71 can be relaxed, and the silicon germanium film 71 and the strained silicon film 72 with suppressed crystal defects can be formed. Therefore, a highly reliable and high performance semiconductor device can be realized.

また、ゲルマニウム濃度を変化または増減させる領域の厚みTは、例えば1.5〜2μm程度であり、シリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度が均一な領域の厚みTは、例えば1.5〜2μm程度である。また、階段状にゲルマニウム濃度を変化させる場合の各ステップの間隔は、例えば0.3〜0.5μm程度である。 Further, the thickness T 1 of the region where the germanium concentration is changed or increased is, for example, about 1.5 to 2 μm, and the thickness T 2 of the region where the germanium concentration of the silicon germanium film 71 is uniform is, for example, about 1.5 to 2 μm. It is. Further, the interval between the steps when the germanium concentration is changed stepwise is, for example, about 0.3 to 0.5 μm.

次に、シリコンゲルマニウム膜71中の結晶欠陥を評価するために、シリコンゲルマニウム膜71の最大貫通転位密度を測定した。最大貫通転位密度は、シリコンゲルマニウム膜71および歪シリコン膜72を形成した半導体ウエハ(半導体基板)70を選択エッチングし、表面を金属顕微鏡で観察することによって求めた。その結果、本実施の形態に従って形成されたシリコンゲルマニウム膜71の最大貫通転位密度は1×10cm−2以下程度であった。 Next, in order to evaluate crystal defects in the silicon germanium film 71, the maximum threading dislocation density of the silicon germanium film 71 was measured. The maximum threading dislocation density was determined by selectively etching a semiconductor wafer (semiconductor substrate) 70 on which the silicon germanium film 71 and the strained silicon film 72 were formed, and observing the surface with a metal microscope. As a result, the maximum threading dislocation density of the silicon germanium film 71 formed according to the present embodiment was about 1 × 10 4 cm −2 or less.

比較例として、シリコンゲルマニウム膜の成膜の初期段階からゲルマニウム濃度を階段状に増大させ、ゲルマニウム濃度が最大値に達した後は、ゲルマニウム濃度を減少させることなく一定となるようにシリコンゲルマニウム膜を成膜した場合(すなわち上記シリコンゲルマニウム膜61の場合)についても最大貫通転位密度を測定した。この比較例の場合、最大貫通転位密度は1×10cm−2程度であった。 As a comparative example, the germanium concentration is increased stepwise from the initial stage of the formation of the silicon germanium film, and after the germanium concentration reaches the maximum value, the silicon germanium film is made constant without decreasing the germanium concentration. The maximum threading dislocation density was also measured when the film was formed (that is, in the case of the silicon germanium film 61). In the case of this comparative example, the maximum threading dislocation density was about 1 × 10 6 cm −2 .

従って、本実施の形態のように、シリコンゲルマニウム膜の成膜の初期段階からゲルマニウム濃度を階段状に増大させ、ゲルマニウム濃度が最大値に達した後、ゲルマニウム濃度が一旦減少するようにシリコンゲルマニウム膜71を成膜することにより、最大貫通転位密度を小さくすることができる。このため、シリコンゲルマニウム膜71やその上に形成される歪シリコン膜72の欠陥密度を低減することが可能となる。これにより、半導体装置の信頼性を向上できる。また、半導体装置の製造歩留まりも向上できる。   Therefore, as in the present embodiment, the germanium concentration is increased stepwise from the initial stage of the formation of the silicon germanium film, and after the germanium concentration reaches the maximum value, the silicon germanium film is once decreased. By depositing 71, the maximum threading dislocation density can be reduced. For this reason, it becomes possible to reduce the defect density of the silicon germanium film 71 and the strained silicon film 72 formed thereon. Thereby, the reliability of the semiconductor device can be improved. In addition, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

上記のように、シリコンゲルマニウム膜71の厚み方向のゲルマニウム濃度を半導体ウエハ(半導体基板)70側の界面からシリコンゲルマニウム膜71の内部方向に徐々に増大させると、シリコンゲルマニウム膜71中でストレスまたは応力が同一方向に印加され、応力が累積される。本実施の形態のように、ゲルマニウム濃度がピークに達した後にゲルマニウム濃度を低下させることで、順ステップグレーデッド領域で累積された応力を逆ステップグレーデッド領域付近で緩和することができる。このため、シリコンゲルマニウム膜71と歪シリコン膜72との界面近傍でのシリコンゲルマニウム膜71の欠陥を減少させることが可能となる。これにより、欠陥の少ない下地シリコンゲルマニウム膜71上に歪シリコン膜72をエピタキシャル成長させることが可能となる。このため、歪シリコン膜72中の欠陥の発生も抑制できる。なお、このような効果は、シリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度がピークを形成した後、シリコンゲルマニウム膜71と歪シリコン膜72との界面方向にゲルマニウム濃度を階段状に減少させた場合(図16のゲルマニウム濃度分布の場合に対応)も、あるいは連続的に減少させた場合(図17のゲルマニウム濃度分布の場合に対応)も、同様に得ることができる。   As described above, when the germanium concentration in the thickness direction of the silicon germanium film 71 is gradually increased from the interface on the semiconductor wafer (semiconductor substrate) 70 side toward the inside of the silicon germanium film 71, stress or stress is generated in the silicon germanium film 71. Are applied in the same direction and the stress is accumulated. As in the present embodiment, by reducing the germanium concentration after the germanium concentration reaches the peak, the stress accumulated in the forward step graded region can be relaxed in the vicinity of the reverse step graded region. Therefore, defects in the silicon germanium film 71 near the interface between the silicon germanium film 71 and the strained silicon film 72 can be reduced. As a result, the strained silicon film 72 can be epitaxially grown on the underlying silicon germanium film 71 with few defects. For this reason, generation | occurrence | production of the defect in the distortion silicon film 72 can also be suppressed. Note that such an effect is obtained when the germanium concentration of the silicon germanium film 71 is reduced in a stepwise manner in the direction of the interface between the silicon germanium film 71 and the strained silicon film 72 after the germanium concentration of the silicon germanium film 71 forms a peak (FIG. 16). It can be obtained in the same manner whether it is a germanium concentration distribution) or continuously reduced (corresponding to the germanium concentration distribution in FIG. 17).

次に、本実施の形態に従ってシリコンゲルマニウム膜71を形成した半導体ウエハ(半導体基板)70の表面粗度を測定した。ここでは、半導体ウエハ70上にシリコンゲルマニウム膜71および歪シリコン膜72を形成し、その表面(歪シリコン膜表面)の表面粗度をAFM(atomic force microscopy)によって測定し、表面粗度のRMS(root mean square)を計算した。薄い歪シリコン膜72の表面粗度は、下地のシリコンゲルマニウム膜71の表面粗度に依存する。   Next, the surface roughness of the semiconductor wafer (semiconductor substrate) 70 on which the silicon germanium film 71 was formed according to the present embodiment was measured. Here, a silicon germanium film 71 and a strained silicon film 72 are formed on a semiconductor wafer 70, the surface roughness of the surface (the strained silicon film surface) is measured by AFM (atomic force microscopy), and the surface roughness RMS ( root mean square) was calculated. The surface roughness of the thin strained silicon film 72 depends on the surface roughness of the underlying silicon germanium film 71.

本実施の形態に従ってシリコンゲルマニウム膜71を形成すると、シリコンゲルマニウム膜71の成膜温度が777℃の場合、表面粗度のRMSは3.6nmであり、シリコンゲルマニウム膜71の成膜温度が800℃の場合、表面粗度のRMSは2.5nmであった。   When the silicon germanium film 71 is formed according to the present embodiment, when the deposition temperature of the silicon germanium film 71 is 777 ° C., the RMS of the surface roughness is 3.6 nm, and the deposition temperature of the silicon germanium film 71 is 800 ° C. In this case, the RMS of the surface roughness was 2.5 nm.

比較例として、シリコンゲルマニウム膜の成膜の初期段階からゲルマニウム濃度を階段状に増大させ、ゲルマニウム濃度が最大値に達した後は、ゲルマニウム濃度を減少させることなく一定となるようにシリコンゲルマニウム膜を成膜した場合(すなわち上記シリコンゲルマニウム膜61の場合)についても表面粗度のRMSを測定した。ただしシリコンゲルマニウム膜61の成膜温度は777℃である。この比較例の場合、表面粗度のRMSは4.1nmであった。   As a comparative example, the germanium concentration is increased stepwise from the initial stage of the formation of the silicon germanium film, and after the germanium concentration reaches the maximum value, the silicon germanium film is made constant without decreasing the germanium concentration. Even when the film was formed (that is, in the case of the silicon germanium film 61), the RMS of the surface roughness was measured. However, the deposition temperature of the silicon germanium film 61 is 777 ° C. In the case of this comparative example, the RMS of the surface roughness was 4.1 nm.

従って、本実施の形態のように、シリコンゲルマニウム膜の成膜の初期段階からゲルマニウム濃度を階段状に増大させ、ゲルマニウム濃度が最大値に達した後、ゲルマニウム濃度が一旦減少するようにシリコンゲルマニウム膜71を成膜することにより、表面粗度を小さくすることができる。このため、シリコンゲルマニウム膜71およびその上に形成される歪シリコン膜72の表面粗度を小さくでき、半導体装置の信頼性を向上することが可能になる。また、半導体装置の製造歩留まりも向上できる。また、シリコンゲルマニウム膜71の成膜温度を高くすることで、表面粗度を更に小さくすることもできる。なお、このような効果は、シリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度がピークを形成した後、シリコンゲルマニウム膜71と歪シリコン膜72との界面方向にゲルマニウム濃度を階段状に減少させた場合(図16のゲルマニウム濃度分布の場合に対応)も、あるいは連続的に減少させた場合(図17のゲルマニウム濃度分布の場合に対応)も、同様に得ることができる。   Therefore, as in the present embodiment, the germanium concentration is increased stepwise from the initial stage of the formation of the silicon germanium film, and after the germanium concentration reaches the maximum value, the silicon germanium film is once decreased. By forming 71, the surface roughness can be reduced. Therefore, the surface roughness of the silicon germanium film 71 and the strained silicon film 72 formed thereon can be reduced, and the reliability of the semiconductor device can be improved. In addition, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved. Further, the surface roughness can be further reduced by increasing the deposition temperature of the silicon germanium film 71. Note that such an effect is obtained when the germanium concentration of the silicon germanium film 71 is reduced in a stepwise manner in the direction of the interface between the silicon germanium film 71 and the strained silicon film 72 after the germanium concentration of the silicon germanium film 71 forms a peak (FIG. 16). It can be obtained in the same manner whether it is a germanium concentration distribution) or continuously reduced (corresponding to the germanium concentration distribution in FIG. 17).

図18は、本実施の形態に従って形成されたシリコンゲルマニウム膜71上に形成した歪シリコン膜72の格子定数の伸び率を測定した結果を示すグラフである。図18のグラフの横軸は、シリコンゲルマニウム膜71と歪シリコン膜72の界面近傍でのシリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度(図16および図17のグラフのY)に対応する。図18のグラフの縦軸は、歪シリコン膜72の格子定数のxy方向(半導体ウエハ70の主面に平行な面内方向)の伸び率に対応し、通常のシリコン単結晶の格子定数を1とした相対値で示してある。また、図18のグラフ中の黒丸が、歪シリコン膜72の格子定数の実測値に対応し、グラフ中の直線はシリコンゲルマニウムの格子定数とゲルマニウム濃度の関係を示す理論値(立方晶歪緩和時)に対応する。 FIG. 18 is a graph showing the results of measuring the lattice constant elongation of the strained silicon film 72 formed on the silicon germanium film 71 formed according to the present embodiment. The horizontal axis of the graph of FIG. 18 corresponds to the germanium concentration of the silicon germanium film 71 in the vicinity of the interface between the silicon germanium film 71 and the strained silicon film 72 (Y 1 in the graphs of FIGS. 16 and 17). The vertical axis of the graph of FIG. 18 corresponds to the elongation of the lattice constant of the strained silicon film 72 in the xy direction (in-plane direction parallel to the main surface of the semiconductor wafer 70), and the lattice constant of a normal silicon single crystal is 1 The relative value is shown. 18 corresponds to the actually measured value of the lattice constant of the strained silicon film 72, and the straight line in the graph is a theoretical value showing the relationship between the lattice constant of silicon germanium and the germanium concentration (when cubic strain relaxation is performed). ).

図18のグラフから分かるように、歪シリコン膜72の格子定数実測値は、シリコンゲルマニウムの格子定数とゲルマニウム濃度の関係を示す理論直線にほぼ一致している。すなわち、歪シリコン膜72の格子定数は、下地層であるシリコンゲルマニウム膜71の格子定数に対応して伸びた(歪んだ)格子定数を有している。従って、本実施の形態に従って形成された歪シリコン膜72は、下地シリコンゲルマニウム膜71のゲルマニウム濃度(Y)に対応した歪みを有し、かつシリコンゲルマニウム膜71は十分に歪みが緩和されていることが確認できる。 As can be seen from the graph of FIG. 18, the measured lattice constant of the strained silicon film 72 substantially coincides with the theoretical line indicating the relationship between the lattice constant of silicon germanium and the germanium concentration. That is, the lattice constant of the strained silicon film 72 has a lattice constant extended (distorted) corresponding to the lattice constant of the silicon germanium film 71 as the underlying layer. Therefore, the strained silicon film 72 formed in accordance with the present embodiment has a strain corresponding to the germanium concentration (Y 1 ) of the underlying silicon germanium film 71, and the silicon germanium film 71 is sufficiently relaxed. I can confirm that.

次に、シリコンゲルマニウム膜71を形成する前の半導体ウエハ(半導体基板)70の処理方法について説明する。以下のような処理を行った後に、シリコンゲルマニウム膜71を半導体ウエハ70上にエピタキシャル成長させるとより好ましい。なお、以下の処理方法は、前記実施の形態1において、シリコンゲルマニウム膜21を形成する前の半導体ウエハ(半導体基板)12の処理方法として適用することもでき、そのような処理を行った後にシリコンゲルマニウム膜21を半導体ウエハ12上にエピタキシャル成長させるとより好ましいことはもちろんである。   Next, a processing method of the semiconductor wafer (semiconductor substrate) 70 before forming the silicon germanium film 71 will be described. More preferably, the silicon germanium film 71 is epitaxially grown on the semiconductor wafer 70 after the following treatment. The following processing method can also be applied as a processing method for the semiconductor wafer (semiconductor substrate) 12 before the silicon germanium film 21 is formed in the first embodiment. Of course, it is more preferable that the germanium film 21 is epitaxially grown on the semiconductor wafer 12.

例えば、水素ガスのような還元性雰囲気中で半導体ウエハ70を例えば1040℃に加熱(前加熱処理)することで、半導体ウエハ70の表面の自然酸化膜を除去し、半導体ウエハ70の表面を清浄化することができる。これにより、半導体ウエハ70の清浄な表面上にシリコンゲルマニウム膜71をエピタキシャル成長することが可能になる。   For example, the semiconductor wafer 70 is heated to, for example, 1040 ° C. in a reducing atmosphere such as hydrogen gas (preheating treatment), thereby removing a natural oxide film on the surface of the semiconductor wafer 70 and cleaning the surface of the semiconductor wafer 70. Can be As a result, the silicon germanium film 71 can be epitaxially grown on the clean surface of the semiconductor wafer 70.

また、上記前加熱処理によって自然酸化膜を除去した後、処理室2内にモノシランガス(SiH)を導入しかつ半導体ウエハ70を例えば980℃で加熱して半導体ウエハ70上に薄いシリコン膜70aをエピタキシャル成長させ、清浄なシリコン表面を形成することもできる。図13に従って説明された上記実施の形態では、この処理が行われている。 Further, after the natural oxide film is removed by the preheating process, monosilane gas (SiH 4 ) is introduced into the processing chamber 2 and the semiconductor wafer 70 is heated at, for example, 980 ° C. to form a thin silicon film 70 a on the semiconductor wafer 70. It can also be epitaxially grown to form a clean silicon surface. In the embodiment described according to FIG. 13, this process is performed.

あるいは、塩化水素(HCl)ガスを処理室2内に導入しかつ半導体ウエハ70を例えば900℃で加熱して半導体ウエハ70表面をエッチングし、半導体ウエハ70の表面の自然酸化膜を除去することもできる。この工程は、半導体ウエハ70の温度を1000℃以下に抑えなければならない場合などに特に有効である。   Alternatively, hydrogen chloride (HCl) gas is introduced into the processing chamber 2 and the semiconductor wafer 70 is heated at, for example, 900 ° C. to etch the surface of the semiconductor wafer 70 to remove the natural oxide film on the surface of the semiconductor wafer 70. it can. This process is particularly effective when the temperature of the semiconductor wafer 70 must be suppressed to 1000 ° C. or lower.

あるいは、上記のように半導体ウエハ70の表面を清浄化するために前加熱処理を行った後、更に上記のように塩化水素ガスを処理室2内に導入して半導体ウエハ70表面のエッチングを行うこともできる。   Alternatively, after the preheating process is performed to clean the surface of the semiconductor wafer 70 as described above, the surface of the semiconductor wafer 70 is etched by introducing hydrogen chloride gas into the processing chamber 2 as described above. You can also.

あるいは、上記のように半導体ウエハ70の表面を清浄化するために上記前加熱処理を行った後、更に上記のように塩化水素ガスを処理室2内に導入して半導体ウエハ70表面のエッチングを行い、その後上記のように半導体ウエハ70上に薄いシリコン膜70aをエピタキシャル成長させることもできる。   Alternatively, after the preheating treatment is performed in order to clean the surface of the semiconductor wafer 70 as described above, hydrogen chloride gas is further introduced into the processing chamber 2 as described above to etch the surface of the semiconductor wafer 70. After that, a thin silicon film 70a can be epitaxially grown on the semiconductor wafer 70 as described above.

これらの表面処理方法は、半導体ウエハ70上にシリコンゲルマニウム膜71を形成する場合について述べたが、半導体ウエハ70上に既に形成されたシリコンゲルマニウム膜71上に、更にシリコンゲルマニウム膜やシリコン膜を形成する際の表面処理方法としても有効である。また、例えばシリコンゲルマニウム膜71の表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)などで研磨した後に、更にシリコンゲルマニウム膜やシリコン膜を形成する際の表面処理方法としても有効である。   In these surface treatment methods, the case where the silicon germanium film 71 is formed on the semiconductor wafer 70 has been described. However, a silicon germanium film or a silicon film is further formed on the silicon germanium film 71 already formed on the semiconductor wafer 70. It is also effective as a surface treatment method. Further, for example, after the surface of the silicon germanium film 71 is polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like, it is also effective as a surface treatment method for further forming a silicon germanium film or a silicon film.

また、上記実施の形態では、シリコンソースガスとしてモノシラン(SiH)ガスを用いたが、SiHガスの代わりにSiHClガスをシリコンソースガスとして用いることもできる。これにより、シリコンゲルマニウム膜71および歪シリコン膜72の成長速度をより向上したり、異物発生を抑制することが可能となる。 In the above embodiment, monosilane (SiH 4 ) gas is used as the silicon source gas. However, SiH 2 Cl 2 gas can be used as the silicon source gas instead of SiH 4 gas. As a result, the growth rate of the silicon germanium film 71 and the strained silicon film 72 can be further improved, and the generation of foreign matter can be suppressed.

また、シリコンソースガスとして最初にSiHClガスを用い、シリコンゲルマニウム膜71の成膜の最終段階(例えば図13のグラフの時間t12〜t13の間の最後の数分間)と歪シリコン膜72の成膜段階(時間t13〜t14)とにおけるシリコンソースガスをモノシラン(SiH)ガスに切り換えることもできる。これにより、成長した膜の表面をより平坦にすることができる。また、歪シリコン膜72のみにモノシランガスを用いても効果がある。 Also, initially using a SiH 2 Cl 2 gas as a silicon source gas, (the last few minutes during the time t 12 ~t 13 of the graph, for example, FIG. 13) and the strained silicon final stage of forming the silicon-germanium film 71 It is also possible to switch the silicon source gas to the monosilane (SiH 4 ) gas in the film formation stage of the film 72 (time t 13 to t 14 ). Thereby, the surface of the grown film can be made flatter. Further, it is effective to use monosilane gas only for the strained silicon film 72.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

前記実施の形態では、MISFETを有する半導体装置について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、シリコンゲルマニウム膜を形成した種々の半導体装置の製造方法および半導体装置に適用することができる。たとえば、バイポーラ素子のベース部分としてSiGe膜を選択的に形成することも可能である。   Although the semiconductor device having a MISFET has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and can be applied to various semiconductor device manufacturing methods and semiconductor devices in which a silicon germanium film is formed. it can. For example, a SiGe film can be selectively formed as the base portion of the bipolar element.

本発明は、半導体基板上にシリコンゲルマニウム膜を形成した半導体装置の製造方法および半導体装置に適用できる。   The present invention can be applied to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device in which a silicon germanium film is formed on a semiconductor substrate.

本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程で用いられる半導体製造装置の概念的な構造を示す一部切欠き正面図である。1 is a partially cutaway front view showing a conceptual structure of a semiconductor manufacturing apparatus used in a semiconductor device manufacturing process according to an embodiment of the present invention; 図1の半導体製造装置の一部切欠き上面図である。FIG. 2 is a partially cutaway top view of the semiconductor manufacturing apparatus of FIG. 1. 図1の半導体製造装置のガスノズルの先端付近の構造を概念的に示す側面図である。It is a side view which shows notionally the structure near the front-end | tip of the gas nozzle of the semiconductor manufacturing apparatus of FIG. 図3のガスノズルの上面図である。It is a top view of the gas nozzle of FIG. 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図5に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 8 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 9 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 8; 本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造工程で用いられる半導体製造装置の説明図である。It is explanatory drawing of the semiconductor manufacturing apparatus used at the manufacturing process of the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 半導体ウエハ上にシリコンゲルマニウム膜とシリコン膜を形成した状態を概念的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows notionally the state which formed the silicon germanium film | membrane and the silicon film on the semiconductor wafer. 本発明の他の形態である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device which is the other form of this invention. シリコンゲルマニウム膜および歪シリコン膜の形成工程における半導体ウエハの温度と成膜装置へ導入するモノゲルマン(GeH)ガスの流量とを示すグラフである。Silicon germanium film and the strained silicon film monogerman be introduced into the temperature and the film formation apparatus of the semiconductor wafer in the step of forming (GeH 4) is a graph showing the flow rate of the gas. シリコンゲルマニウム膜および歪シリコン膜の形成工程における半導体ウエハの温度と成膜装置へ導入するモノゲルマン(GeH)ガスの流量とを示すグラフである。Silicon germanium film and the strained silicon film monogerman be introduced into the temperature and the film formation apparatus of the semiconductor wafer in the step of forming (GeH 4) is a graph showing the flow rate of the gas. シリコンゲルマニウム膜の厚み方向のゲルマニウム濃度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the germanium density | concentration distribution of the thickness direction of a silicon germanium film | membrane. シリコンゲルマニウム膜の厚み方向のゲルマニウム濃度分布を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically the germanium concentration distribution of the thickness direction of a silicon germanium film. シリコンゲルマニウム膜の厚み方向のゲルマニウム濃度分布を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically the germanium concentration distribution of the thickness direction of a silicon germanium film. シリコンゲルマニウム膜上に形成した歪シリコン膜の格子定数の伸び率を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the elongation rate of the lattice constant of the strained silicon film formed on the silicon germanium film.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体製造装置
2 処理室
3 サセプタ
3a サセプタ回転方向
4 サセプタ支持台
5 コイルカバー
6 高周波コイル
7 ガスノズル
7a 孔(ガスノズルの孔)
8 ガス排気口
9 ベースプレート
10 ベルジャ
10a 石英ベルジャ
10b ステンレス製ベルジャ
10c 覗窓
11 ベルジャパージ部
12 半導体ウエハ(半導体基板)
13 ガス放出方向
13a ガスの流れ
21 シリコンゲルマニウム膜(SiGe膜)
22 シリコン膜(歪シリコン膜)
23 素子分離領域
24 ゲート絶縁膜
25 シリコンゲルマニウム膜
26 タングステンシリサイド(WSi)膜
27 ゲート電極
28 n型半導体領域(ソース、ドレイン)
29 nチャネル型のMISFET
30 層間膜絶縁膜
31 コンタクトホール
32 プラグ
33 配線(第1層配線)
34 層間絶縁膜
41 半導体製造装置
42 処理室
43 サセプタ
44 サセプタ支持部
45 コイルカバー
46 高周波コイル
47 ガスノズル
48 ガス排気口
49 ベースプレート
50 ベルジャ
52 半導体ウエハ(半導体基板)
53 ガスの流れ
60 半導体ウエハ(半導体基板)
61 シリコンゲルマニウム膜
62 シリコン膜(歪シリコン)膜
70 半導体ウエハ(半導体基板)
70a シリコン膜
71 シリコンゲルマニウム膜(SiGe膜)
72 シリコン膜(歪シリコン膜)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor manufacturing apparatus 2 Processing chamber 3 Susceptor 3a Susceptor rotation direction 4 Susceptor support stand 5 Coil cover 6 High frequency coil 7 Gas nozzle 7a Hole (hole of a gas nozzle)
8 gas exhaust port 9 base plate 10 bell jar 10a quartz bell jar 10b stainless steel bell jar 10c viewing window 11 bell jar purge section 12 semiconductor wafer (semiconductor substrate)
13 Gas emission direction 13a Gas flow 21 Silicon germanium film (SiGe film)
22 Silicon film (strained silicon film)
23 element isolation region 24 gate insulating film 25 silicon germanium film 26 tungsten silicide (WSi 2 ) film 27 gate electrode 28 n-type semiconductor region (source, drain)
29 n-channel MISFET
30 Interlayer insulating film 31 Contact hole 32 Plug 33 Wiring (first layer wiring)
34 Interlayer insulating film 41 Semiconductor manufacturing apparatus 42 Processing chamber 43 Susceptor 44 Susceptor support 45 Coil cover 46 High frequency coil 47 Gas nozzle 48 Gas exhaust port 49 Base plate 50 Berja 52 Semiconductor wafer (semiconductor substrate)
53 Gas flow 60 Semiconductor wafer (semiconductor substrate)
61 Silicon germanium film 62 Silicon film (strained silicon) film 70 Semiconductor wafer (semiconductor substrate)
70a Silicon film 71 Silicon germanium film (SiGe film)
72 Silicon film (strained silicon film)

Claims (20)

半導体基板と、
前記半導体基板上にエピタキシャル成長されたシリコンゲルマニウム膜と、
前記シリコンゲルマニウム膜上にエピタキシャル成長されたシリコン膜と、
を具備し、
前記シリコンゲルマニウム膜の厚み方向のゲルマニウム濃度分布は、前記シリコンゲルマニウム膜の厚み方向の中間領域に最大濃度のピークを有していることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A silicon germanium film epitaxially grown on the semiconductor substrate;
A silicon film epitaxially grown on the silicon germanium film;
Comprising
The semiconductor device characterized in that the germanium concentration distribution in the thickness direction of the silicon germanium film has a maximum concentration peak in an intermediate region in the thickness direction of the silicon germanium film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記半導体基板と前記シリコンゲルマニウム膜との間に形成されたシリコン膜を更に具備することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device further comprising a silicon film formed between the semiconductor substrate and the silicon germanium film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記シリコンゲルマニウム膜の厚み方向のゲルマニウム濃度分布は、前記半導体基板側の界面の近傍から前記シリコンゲルマニウム膜の内部に向かう方向に増大し、前記中間領域で前記最大濃度のピークを有した後、前記シリコン膜側の界面に向かう方向に一旦減少し、その後前記シリコン膜側の界面までほぼ一定であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The germanium concentration distribution in the thickness direction of the silicon germanium film increases in the direction from the vicinity of the interface on the semiconductor substrate side toward the inside of the silicon germanium film, and has the peak of the maximum concentration in the intermediate region. A semiconductor device characterized in that it decreases once in a direction toward the interface on the silicon film side, and thereafter is substantially constant up to the interface on the silicon film side.
請求項1記載の半導体装置において、
前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度は、5〜40原子%の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, wherein a germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of an interface between the silicon germanium film and the silicon film is in a range of 5 to 40 atomic%.
請求項1記載の半導体装置において、
前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度の前記最大濃度のピークと、前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度との差は、1〜40原子%の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The difference between the peak of the germanium concentration of the silicon germanium film and the germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is in the range of 1 to 40 atomic%. A semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置において、
前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度の前記最大濃度のピークと、前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度との差は、3〜20原子%の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The difference between the peak of the germanium concentration of the silicon germanium film and the germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is in the range of 3 to 20 atomic%. A semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置において、
前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度の前記最大濃度のピークと、前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度との差は、5〜10原子%の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The difference between the peak of the germanium concentration of the silicon germanium film and the germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is in the range of 5 to 10 atomic%. A semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置において、
前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度に対する、前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度の前記最大濃度のピークの比は、1.02〜9.0の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The ratio of the maximum concentration peak of the germanium concentration of the silicon germanium film to the germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is in the range of 1.02 to 9.0. There is a semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置において、
前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度に対する、前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度の前記最大濃度のピークの比は、1.1〜3.0の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The ratio of the maximum concentration peak of the germanium concentration of the silicon germanium film to the germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is within a range of 1.1 to 3.0. There is a semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置において、
前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度に対する、前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度の前記最大濃度のピークの比は、1.2〜1.7の範囲内にあることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The ratio of the maximum concentration peak of the germanium concentration of the silicon germanium film to the germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is in the range of 1.2 to 1.7. There is a semiconductor device.
半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板上にシリコンゲルマニウム膜をエピタキシャル成長させる工程と、
前記シリコンゲルマニウム膜上にシリコン膜をエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記シリコンゲルマニウム膜の厚み方向のゲルマニウム濃度分布は、前記シリコンゲルマニウム膜の厚み方向の中間領域に最大濃度のピークを有するようにゲルマニウムを含むガス流量を制御して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Preparing a semiconductor substrate;
Epitaxially growing a silicon germanium film on the semiconductor substrate;
Epitaxially growing a silicon film on the silicon germanium film;
Have
The semiconductor device is characterized in that the germanium concentration distribution in the thickness direction of the silicon germanium film is formed by controlling a gas flow rate containing germanium so as to have a maximum concentration peak in an intermediate region in the thickness direction of the silicon germanium film. Manufacturing method.
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
前記シリコンゲルマニウム膜を形成する前に前記半導体基板上にシリコン膜を形成する工程を更に有し、
前記シリコンゲルマニウム膜は前記半導体基板上の前記シリコン膜を形成した上に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
Further comprising forming a silicon film on the semiconductor substrate before forming the silicon germanium film;
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the silicon germanium film is formed on the semiconductor substrate after the silicon film is formed.
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
前記シリコンゲルマニウム膜の厚み方向のゲルマニウム濃度分布は、前記半導体基板側の界面の近傍から前記シリコンゲルマニウム膜の内部に向かう方向に増大し、前記中間領域で前記ピークを有した後、前記シリコン膜側の界面に向かう方向に一旦減少し、その後前記シリコン膜側の界面までほぼ一定となるようにゲルマニウムを含むガス流量を制御して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
The germanium concentration distribution in the thickness direction of the silicon germanium film increases in the direction from the vicinity of the interface on the semiconductor substrate side toward the inside of the silicon germanium film, and after having the peak in the intermediate region, the silicon film side A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a gas containing germanium by controlling a flow rate so as to decrease once in a direction toward the interface of the silicon film and thereafter to be substantially constant up to the interface on the silicon film side.
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度は、5〜40原子%の範囲内となるようにゲルマニウムを含むガス流量を制御して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
The germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is formed by controlling the gas flow rate including germanium so that the germanium concentration is in the range of 5 to 40 atomic%. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度の前記ピークと、前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度との差は、1〜40原子%の範囲内となるようにゲルマニウムを含むガス流量を制御して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
The difference between the peak of germanium concentration of the silicon germanium film and the germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is in the range of 1 to 40 atomic%. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: controlling a gas flow rate including:
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度の前記ピークと、前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度との差は、3〜20原子%の範囲内となるようにゲルマニウムを含むガス流量を制御して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
The difference between the peak of the germanium concentration of the silicon germanium film and the germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is in the range of 3 to 20 atomic%. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: controlling a gas flow rate including:
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度の前記ピークと、前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度との差は、5〜10原子%の範囲内となるようにゲルマニウムを含むガス流量を制御して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
The difference between the peak of the germanium concentration of the silicon germanium film and the germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is in the range of 5 to 10 atomic%. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: controlling a gas flow rate including:
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度に対する、前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度の前記ピークの比は、1.02〜9.0の範囲内となるようにゲルマニウムを含むガス流量を制御して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
The ratio of the peak of the germanium concentration of the silicon germanium film to the germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is in the range of 1.02 to 9.0. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a gas containing germanium by controlling a flow rate of gas.
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度に対する、前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度の前記ピークの比は、1.1〜3.0の範囲内となるようにゲルマニウムを含むガス流量を制御して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
The ratio of the peak of the germanium concentration of the silicon germanium film to the germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is in the range of 1.1 to 3.0. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a gas containing germanium by controlling a flow rate of gas.
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
前記シリコンゲルマニウム膜と前記シリコン膜との界面近傍における前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度に対する、前記シリコンゲルマニウム膜のゲルマニウム濃度の前記ピークの比は、1.2〜1.7の範囲内となるようにゲルマニウムを含むガス流量を制御して形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
The ratio of the peak of the germanium concentration of the silicon germanium film to the germanium concentration of the silicon germanium film in the vicinity of the interface between the silicon germanium film and the silicon film is in the range of 1.2 to 1.7. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a gas containing germanium by controlling a flow rate of gas.
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