JP5018473B2

JP5018473B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP5018473B2
Application number: JP2007340900A
Authority: JP
Inventors: 洋介島宗
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: JP2009164281A

Description

本発明は、高速動作が可能な半導体装置の製造方法に関する。

近年、電荷の移動度を高速化するためにチャネルに歪を生じさせたトランジスタについての研究が行われている。例えば、ＳｉＧｅ膜をソース及びドレインに形成したトランジスタについての研究が行われている。また、ホウ素（Ｂ）を含有するＳｉＧｅ膜を形成したトランジスタについての研究も行われている。このようなトランジスタとしては、ＳｉＧｅ膜中のＧｅ濃度が一定のもの、及びＧｅ濃度が深さに応じて変化しているものが挙げられる。特許文献１及び２には、ＳｉＧｅ膜中のＧｅ濃度が深さに応じて連続的に変化しているトランジスタが記載されている。

このようなトランジスタを備えた半導体装置を工業的に製造する場合、スループットの向上のためにはバッチ式の縦型反応炉を用いて複数の半導体基板に対してＳｉＧｅ膜を形成することが好ましい。しかしながら、バッチ式の縦型反応炉を用いた場合には、一般に反応炉容積が大きく、炉内の各所に配置したウェハ間でＧｅ濃度の均一性を確保することが困難であり、所望の特性を得にくい。

スループットの向上のためには、ＳｉＧｅ膜を高温下で形成することも考えられる。しかしながら、高温下では、欠陥が生じやすく、この結果、歪が緩和されてしまう。また、ドーパントの再拡散が生じて、所望の特性が得られないこともある。

このため、現状では、枚葉式の装置を用いてＳｉＧｅ膜を形成している。多数の枚葉式の装置を用いれば、スループットを向上させることは可能であるが、それでは、コストが高くなってしまう。

特開２００３−３４７２２９号公報特開２０００−３２３４２０号公報

本発明の目的は、バッチ式の反応炉を用いた場合でも、安定した特性を得ることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。

本願発明者は、従来のバッチ式の縦型反応炉を用いてＧｅ濃度を変化させた場合にＧｅ濃度が安定しない原因について検討した。この結果、次のような傾向があることを見出した。

Ｂを含有するＳｉＧｅ膜を形成する場合には、ＳｉＨ₄ガス、ＧｅＨ₄ガス、Ｂ₂Ｈ₆ガス、ＨＣｌガス及びＨ₂ガスの混合ガスを原料ガスとして用いる。そして、Ｇｅ濃度を変化させるには、図１Ａに示すように、ＧｅＨ₄ガスの分圧を高めればよい。但し、ＧｅＨ₄ガスの分圧を高めると、図１Ｂに示すように、ＳｉＧｅ膜の成長速度が速くなる。

このような傾向があるため、図２Ａに示すように、ＧｅＨ₄ガスの分圧を時間に比例して変化させながらＳｉ基板上にＳｉＧｅ膜を形成した場合には、図２Ｂに示すように、成長初期におけるＧｅ濃度の変化が急峻なものとなる。従って、混合ガスの組成等に生じた誤差が微小なものであっても、Ｇｅ濃度が大きく変動してしまう。

そして、本願発明者がこのような傾向に着目して、更に鋭意検討を重ねた結果、図３Ａに示すように、ＧｅＨ₄ガスの分圧を段階的に変化させながらＳｉ基板上にＳｉＧｅ膜を形成した場合には、図３Ｂに示すように、Ｇｅ濃度も段階的に変化することが判明した。このようなＧｅ濃度の段階的な変化は、分圧の制御によって容易に制御できるものであるため、ＳｉＧｅ膜全体のＧｅ濃度を容易に制御できるといえる。

本願発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

この半導体装置の製造方法は、複数枚の半導体基板が配置された反応炉内において、前記半導体基板上に、互いにＧｅ濃度が相違する複数のＳｉＧｅ層を積層する工程において、前記反応炉内に延びる炉内供給ライン及び前記反応炉の外部に延びる排気ラインに繋がった供給ラインに、前記炉内供給ラインが閉じ、前記排気ラインが開いた状態で、Ｓｉの原料ガス及びＧｅの原料ガスを含む混合ガスを流すことにより、前記排気ラインに前記混合ガスを流す第１の工程と、前記供給ラインにおける前記混合ガスの流量の変動幅が所定の範囲内に収まった後に、前記炉内供給ラインを開き、前記排気ラインを閉じることにより、前記炉内供給ラインから前記反応炉内に前記混合ガスを一定の流量で流し、前記複数のＳｉＧｅ層のうちの一つを形成する第２の工程と、を含む。そして、前記混合ガスに含まれるガスのうちでＳｉＧｅ層のＧｅ濃度に影響を及ぼすものの分圧を変更した上で、前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返す。第１の製造方法では、前記混合ガスとして、更にＨＣｌガスを含むものを用い、前記Ｇｅ濃度に影響を及ぼすものの分圧を変更する際に、前記ＨＣｌガスの分圧を変更する。第２の製造方法では、前記Ｇｅ濃度に影響を及ぼすものの分圧を変更する際に、前記混合ガスの流量及び前記反応炉から排気されるガスの排気コンダクタンスを変更する。

上記の半導体装置の製造方法によれば、複数のＳｉＧｅ層の積層に当たり、混合ガスの流量の安定化と、混合ガスの一定流量での供給とを、ＧｅＨ₄ガス等のＳｉＧｅ層のＧｅ濃度に影響を及ぼすガスの分圧を変更した上で繰り返すので、ＳｉＧｅ層中のＧｅ濃度の制御しにくい変化を抑制することができる。このため、バッチ処理を行っても安定した特性を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。

（成膜装置）
先ず、ＳｉＧｅ膜を形成する装置について説明する。この装置は、バッチ式の縦型反応炉を備えたＣＶＤ装置である。図４は、成膜装置の概要を示す模式図である。

この成膜装置においては、原料ガスの供給ライン１２にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３が取り付けられている。原料ガスとしては、例えば、ＳｉＨ₄ガス、ＧｅＨ₄ガス、Ｂ₂Ｈ₆ガス、ＨＣｌガス及びＨ₂ガスが用いられ、夫々のガスに対応したガス供給ラインが設けてある。図４ではその一例として一つのラインのみを掲示している。ＳｉＨ₄はＳｉの原料ガスであり、ＧｅＨ₄はＧｅの原料ガスであり、Ｂ₂Ｈ₆はＢ（不純物）の原料ガスである。また、ＨＣｌは絶縁膜上の成長を抑制して選択性を向上させるガスである。供給ライン１２のＭＦＣ１３よりも下流側は、炉内供給ライン１４及び排気ライン１５に分岐している。炉内供給ライン１４にはバルブＶ１が取り付けられており、排気ライン１５にはバルブＶ２が取り付けられている。そして、炉内供給ライン１４が縦型反応炉１１内まで延びている。更に、この成膜装置には、ＭＦＣ１３、バルブＶ１及びバルブＶ２の制御を行う制御部１６も設けられている。制御部１６は、例えば所定のプログラムに基づいて、ＭＦＣ１３における原料ガスの流量を制御し、また、バルブＶ１及びＶ２の開閉を制御する。

次に、図４に示す成膜装置を用いてＧｅ濃度が変化するＳｉＧｅ領域を形成する方法について説明する。図５は、Ｇｅ濃度が変化するＳｉＧｅ領域を形成する方法を示すフローチャートである。また、図６Ａ〜図６Ｃは、成膜装置の状態の遷移を示す模式図である。

先ず、図６Ａに示すように、制御部１６が、バルブＶ１を閉じると共に、バルブＶ２を開く（ステップＳ１）。

次いで、図６Ｂに示すように、制御部１６がＭＦＣ１３を制御することにより、供給ライン１２に原料ガスを流し始める（ステップＳ２）。供給ライン１２からＭＦＣ１３を通過した原料ガスは排気ライン１５に流れ、炉内供給ライン１４には流れない。

その後、ＭＦＣ１３を流れる原料ガスの流量が安定したかを制御部１６が判定する（ステップＳ３）。例えば、制御部１６は、流量の変動幅が所定の範囲内に収まっているか判定する。制御部１６は、流量が安定するまでこの判定を繰り返す。なお、ステップＳ３の処理に代えて、ＭＦＣ１３を流れる原料ガスの流量が安定するまでにかかる時間を前もって測定しておき、この測定結果に基づいて設定した時間が経過した後に、バルブＶ２を開き、バルブＶ１を閉じるという処理を行ってもよい。

そして、流量が安定すると、制御部１６が、バルブＶ１を開くと共に、バルブＶ２を閉じる（ステップＳ４）。この結果、図６Ｃに示すように、供給ライン１２からＭＦＣ１３を通過した原料ガスは排気ライン１５に流れなくなり、炉内供給ライン１４に流れるようになる。

続いて、所定時間が経過したかを制御部１６が判定する（ステップＳ５）。この所定時間は、形成しようとしているＳｉＧｅ層の成長に必要とされる時間であり、実験等に基づいて容易に特定することができる。制御部１６は、所定時間が経過するまでこの判定を繰り返す。

そして、所定時間が経過すると、制御部１６が、バルブＶ１を閉じると共に、バルブＶ２を開く（ステップＳ６）。この結果、図６Ｂに示すように、供給ライン１２からＭＦＣ１３を通過した原料ガスは炉内供給ライン１４に流れなくなり、排気ライン１５に流れるようになる。

次いで、すべてのＳｉＧｅ層の形成が終了したか、つまりＧｅ濃度が変化するＳｉＧｅ膜の全体が形成されたかを制御部１６が判定する（ステップＳ７）。そして、すべてのＳｉＧｅ層の形成が終了している場合には、原料ガスの供給を停止し（ステップＳ９）、処理を終了する。

一方、一部のＳｉＧｅ層の形成が終了していない場合には、制御部１６がＭＦＣ１３を制御することにより、原料ガスの流量を調整する（ステップＳ８）。つまり、制御部１６は、次に形成しようとするＳｉＧｅ層に対して設定されている流量に調整する。そして、ステップＳ３以降の処理を、すべてのＳｉＧｅ層の形成が終了するまで繰り返す。

原料ガスの供給開始（ステップＳ２）の直後及び原料ガスの流量調整（ステップＳ８）の直後では、原料ガスの流量が不安定となるが、図７に示すように、流量が安定するまでバルブＶ１が開くことがないため（ステップＳ３〜Ｓ４）、流量が安定した原料ガスのみを縦型反応炉１１内に供給することができる。従って、縦型反応炉１１を用いながら、各ＳｉＧｅ層のＧｅ濃度を適切なものとすることができる。つまり、特性を安定させながらスループットを向上させることができる。

（参考例）
次に、参考例について説明する。図８Ａ乃至図８Ｆは、参考例の半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。

本参考例では、先ず、図８Ａに示すように、例えば表面が（００１）面のｎ型シリコン基板１上に、例えば厚さが１．２ｎｍ程度のゲート絶縁膜２を形成する。ゲート絶縁膜２としては、例えば熱酸化膜又はＳｉＯＮ膜を形成する。次いで、ゲート絶縁膜２上にｐ型不純物が導入された多結晶シリコンからなるゲート電極３を形成する。その後、ゲート電極３をマスクとして、ｐ型不純物のイオン注入を行うことにより、ゲート電極３の両脇において、シリコン基板１の表面に低濃度不純物拡散層４を形成する。

続いて、全面に、ＣＶＤ法により酸化膜を形成し、更に絶縁膜を形成し、これらをエッチバックすることにより、図８Ｂに示すように、ＣＶＤ酸化膜５及びサイドウォール絶縁膜６を形成する。ＣＶＤ酸化膜５は、シリコン基板１の表面の一部及びゲート電極３の側面を覆う。次いで、ゲート電極３、ＣＶＤ酸化膜５及びサイドウォール絶縁膜６をマスクとして、ｐ型不純物のイオン注入を行うことにより、低濃度不純物拡散層４の一部と重畳する高濃度不純物拡散層７を形成する。

その後、図８Ｃに示すように、サイドウォール絶縁膜６と整合する溝（トレンチ）８を、高濃度不純物拡散層７内に形成する。溝８のチャネル領域側の側面は＜１１１＞面となっている。このような溝８は、ドライエッチングにより所定深さの溝を形成した後に、ＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide）等の有機アルカリ溶液を用いたウェットエッチングを行うことにより、自己整合的に形成することができる。

続いて、図４に示す成膜装置を用い、エピタキシャル成長法により、図８Ｄに示すように、溝８内にＢを含有するｐ型の傾斜ＳｉＧｅ領域９ａを形成する。このとき、詳細は後述するが、傾斜ＳｉＧｅ領域９ａの構造を５層構造とし、溝８の底に近い層ほどＧｅ濃度を低くする。また、例えば傾斜ＳｉＧｅ領域９ａの最表面の溝８の底からの高さを、シリコン基板１の表面を基準としたときの溝８の深さよりも低くする。

なお、傾斜ＳｉＧｅ領域９ａの形成前には、次のような前処理を行うことが好ましい。先ず、シリコン基板１の表面に存在する自然酸化膜を除去する。次いで、図４に示す成膜装置内において、水素雰囲気中で４００℃〜６００℃まで基板温度を昇温する。そして、圧力：５Ｐａ〜１３３０Ｐａ、温度：４００℃〜６００℃の条件下に最大で６０分間程度保持することにより、水素ベーキングを行う。

また、傾斜ＳｉＧｅ領域９ａ中のＧｅ濃度は、例えば２０原子％未満とする。傾斜ＳｉＧｅ領域９ａ中のＧｅ濃度を適切に規定することにより、傾斜ＳｉＧｅ領域９ａとシリコン基板１との間の格子定数の相違（ミスマッチ）が小さくなり、これらの界面を基点とする転位が発生しにくくなる。

次いで、図４に示す成膜装置を用い、エピタキシャル成長法により、図８Ｅに示すように、傾斜ＳｉＧｅ領域９ａ上にＢを含有するｐ型の固定ＳｉＧｅ領域９ｂを形成する。このとき、詳細は後述するが、固定ＳｉＧｅ領域９ｂ中のＧｅ濃度を、傾斜ＳｉＧｅ領域９ａの最表層のＧｅ濃度以上とする。また、例えば、固定ＳｉＧｅ領域９ｂの表面をシリコン基板１の表面に揃える。

また、固定ＳｉＧｅ領域９ｂ中のＧｅ濃度は、例えば２０原子％以上とする。固定ＳｉＧｅ領域９ｂ中のＧｅ濃度を適切に規定することにより、固定ＳｉＧｅ領域９ｂとシリコン基板１との間の格子定数の相違（ミスマッチ）が大きくなり、チャネル領域に一軸性の圧縮応力を効果的に作用する。

その後、図４に示す成膜装置を用い、エピタキシャル成長法により、図８Ｆに示すように、固定ＳｉＧｅ領域９ｂ上に犠牲ＳｉＧｅ膜９ｃを形成する。このとき、犠牲ＳｉＧｅ膜９ｃ中のＧｅ濃度を、固定ＳｉＧｅ領域９ｂのＧｅ濃度より低くする。

犠牲ＳｉＧｅ膜９ｃ中のＧｅ濃度を適切に規定することにより、後のシリサイド化処理の際に、抵抗率が高いＮｉＳｉ₂相が形成されにくくなる。ＮｉＳｉ₂相はＮｉＳｉ相と比較して抵抗が高く、（１１１）面で囲まれたスパイクを形成しやすい。このため、ＮｉＳｉ₂相が存在すると、トランジスタの電流駆動能力が劣化しやすく、また、リーク電流が増大しやすい。これに対し、犠牲ＳｉＧｅ膜９ｃ中のＧｅ濃度を適切に規定すれば、このような問題を未然に回避できる。

続いて、エピタキシャル成長法により、図８Ｆに示すように、犠牲ＳｉＧｅ膜９ｃ上にＳｉ膜９ｄを形成する。更に、全面にＮｉ層等を形成し、熱処理を行うことにより、Ｓｉ膜９ｄの表面及びゲート電極３の表面にシリサイド層を形成する。このとき、シリサイド層が犠牲ＳｉＧｅ膜９ｃまで拡がって形成されてもよい。その後、層間絶縁膜及び配線等を形成して半導体装置を完成させる。

このようにして製造された半導体装置では、図４に示す成膜装置を用いて傾斜ＳｉＧｅ領域９ａ、固定ＳｉＧｅ領域９ｂ及び犠牲ＳｉＧｅ膜９ｃが形成されているため、その特性は安定したものとなる。

ここで、図４に示す成膜装置を用いて傾斜ＳｉＧｅ領域９ａ及び固定ＳｉＧｅ領域９ｂを形成する際の具体的な条件について説明する。傾斜ＳｉＧｅ領域９ａ及び固定ＳｉＧｅ領域９ｂの形成に当たっては、Ｈ₂ガスの分圧を１Ｐａ〜１００Ｐａの範囲内で固定し、ＳｉＨ₄ガスの分圧を１Ｐａ〜１０Ｐａの範囲内で固定する。また、Ｂ₂Ｈ₆ガスの分圧を０．０００１Ｐａ〜０．１Ｐａの範囲内で固定し、ＨＣｌガスの分圧を０．１Ｐａ〜１０Ｐａの範囲内で固定する。例えば、Ｈ₂ガスの分圧を３２Ｐａとし、ＳｉＨ₄ガスの分圧を５Ｐａとし、Ｂ₂Ｈ₆ガスの分圧を０．００５Ｐａとし、ＨＣｌガスの分圧を３Ｐａとする。また、ＧｅＨ₄ガスの分圧は、形成しようとする層又は膜中のＧｅ濃度に応じて、０．００１Ｐａ〜１Ｐａの範囲内で選択する。また、Ｂのドーピング量は、１×１０¹⁹〜１×１０²¹ｃｍ^-3程度とする。

また、傾斜ＳｉＧｅ領域９ａを構成する５層のＳｉＧｅ層の各厚さは、例えば４ｎｍとし、固定ＳｉＧｅ領域９ｂの厚さは、例えば３６ｎｍとする。更に、図９に示すように、傾斜ＳｉＧｅ領域９ａを構成する５層のＳｉＧｅ層中のＧｅ濃度は、溝の底側から順に、例えば１４原子％（第１層）、１６原子％（第２層）、１８原子％（第３層）、２０原子％（第４層）、２２原子％（第５層）とし、固定ＳｉＧｅ領域９ｂ中のＧｅ濃度は、例えば２４原子％とする。また、犠牲ＳｉＧｅ膜９ｃ中のＧｅ濃度は、例えば２０原子％とする。また、傾斜ＳｉＧｅ領域９ａを構成する５層のＳｉＧｅ層の形成のための原料ガスの縦型反応炉１１内への供給時間は、例えば、第１層〜第４層において４．５分間とし、第５層において５分間とし、固定ＳｉＧｅ領域９ｂの形成のための原料ガスの縦型反応炉１１内への供給時間は、例えば４６分間とする。また、原料ガスの流量の安定に必要な時間は約１分間である。

また、ＧｅＨ₄ガスの分圧の変化をグラフに表すと図１０Ａのようになる。なお、本参考例では、図１０Ｂに示すように、排気コンダクタンスは一定とする。

このような参考例によれば、Ｇｅ濃度の変化が所望のものとなり、特性が安定したトランジスタを備えた半導体装置を、バッチ処理により高いスループットで製造することができる。

（第１の実施形態）
次に、第１の実施形態について説明する。ＳｉＧｅ層中のＧｅ濃度は、ＧｅＨ₄ガスの分圧を変化させなくとも、ＨＣｌガスの分圧を変化させれば、制御することができる。つまり、Ｈ₂ガスの分圧、ＳｉＨ₄ガスの分圧、Ｂ₂Ｈ₆ガス及びＧｅＨ₄ガスの分圧を固定した状態で、ＨＣｌガスの分圧を変化させると、形成されるＳｉＧｅ層中のＧｅ濃度が変化する。図１１に、ＨＣｌガスの分圧とＳｉＧｅ層中のＧｅ濃度との関係を示す。図１１に示すように、ＨＣｌガスの分圧が高くなるほど、Ｇｅ濃度が上昇する。そこで、第１の実施形態では、参考例とは異なり、ＧｅＨ₄ガスの分圧を固定しつつ、ＨＣｌガスの分圧を変化させる。

具体的には、傾斜ＳｉＧｅ領域９ａ及び固定ＳｉＧｅ領域９ｂの形成に当たり、Ｈ₂ガスの分圧を１Ｐａ〜１００Ｐａの範囲内で固定し、ＳｉＨ₄ガスの分圧を１Ｐａ〜１０Ｐａの範囲内で固定する。また、Ｂ₂Ｈ₆ガスの分圧を０．０００１Ｐａ〜０．１Ｐａの範囲内で固定し、ＧｅＨ₄ガスの分圧を０．００１Ｐａ〜１Ｐａの範囲内で固定する。例えば、Ｈ₂ガスの分圧を３２Ｐａとし、ＳｉＨ₄ガスの分圧を５Ｐａとし、Ｂ₂Ｈ₆ガスの分圧を０．００５Ｐａとし、ＧｅＨ₄ガスの分圧を０．１５Ｐａとする。また、ＨＣｌガスの分圧は、形成しようとする層又は膜中のＧｅ濃度に応じて、０．１Ｐａ〜１０Ｐａの範囲内で選択する。

このような第１の実施形態によっても参考例と同様に、特性が安定したトランジスタを備えた半導体装置を高いスループットで製造することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図１２に示すように、縦型反応炉１１内には、複数の半導体基板２０が縦方向に並べて配置される。このような場合、炉内供給ライン１４から供給された原料ガス中のＧｅＨ₄ガス２１は、縦型反応炉１１内の上流から下流に向けて消費されながら流れる。なお、縦型反応炉１１には、排気のためのポンプ１７が繋げられており、このポンプ１７と縦型反応炉１１との間にはバルブＶ３が取り付けられている。

そして、図１３Ａに示すように、ＧｅＨ₄ガス２１の消費率は、その流量が小さいほど大きくなる。ここで、消費率とは、炉内供給ライン１４から供給されたＧｅＨ₄ガス２１の量に対する排気されるまでの間に消費された量の割合である。従って、図９に示すような傾斜ＳｉＧｅ領域９ａを形成しようとした場合には、半導体基板２０の数によっては、特に第１層及び第２層の形成の際に下流側でＧｅＨ₄ガス２１が不足する可能性もある。これは、原料ガス中の他の成分についても同様である。

そこで、第２の実施形態では、図１３Ｂ中の△印のように、Ｇｅ濃度が低いＳｉＧｅ層を形成する時ほど、原料ガスの流量を多くすると共に、排気コンダクタンスを高くする。例えば、あるＳｉＧｅ層を形成する際の流量及び排気コンダクタンスを基準として、流量及び排気コンダクタンスを同じ倍率で制御する。この流量及び排気コンダクタンスの制御は、例えば制御部１６によるＭＦＣ１３、ポンプ１７及びバルブＶ３の制御に基づいて行われる。なお、図１３Ｂ中のコンダクタンス上昇率は、最も低い排気コンダクタンスを基準（１）として、排気コンダクタンスが何倍となっているかを示す値である。

このような排気コンダクタンスの制御を行わない場合には、図１３Ｂ中の●印のように、Ｇｅ濃度が低いＳｉＧｅ層の形成の際には消費率が高くなるのに対し、このような制御を行うと、図１３Ｂ中の□印のように、消費率が低く安定する。この結果、縦型反応炉１１の全体にわたって安定してＧｅＨ₄ガス２１が供給されるので、縦型反応炉１１内でのばらつきをより一層抑制することができる。

そして、ＧｅＨ₄ガスの分圧の変化をグラフに表すと、参考例と同様に図１４Ａのようになるが、排気コンダクタンスは、図１４Ｂに示すように、ＧｅＨ₄ガスの分圧が低いときほど高くしている。

このような第２の実施形態によれば、上述のように、縦型反応炉１１内でのばらつきをより一層抑制することができる。

なお、流量及び排気コンダクタンスを常に同じ倍率で制御する必要はなく、これらの倍率にずれがあってもよい。

また、ばらつきを抑制するのみであれば、排気コンダクタンスを全体的に高くすることも考えられるが、未反応のまま排気されるガスが多くなるため、大幅にコストが上昇してしまう。

なお、これまでの参考例及び実施形態では、ｐチャネルＭＯＳトランジスタについてのみ説明しているが、ｎチャネルＭＯＳトランジスタもｐチャネルＭＯＳトランジスタと並行して、素子分離領域によってｐチャネルＭＯＳトランジスタから分離された素子活性領域内に形成することが好ましい。

また、ｎチャネルＭＯＳトランジスタとして歪シリコントランジスタを形成することも可能である。この場合には、溝内に、炭素（Ｃ）が導入されたＳｉ層を形成すればよい。Ｃの格子定数はＳｉのそれよりも低いので、ＳｉＧｅ膜を形成した場合に対して逆方向の応力及び歪が生じることになる。また、ｎチャネルＭＯＳトランジスタでは、キャリアが電子である。従って、ｐチャネルＭＯＳトランジスタと同様に、キャリアの移動度が向上する。

また、いずれの参考例及び実施形態においても、混合ガスの成分は上述のものに限定されない。また、Ｇｅの原料はＧｅＨ₄ガスに限定されない。また、傾斜ＳｉＧｅ膜を構成するＳｉＧｅ層の数は５である必要はなく、２以上であればよい。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
複数枚の半導体基板が配置された反応炉内において、前記半導体基板上に、互いにＧｅ濃度が相違する複数のＳｉＧｅ層を積層する工程において、
前記反応炉内に延びる炉内供給ライン及び前記反応炉の外部に延びる排気ラインに繋がった供給ラインに、前記炉内供給ラインが閉じ、前記排気ラインが開いた状態で、Ｓｉの原料ガス及びＧｅの原料ガスを含む混合ガスを流すことにより、前記排気ラインに前記混合ガスを流す第１の工程と、
前記供給ラインにおける前記混合ガスの流量の変動幅が所定の範囲内に収まった後に、前記炉内供給ラインを開き、前記排気ラインを閉じることにより、前記炉内供給ラインから前記反応炉内に前記混合ガスを一定の流量で流し、前記複数のＳｉＧｅ層のうちの一つを形成する第２の工程と、を含み、
前記混合ガスに含まれるガスのうちでＳｉＧｅ層のＧｅ濃度に影響を及ぼすものの分圧を変更した上で、前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返すことを特徴とする半導体装置の製造方法。

（付記２）
前記複数のＳｉＧｅ層として、下から順にＧｅ濃度が高くなるものを形成することを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記３）
前記Ｇｅの原料としてＧｅＨ₄ガスを用い、
前記Ｇｅ濃度に影響を及ぼすものの分圧を変更する際に、前記ＧｅＨ₄ガスの分圧を変更することを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記４）
前記混合ガスとして、更にＨＣｌガスを含むものを用い、
前記Ｇｅ濃度に影響を及ぼすものの分圧を変更する際に、前記ＨＣｌガスの分圧を変更することを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記５）
前記Ｇｅ濃度に影響を及ぼすものの分圧を変更する際に、
前記混合ガスの流量及び前記反応炉から排気されるガスの排気コンダクタンスを変更することを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記６）
Ｇｅ濃度が低いＳｉＧｅ層を形成する場合ほど、前記流量及び前記排気コンダクタンスを高くすることを特徴とする付記５に記載の半導体装置の製造方法。

（付記７）
前記流量及び前記排気コンダクタンスを互いに同じ倍率で変更することを特徴とする付記５に記載の半導体装置の製造方法。

（付記８）
前記反応炉として、縦型反応炉を用いることを特徴とする付記５に記載の半導体装置の製造方法。

（付記９）
前記半導体基板としてＳｉ基板を用いることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１０）
前記複数のＳｉＧｅ層を積層する工程の前に、
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体基板の表面に、平面視で前記ゲート電極を挟む２個の不純物拡散層を形成する工程と、
前記不純物拡散層の表面に溝を形成する工程と、
を有し、
前記複数のＳｉＧｅ層を積層する工程において、前記複数のＳｉＧｅ層を前記溝内にエピタキシャル成長させることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１１）
前記ＳｉＧｅ層の形成を化学気相成長法により行うことを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１２）
前記混合ガスとして、Ｈ₂ガス、ＳｉＨ₄ガス、ＧｅＨ₄ガス、Ｂ₂Ｈ₆ガス及びＨＣｌガスを含むものを用いることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。

ＧｅＨ₄ガスの分圧とＳｉＧｅ膜中のＧｅ濃度との関係を示すグラフである。ＧｅＨ₄ガスの分圧とＳｉＧｅ膜の成長速度との関係を示すグラフである。ＧｅＨ₄ガスの分圧の制御の内容の例を示すグラフである。図２Ａに示す制御が行われた場合のＳｉ基板の表面からの距離とＧｅ濃度のとの関係を示すグラフである。ＧｅＨ₄ガスの分圧の制御の内容の他の例を示すグラフである。図３Ａに示す制御が行われた場合のＳｉ基板の表面からの距離とＧｅ濃度のとの関係を示すグラフである。成膜装置の概要を示す模式図である。Ｇｅ濃度が変化するＳｉＧｅ領域を形成する方法を示すフローチャートである。成膜装置の状態の遷移を示す模式図である。図６Ａに引き続き、成膜装置の状態の遷移を示す模式図である。図６Ｂに引き続き、成膜装置の状態の遷移を示す模式図である。原料ガスの流量の変化を示すグラフである。半導体装置の製造方法を示す断面図である。図８Ａに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。図８Ｂに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。図８Ｃに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。図８Ｄに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。図８Ｅに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。傾斜ＳｉＧｅ領域９ａ及び固定ＳｉＧｅ領域９ｂの詳細を示す図である。参考例におけるＧｅＨ₄ガスの分圧の変化を示すグラフである。参考例における排気コンダクタンスの変化を示すグラフである。ＨＣｌガスの分圧とＳｉＧｅ膜中のＧｅ濃度との関係を示すグラフである。縦型反応炉１１内に導入されたＧｅＨ₄ガスの流れを示す図である。ＧｅＨ₄ガス２１の流量と消費率との関係を示すグラフである。ＳｉＧｅ膜中のＧｅ濃度とＧｅＨ₄ガスの消費率及びコンダクタンス上昇率との関係を示すグラフである。第２の実施形態におけるＧｅＨ₄ガスの分圧の変化を示すグラフである。第２の実施形態における排気コンダクタンスの変化を示すグラフである。

符号の説明

１１：縦型反応炉
１２：供給ライン
１３：マスフローメータ（ＭＦＣ）
１４：炉内供給ライン
１５：排気ライン
１６：制御部
１７：ポンプ
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３：バルブ

Claims

複数枚の半導体基板が配置された反応炉内において、前記半導体基板上に、互いにＧｅ濃度が相違する複数のＳｉＧｅ層を積層する工程において、
前記反応炉内に延びる炉内供給ライン及び前記反応炉の外部に延びる排気ラインに繋がった供給ラインに、前記炉内供給ラインが閉じ、前記排気ラインが開いた状態で、Ｓｉの原料ガス及びＧｅの原料ガスを含む混合ガスを流すことにより、前記排気ラインに前記混合ガスを流す第１の工程と、
前記供給ラインにおける前記混合ガスの流量の変動幅が所定の範囲内に収まった後に、前記炉内供給ラインを開き、前記排気ラインを閉じることにより、前記炉内供給ラインから前記反応炉内に前記混合ガスを一定の流量で流し、前記複数のＳｉＧｅ層のうちの一つを形成する第２の工程と、を含み、
前記混合ガスに含まれるガスのうちでＳｉＧｅ層のＧｅ濃度に影響を及ぼすものの分圧を変更した上で、前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返し、
前記混合ガスとして、更にＨＣｌガスを含むものを用い、
前記Ｇｅ濃度に影響を及ぼすものの分圧を変更する際に、前記ＨＣｌガスの分圧を変更することを特徴とする半導体装置の製造方法。
複数枚の半導体基板が配置された反応炉内において、前記半導体基板上に、互いにＧｅ濃度が相違する複数のＳｉＧｅ層を積層する工程において、
前記反応炉内に延びる炉内供給ライン及び前記反応炉の外部に延びる排気ラインに繋がった供給ラインに、前記炉内供給ラインが閉じ、前記排気ラインが開いた状態で、Ｓｉの原料ガス及びＧｅの原料ガスを含む混合ガスを流すことにより、前記排気ラインに前記混合ガスを流す第１の工程と、
前記供給ラインにおける前記混合ガスの流量の変動幅が所定の範囲内に収まった後に、前記炉内供給ラインを開き、前記排気ラインを閉じることにより、前記炉内供給ラインから前記反応炉内に前記混合ガスを一定の流量で流し、前記複数のＳｉＧｅ層のうちの一つを形成する第２の工程と、を含み、
前記混合ガスに含まれるガスのうちでＳｉＧｅ層のＧｅ濃度に影響を及ぼすものの分圧を変更した上で、前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返し、
前記Ｇｅ濃度に影響を及ぼすものの分圧を変更する際に、
前記混合ガスの流量及び前記反応炉から排気されるガスの排気コンダクタンスを変更することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Ｇｅ濃度が低いＳｉＧｅ層を形成する場合ほど、前記流量及び前記排気コンダクタンスを高くすることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記流量及び前記排気コンダクタンスを互いに同じ倍率で変更することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記複数のＳｉＧｅ層として、下から順にＧｅ濃度が高くなるものを形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記反応炉として、縦型反応炉を用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体基板としてＳｉ基板を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記複数のＳｉＧｅ層を積層する工程の前に、
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体基板の表面に、平面視で前記ゲート電極を挟む２個の不純物拡散層を形成する工程と、
前記不純物拡散層の表面に溝を形成する工程と、
を有し、
前記複数のＳｉＧｅ層を積層する工程において、前記複数のＳｉＧｅ層を前記溝内にエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。