JPH0737823A

JPH0737823A - 半導体膜形成方法及び半導体膜形成装置

Info

Publication number: JPH0737823A
Application number: JP17964093A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Nakamura; 稔之中村; Morifumi Oono; 守史大野; Kinya Ashikaga; 欣哉足利
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1993-07-21
Filing date: 1993-07-21
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｓｉ／Ｓｉ_xＧｅ_1-xヘテロ接合をＣＶＤ法
で形成する場合に接合界面におけるＧｅ濃度プロファイ
ルを急峻にする。【構成】洗浄及び酸化膜除去を行なったＳｉ基板９６
上にＳｉ層９８を積層する。そしてＳｉ_xＧｅ_1-x形成
用原料ガスをＳｉＨ₄及びＧｅＨ₄とし、Ｓｉ形成用原
料ガスをＳｉＨ₄ガスとして、ＣＶＤ法により、Ｓｉ_x
Ｇｅ_1-x層１００及びＳｉ層１０２を順次に、Ｓｉ層９
８上に積層する。この際、Ｓｉ層１０２積層時に原料ガ
スの供給路を介して原料ガスと共にＧｅプロファイル調
整用Ｈ₂ガスを結晶成長面上に供給する。原料ガス供給
路中、成膜面上さらには反応容器内においてＧｅＨ₄ガ
スが残存していても、このＨ₂ガスの供給によりＧｅ分
圧を速やかに低減できるので、目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体膜形成方法及び
半導体膜形成装置、特にシリコンゲルマニウム膜上にシ
リコン膜を形成する場合に用いて好適な半導体膜形成方
法及び半導体膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、バイポーラトランジスタ、マイク
ロ波用素子、或は超格子デバイスへの応用を目的とし
て、ヘテロ構造デバイスに関する開発研究が盛んに行な
われている。その中でも、シリコン（Ｓｉ）上にシリコ
ンゲルマニウム（Ｓｉ_xＧｅ_1-x）を成長させて形成し
た、Ｓｉ／Ｓｉ_xＧｅ_1-x歪みヘテロ構造が注目されて
いる。このヘテロ構造は格子歪みに起因する電気的及び
光学的性質を有する。特に格子の歪みに応じて電子帯構
造を変化させることができる点に着目し、これを応用し
たデバイスが提案されている。

【０００３】Ｓｉ／Ｓｉ_xＧｅ_1-x歪みヘテロ構造を形
成する場合、ヘテロ界面で転位を生じないようにＳｉ_x
Ｇｅ_1-x膜の結晶格子を歪ませた状態で、Ｓｉ_xＧｅ
_1-x膜を成長させる。このため結晶成長温度を比較的に
低くすることが望まれる。分子線エピタキシャル成長
（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法は結晶成長温度
を低くでき、このため歪みヘテロ構造の物性研究やこの
構造を用いたデバイスの作製においては、主として、Ｍ
ＢＥ法が用いられる。

【０００４】尚、化学的気相成長（ＣＶＤ：Chemical V
apor Deposition ）法においても、結晶成長温度を低く
して歪み成長を行なえる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらＭＢＥ法
においては、１）大口径ウエハ上にＳｉ_xＧｅ_1-x膜或
はＳｉ膜を形成する場合に膜厚及び膜質を均一にするこ
とが困難である、また２）高濃度に不純物を含むＳｉ_x
Ｇｅ_1-x膜或はＳｉ膜を形成することが難しいという欠
点がある。

【０００６】これに対してＣＶＤ法は上述の１）及び
２）の欠点を解消できる。しかしＣＶＤ法においては原
料ガスの分解により結晶を成長させるので、ヘテロ界面
において急峻に変化するＧｅ濃度プロファイルを形成す
ることが難しい。歪みヘテロ構造に関する物性を明らか
にしさらにはこの構造を用いたデバイスを実用化するた
めには、ヘテロ界面において急峻に変化するＧｅ濃度プ
ロファイルを得ることが重要である。

【０００７】この発明の目的は上述した従来の問題点を
解決するため、ＣＶＤ法で結晶を成長させても急峻なＧ
ｅ濃度プロファイルを得ることのできる半導体膜形成方
法とこの形成方法の実施に用いて好適な半導体膜形成装
置とを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、第一発明の半導体膜形成方法は、シリコンゲルマニ
ウム形成時にはシリコンを含むガス及びゲルマニウムを
含むガスを原料ガスとすると共にシリコン形成時にはシ
リコンを含むガスを原料ガスとして反応容器内部の下地
上に原料ガスを供給し、化学的気相成長法により、下地
上に順次に、シリコンゲルマニウム膜及びシリコン膜を
形成するに当り、シリコン形成時にはゲルマニウム分圧
を低減するための希釈ガスを反応容器内部に供給し、シ
リコンゲルマニウム形成時には希釈ガスの供給を停止す
ることを特徴とする。

【０００９】また第二発明の半導体膜形成装置は、反応
容器と、反応容器内部に設置されるガスヘッド及び加熱
器と、ガスヘッドに接続される原料ガス源と、反応容器
に接続される反応容器排気手段とを備えて成る半導体膜
形成装置において、ガスヘッドに接続される希釈ガス源
を備えて成ることを特徴とする。

【００１０】

【作用】第一発明によれば、シリコン形成時にはゲルマ
ニウム濃度プロファイル調整用の希釈ガスを反応容器内
へ供給し、またシリコンゲルマニウム形成時にはこの希
釈ガスの供給を停止する。従ってシリコン形成時におい
て反応容器内のゲルマニウム分圧が実質的に零或は殆ど
零となるまでの時間を非常に短くすることができる。ま
たシリコンゲルマニウム形成時には反応容器内のゲルマ
ニウム分圧をシリコンゲルマニウム膜の形成に適した所
望の分圧にすることができる。

【００１１】また第二発明によれば、希釈ガス源を備え
るので、第一発明の実施に適した半導体膜形成装置を提
供できる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照し、発明の実施例につき説
明する。尚、図面は発明が理解できる程度に概略的に示
してあるにすぎず、従って発明を図示例に限定するもの
ではない。

【００１３】図１は第二発明の実施例の全体構成を概略
的に示す図である。同図に示す半導体膜形成装置は、反
応容器１０と、反応容器１０内部に設置されるガスヘッ
ド１２及び加熱器１４と、ガスヘッド１２に接続される
原料ガス源１６、１８及び希釈ガス源２０と、反応容器
１０に接続される反応容器排気手段２２、２４とを備え
る。

【００１４】この実施例では、金属製反応容器１０の内
部（成膜室）に仕切り２６を設け、この仕切り２６によ
り、反応容器１０の内部を加熱室１０ａとガス室１０ｂ
とに分割する。仕切り２６は例えば板状の部材であっ
て、この仕切り２６に、成膜用の下地２８を加熱しかつ
下地２８に原料ガスを供給するための窓２６ａを設け
る。そして加熱室１０ａに加熱器１４を設置すると共に
ガス室１０ｂにガスヘッド１２を設置し、これら加熱器
１４及びガスヘッド１２を窓２６ａを挟んで対向配置す
る。

【００１５】成膜時には、下地２８例えば基板をその移
動及び位置決めのためのホルダー３０に取り付ける。そ
して下地２８をホルダー３０を介して加熱器１４及びガ
スヘッド１２の間に配置し、これにより下地２８の成膜
面をガスヘッド１２のガス噴出口と対向させると共に下
地２８の成膜面とは反対側を加熱器１４と対向させる。
下地２８を加熱室１０ａ側、ガスヘッド１２側及びこれ
らの境界のいずれの位置に配置しても良いが、窓２６ａ
を設けているので、仕切り２６は加熱器１４及びガスヘ
ッド１２から下地２８へ供給される熱及びガスを遮らな
い。加熱器１４はここでは輻射熱により下地２８を加熱
するものであって、加熱器１４を例えば抵抗体として電
源３２に接続する。

【００１６】成膜時に下地２８の温度を測定するための
温度測定器３４例えば熱電対を、この時の下地２８近傍
に対応する位置に配置して反応容器１０内部に設ける。
温度測定器３４と加熱器１４との間には、熱拡散器３６
を設ける。加熱器１４からの輻射熱を、下地２８全面に
わたり均等に当てるように熱拡散器３６によって拡散さ
せる。さらに熱反射器３８を、加熱器１４を挟んで熱拡
散器３６と対向させて設ける。成膜時に反応容器１０内
の温度が上昇するのを防止するため、加熱器１４からの
輻射熱を、下地２８に集中的に当てるように、熱反射器
３８で反射し、これによって反応容器１０や仕切り２６
に当る輻射熱をなるべく少なくする。

【００１７】また反応容器１０にはホルダー３０の移動
機構（図示せず）を設けており、作業者は反応容器１０
外部から移動機構を操作することにより、ホルダー３０
を従って下地２８を反応容器１０の内部から外部へ或は
外部から内部へ出し入れすることが自由に行なえる。

【００１８】また反応容器１０及びガスヘッド１２にそ
れぞれ個別に、冷却手段例えば水冷手段（図示せず）を
設ける。冷却手段を設けることにより、成膜時に、反応
容器１０の内壁面（成膜室の壁面）及びガスヘッド１２
の温度をそれぞれ個別に制御することができる。例え
ば、反応容器１０が熱せられて脱ガスを発生するのを防
止するため、反応容器１０及びガスヘッド１２を冷却手
段を介して冷却する。

【００１９】さらにこの実施例では、加熱室１０ａ及び
ガス室１０ｂにそれぞれ個別に、反応容器排気手段２２
及び２４を接続する。加熱室１０ａ及びガス室１０ｂ内
の真空度を個別に制御するため、例えば、排気手段２２
をロータリーポンプ４０及びターボ分子ポンプ４２によ
って構成し、さらに排気手段２４をロータリーポンプ４
０及びターボ分子ポンプ４４によって構成する。ロータ
リーポンプ４０をこれら排気手段２２及び２４に共通に
用いる。そして個別に用意した一方及び他方のガス排気
路４６及び４８の一端をそれぞれ加熱室１０ａ及びガス
室１０ｂに接続し、これら排気路４６及び４８の他端を
共通のガス排気路５０に接続する。一方のガス排気路４
６に加熱室１０ａの側から順次にバルブ５２及びターボ
分子ポンプ４２を設け、他方のガス排気路４８にガス室
１０ｂの側から順次にバルブ５４及びターボ分子ポンプ
４４を設け、さらに、共通のガス排気路５０にロータリ
ーポンプ４０を設ける。また加熱室１０ａ及びガス室１
０ｂにそれぞれ、真空度を計測するための真空計５６及
び５８を設ける。

【００２０】反応容器排気手段２２及び２４によって、
各室１０ａ及び１０ｂ毎に個別に、成膜中の反応生成物
や成膜前に反応容器１０内部に存在する不純物例えばＯ
₂やＨ₂Ｏを反応容器１０外部へ廃棄でき、従って反応
容器１０内部を効果的に清浄に保てる。これら排気手段
によって加熱室１０ａ及びガス室１０ｂの超高真空状態
を形成できる。加熱室１０ａ及びガス室１０ｂは、加熱
中に加熱室１０ａで生じた不純物がガス室１０ｂ内へ流
入するのを防止できる程度に分離されていれば良く、従
って加熱室１０ａとガス室１０ｂとは必ずしも気密に分
離する必要はない。

【００２１】さらにこの実施例では、Ｓｉ／Ｓｉ_xＧｅ
_1-xヘテロ構造を形成するため、原料ガス源１６は膜構
成元素としてシリコン（Ｓｉ）を含むガス例えばシラン
ガス（ＳｉＨ₄）を供給し、原料ガス源１８は他の膜構
成元素としてゲルマニウム（Ｇｅ）を含むガス例えばゲ
ルマンガス（ＧｅＨ₄）を供給し、また希釈ガス源２０
はＧｅ分圧低減用或はＧｅプロファイル調整用の希釈ガ
ス例えば水素（Ｈ₂）ガスを供給する。

【００２２】この場合、膜構成元素Ｇｅは成膜時に断続
的に供給されこのために急峻な濃度プロファイルが要求
される元素であるので、Ｇｅプロファイル調整用の希釈
ガス源２０と少なくとも膜構成元素Ｇｅ用原料ガス源１
８とを共通のガス供給路６０を介してガスヘッド１２に
接続するのが良い。従ってそれ以外の膜構成元素用原料
ガス源１６に関しては、このガス源１６と希釈ガス源２
０とをそれぞれ個別のガス供給路を介してガスヘッド１
２と接続しても良い。

【００２３】ここでは、各ガス源１６、１８及び２０毎
に個別に、ガス供給路６２、６４及び６６を用意し、こ
れら個別の供給路６２、６４及び６６の一端を共通供給
路６０に接続する。またこれら供給路６２、６４及び６
６の他端をそれぞれ対応するガス源１６、１８及び２０
に接続する。そして原料ガス源１６の供給路６２にこの
ガス源１６の側から順次にガス流量コントローラ６８及
びバルブ７０を設け、原料ガス源１８の供給路６４にこ
のガス源１８の側から順次にガス流量コントローラ７２
及びバルブ７４を設け、さらに希釈ガス源２０の供給路
６６にこのガス源２０の側から順次にガス流量コントロ
ーラ７６及びバルブ７８を設ける。

【００２４】このように膜構成元素Ｇｅ用原料ガス源１
８と、Ｇｅプロファイル調整用の希釈ガス源２０とを共
通供給路６０を介してガスヘッド１２に接続することに
より、原料ガス源１８からガスヘッド１２に至るまでの
間で供給路６０内に残存するＧｅＨ₄を速やかに希釈す
ることができる。また希釈ガス源２０をガスヘッド１２
に接続することにより、膜成長面上に残存するＧｅＨ₄
原料ガスの量さらには反応容器１０内部に残存するＧｅ
Ｈ₄原料ガスの量を速やかに減少させることができる。
その結果、下地１８の成膜面に供給される原料ガス中に
おけるＧｅ分圧を迅速に低減でき、従ってＧｅ濃度プロ
ファイルを急峻にすることができる。

【００２５】さらにこの実施例では、ガスヘッド１２と
原料ガス源１６、１８及び希釈ガス源２０との間にそれ
ぞれ個別に、ガス源排気手段８０例えばロータリーポン
プを接続する。これらの接続方法は問わないが、ここで
は各ガス源１６、１８及び２０毎に個別にガス排気路８
２、８４及び８６を用意し、これら排気路８２、８４及
び８６の一端をそれぞれ、共通のガス排気路８８に接続
する。そして原料ガス源１６の排気路８２の他端を、こ
のガス源１６に対応するガス流量コントローラ６８及び
バルブ７０の間で供給路６２と接続し、原料ガス源１８
の排気路８４の他端を、このガス源１８に対応するガス
流量コントローラ７２及びバルブ７４の間で供給路６４
に接続し、また希釈ガス源２０の排気路８６の他端を、
このガス源２０に対応するガス流量コントローラ７６及
びバルブ７８の間で供給路６６に接続する。さらにこれ
ら排気路８２、８４及び８６にそれぞれバルブ９０、９
２及び９４を設け、これら排気路８２、８４及び８６と
排ガス処理装置（図示せず）との間の、共通排気路８８
に排気手段８０を設ける。

【００２６】このような構成では、原料ガスを反応容器
１０内に導入しなくても原料ガス源１６及び１８のガス
流量を所定の流量となるように調整し、また希釈ガスを
反応容器１０内に導入しなくても希釈ガス源２０のガス
流量を所定の流量となるように調整できる。

【００２７】反応容器排気手段２２、２４のバルブ５
２、５４、ガス源１６、１８、２０の供給側バルブ７
０、７４、７８及び排気側バルブ９０、９２、９４はそ
れぞれ、自動制御により開閉できる。またガス源１６、
１８、２０のガス流量コントローラ６８、７２、７６は
それぞれ自動制御によりガス流量を所定の流量に一定に
保つように動作できる。

【００２８】図２は第二発明の実施例の説明に供する工
程図である。この実施例は、上述した第一発明の実施例
装置を用いて、Ｓｉ／Ｓｉ_xＧｅ_1-x歪み超格子を形成
する。この際、Ｓｉ_xＧｅ_1-x形成時にはＳｉを含むガ
ス例えばＳｉＨ₄ガスとＧｅを含むガス例えばＧｅＨ₄
ガスとを原料ガスとする。これと共にＳｉ形成時にはＳ
ｉを含むガス例えばＳｉＨ₄ガスを原料ガスとする。そ
して反応容器１０内部の下地２８上に原料ガスを供給
し、ＣＶＤ法により、下地２８上に順次に、Ｓｉ_xＧｅ
_1-x膜及びＳｉ膜を形成する。しかもＳｉ形成時にはＧ
ｅ分圧を低減するための或はＧｅプロファイルを調整す
るための希釈ガス例えばＨ₂ガスを反応容器１０内部に
供給し、Ｓｉ_xＧｅ_1-x形成時にはこのＧｅプロファイ
ル調整用希釈ガスの供給を停止する。以下、より具体的
に説明する。

【００２９】まず、各バルブ５２、５４、７０、７４、
７８、９０、９２、９４を閉じておく。またＳｉ／Ｓｉ
_xＧｅ_1-x歪み超格子の形成に適した下地２８を用意す
る（図２（Ａ））。この実施例では、下地２８を、Ｓｉ
基板９６及びＳｉバッファ層９８により形成する。この
ため、１２０℃に加熱した硫酸−過酸化水素（Ｈ₂ＳＯ
₄−Ｈ₂Ｏ₂）水溶液中に約１０分間、基板９６を浸漬
し、膜厚１０Ａ°（オングストローム）程度の酸化膜を
基板９６に形成する。然る後、１％弗化水素（ＨＦ）溶
液中に約３分間、基板９６を浸漬し、基板９６の酸化膜
を良く除去する。このように反応容器１０の外で溶液処
理によって基板９６の洗浄及び酸化膜除去を行なった
後、速やかに、基板９６をホルダー３０を介して反応容
器１０内に導入する。そして基板９６をガスヘッド１２
及び加熱器１４の間の所定位置に位置決めする（図１参
照）。次いで、バルブ５２及び５４を開いた後に反応容
器排気手段２２及び２４を作動し、加熱室１０ａ内及び
ガス室１０ｂ内を、約１×１０^-8Ｐａの超高真空に排気
する。そして排気状態を維持することにより加熱室１０
ａ内及びガス室１０ｂ内を清浄に保つ。次いで、温度測
定器３４を介し基板温度を監視しながら、加熱器１４の
輻射熱により基板９６を加熱する。これにより基板温度
をバッファ層９８の形成に適した温度例えば６５０〜８
５０℃の範囲内の一定温度に保つ。次いで、基板９６上
にＣＶＤ法によりＳｉバッファ層（単結晶層）９８を積
層し、基板９６及びバッファ層９８より成る下地２８を
得る。

【００３０】バッファ層９８の積層に当っては、バルブ
９０を開く。次いで、ガス源排気手段８０を作動した後
に、原料ガス源１６によりＨ₂希釈１０％ＳｉＨ₄原料
ガスを供給する。ＳｉＨ₄原料ガスは供給路６２、排気
路８２、８８を順次に経て排ガス排気手段８０に至る。
そしてガス流量コントローラ６８によりＳｉＨ₄原料ガ
ス流量を所定の流量となるように調整する。調整が終了
したらバルブ９０を閉じ、次いでバルブ７０を開いてＳ
ｉＨ₄原料ガスを基板９６上に供給しバッファ層９８を
積層する。ＳｉＨ₄原料ガスは供給路６２、６０、ガス
ヘッド１２を順次に経て基板９６上に供給される。所望
の厚さ例えば約１０００Ａ°のバッファ層９８を積層す
るに足りる時間だけＳｉＨ₄原料ガスを供給し、その後
速やかにバルブ７０を閉めて基板９６上へのＳｉＨ₄原
料ガス供給を停止する。次いでバルブ９０を開いてＳｉ
Ｈ₄原料ガスをガス源排気手段８０へ流す。

【００３１】尚、下地２８を、基板９６にバッファ層９
８を積層して形成した下地とするのみならず、基板９６
のみをもって形成した下地としても良い。

【００３２】次に下地２８上にＳｉ／Ｓｉ_xＧｅ_1-x歪
み超格子を形成する。この実施例では、バッファ層９８
の積層後にガス源排気手段８０へＳｉＨ₄原料ガスを流
した状態のまま、バルブ９２を開く。原料ガス源１８に
よりＨ₂希釈１％ＧｅＨ₄原料ガスを供給する。ＧｅＨ
₄ガスは供給路６４、排気路８４、８８を順次に経てガ
ス源排気手段８０に至る。そしてＳｉＨ₄原料ガス及び
ＧｅＨ₄原料ガスの混合比が所望の比となるように、Ｓ
ｉＨ₄原料ガス及びＧｅＨ₄原料ガスの流量をガス流量
コントローラ６８及び７２により調整する。調整が終了
したらＳｉＨ₄原料ガス及びＧｅＨ₄原料ガスをガス源
排気手段８０へ流した状態のまま、バルブ９４を開く。
そしてＧｅプロファイル調整用の希釈ガス源２０により
Ｈ₂希釈ガスを供給する。Ｈ₂希釈ガスは供給路６６、
排気路８６、８８を順次に経てガス源排気手段８０に至
る。そしてガス流量コントローラ７６によりＨ₂希釈ガ
スの流量を所定の流量となるように調整する。Ｓｉ_xＧ
ｅ_1-x膜及びＳｉ膜を順次に形成する場合、Ｓｉ膜を形
成する際に下地２８上へ供給されるガス中に含まれるＧ
ｅの分圧を低減するに足りる流量に、Ｈ₂希釈ガスの流
量を設定する。

【００３３】またこれらガス流量の調整と共に基板温度
をＳｉ／Ｓｉ_xＧｅ_1-x歪み超格子の形成に適した温度
例えば６００〜９００℃の範囲内の一定温度に調整し保
持する。ガス流量及び基板温度の調整が終了したら、Ｓ
ｉ／Ｓｉ_xＧｅ_1-x歪み超格子の形成を開始する。

【００３４】図３はこの実施例のガス供給サイクル、特
にＳｉ／Ｓｉ_xＧｅ_1-x歪み超格子を形成する場合のガ
ス供給サイクルを示す図である。図３においては、第１
段目、第２段目及び第３段目の図の縦軸に、ＳｉＨ₄原
料ガス、ＧｅＨ₄原料ガス及びＧｅプロファイル調整用
Ｈ₂希釈ガスの、結晶成長面上におけるガス流量（ＣＣ
Ｍ）を概念的に取って示し、また第１段目、第２段目及
び第３段目の図の横軸に時刻を取って示す。以下、歪み
超格子の形成につき図２及び図３を参照して説明する。

【００３５】歪み超格子の形成に当っては、バルブ９０
及び９２を閉じてバルブ７０及び７４を開き（図３時刻
ｔ₀：歪み超格子の形成開始時刻）、これによりＳｉＨ
₄原料ガス及びＧｅＨ₄原料ガスを下地２８上へ供給し
て、下地２８上にＣＶＤ法により第１層目のＳｉ_xＧｅ
_1-x層１００を積層する（図２（Ｂ））。

【００３６】所望の厚さのＳｉ_xＧｅ_1-x層１００を積
層するに足りる時間Ｔ₁秒だけ経過したら（図３時刻ｔ
₁）、速やかに、バルブ７２を閉じてバルブ９２を開き
ＧｅＨ₄原料ガスをガス源排気手段８０へ流す（ＧｅＨ
₄原料ガスの供給を停止する）。これと共にバルブ９４
を閉じてバルブ７８を開きＧｅプロファイル調整用のＨ
₂希釈ガスを下地２８上へ供給しながら、第１層目のＳ
ｉ_xＧｅ_1-x層１００上に第１層目のＳｉ層１０２を積
層する（図２（Ｃ））。

【００３７】この際、バルブ７２を閉じた後もガス供給
路６０中にはＧｅＨ₄原料ガスが残留しているので、下
地２８上へＧｅＨ₄原料ガスが供給されてしまう。しか
しＧｅプロファイル調整用のＨ₂希釈ガスをガス供給路
６０を介して下地２８上へ供給するので、下地２８上へ
供給されるガス中のＧｅ分圧を低減できる。この出願の
発明者らの実験によれば、ガス室１０ｂ内の圧力を１×
１０^-2Ｐａとして組成比ｘ＝０．１のＳｉ_xＧｅ_1-x層
１００を形成し、その形成終了直後に反応容器１０内に
Ｇｅプロファイル調整用Ｈ₂希釈ガスを導入し、四重極
質量分析装置によりこのガス室１０ｂ内の残留Ｇｅの分
圧を計測したところ、Ｈ₂希釈ガスを導入した場合の残
留Ｇｅ分圧をＨ₂希釈ガスを導入しない場合の約１／１
０００とすることができた。これはＧｅプロファイル調
整用Ｈ₂希釈ガスを導入しないでＧｅ単相を成長した場
合のＧｅの堆積速度を１００Ａ°／ｍｉｎ．とすれば、
Ｈ₂希釈ガスを導入してＧｅ単相を成長した場合のＧｅ
の堆積速度を０．１Ａ°／ｍｉｎ．まで急激に低減する
ことと同等であり、従って第１層目のＳｉ_xＧｅ_1-x層
１００及びＳｉ層１０２の界面におけるＧｅ濃度プロフ
ァイルを急峻なものとすることができる。

【００３８】またＳｉ層１０２の形成中にＨ₂希釈ガス
を導入しても、Ｓｉ層１０２の結晶成長面は常にＨ₂タ
ーミネートされた状態（水素終端された状態）にあり、
従ってＨ₂希釈ガスはＳｉ層１０２の組成に対して実質
的に影響を与えない。

【００３９】第１層目のＳｉ層１０２の形成開始時刻ｔ
₁から所定の時間Ｔ₃だけ経過したら、バルブ７８を閉
じてバルブ９４を開きＨ₂希釈ガスをガス源排気手段８
０へ流す（Ｈ₂希釈ガスの供給を停止する。図３時刻ｔ
₂）。Ｇｅ分圧を、実用上望まれる急峻なＧｅ濃度プロ
ファイルを得るに足りる圧力に低減できるように、Ｈ₂
希釈ガスの供給時間Ｔ₃及び又は供給量を設定する。ま
たＨ₂希釈ガスはその供給停止後にガス供給路６０に残
留しているので、この残留希釈ガスが第２層目のＳｉ_x
Ｇｅ_1-x層１００を形成する際にその結晶成長面上に実
質的に流れなくなるように、第２層目のＳｉ_xＧｅ_1-x
層１００の結晶成長開始前にＨ₂希釈ガスの供給を停止
するのが好ましい（Ｓｉ層１０２の成長時間をＴ₂とす
れば、Ｔ₃＜Ｔ₂とするのが好ましい）。第２層目のＳ
ｉ_xＧｅ_1-x層１００の形成期間中はＨ₂希釈ガスの供
給を停止する。残留希釈ガスが第２層目のＳｉ_xＧｅ
_1-x層１００の形成条件例えば組成に与える影響が実用
上無視し得るのであれば、Ｔ₂＝Ｔ₃としても良い。

【００４０】所望の厚さのＳｉ層１０２を積層するに足
りる時間Ｔ₂秒だけ経過したら（図３時刻ｔ₃）、上述
と同様にして、第２層目のＳｉ_xＧｅ_1-x層１００の形
成を開始する。以後、上述と同様にして、Ｓｉ層１０２
及びＳｉ_xＧｅ_1-x層１００を交互に形成する。図３
中、時刻ｔ₃〜ｔ₄、時刻ｔ₆〜ｔ₇及び時刻ｔ₉〜ｔ
₁₀の期間はＳｉ_xＧｅ_1-x層１００の形成期間、時刻ｔ
₄〜ｔ₆、時刻ｔ₇〜ｔ₉及び時刻ｔ₁₀〜ｔ₁₂の期間は
Ｓｉ層１０２の形成期間、時刻ｔ₄〜ｔ₅、時刻ｔ₇〜
ｔ₈及び時刻ｔ₁₀〜ｔ₁₁の期間はＧｅプロファイル調整
用Ｈ₂希釈ガスの供給期間を示す。

【００４１】Ｓｉ_xＧｅ_1-x層１００及びＳｉ層１０２
をそれぞれ所望の回数だけ積層したら（Ｓｉ／Ｓｉ_xＧ
ｅ_1-x歪み超格子の形成終了）、速やかに、バルブ７
０、７４を閉じてバルブ９０、９２を開きＳｉＨ₄原料
ガス及びＧｅＨ₄原料ガスをガス源排気手段８０へ流
す。これと共にバルブ７８を開きバルブ９４を閉じた状
態として、歪み超格子の形成を終了した下地２８上にＨ
₂希釈ガスを供給しながら、下地２８を冷却する。冷却
を終了したら、下地２８を反応容器１０外部へ取り出
す。

【００４２】発明は上述した実施例に限定されるもので
はなく、従って各構成成分の、構成、形状、寸法、配設
位置、材料、数値的条件及びそのほかを任意好適に変更
できる。

【００４３】例えば、Ｓｉを含む原料ガスは上述したも
のに限定されない。上述した実施例のものほか、例え
ば、シラン（ＳｉＨ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、メ
チルシラン（Ｓｉ（ＣＨ₃）Ｈ₃）、トリシラン（Ｓｉ
₃Ｈ₈）、ジメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ₃）₂Ｈ₂）、
トリメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ₃）₃Ｈ）、テトラメチ
ルシラン（Ｓｉ（ＣＨ₃）₄）、ヘキサメチルジシラン
（Ｓｉ₂（ＣＨ₃）₆）、フルオロトリメチルシラン
（Ｓｉ（ＣＨ₃）₃Ｆ）及びジフルオロジメチルシラン
（Ｓｉ（ＣＨ₃）₂Ｆ₂）のなかから選択した一種又は
複数種のガスを、Ｓｉを含む原料ガスとすることができ
る。

【００４４】さらにＧｅを含む原料ガスは上述した実施
例のものに限定されない。上述した実施例のものほか、
例えば、ゲルマン（ＧｅＨ₄）、四フッ化ゲルマニウム
（ＧｅＦ₄）、二フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ₂）、フ
ッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ）及びフルオロゲルマン（Ｇ
ｅＨ₃Ｆ）のなかから選択した一種又は複数種のガス
を、Ｇｅを含む原料ガスとすることができる。

【００４５】さらに希釈ガスを上述した実施例のものと
するほか、例えば、不活性ガスとすることもできる。不
活性ガスとしては、好ましくは、軽元素ガス例えばＨｅ
ガスを用いるのが良い。

【００４６】また第二発明にあっては、加熱器１４を加
熱方法に応じた任意好適な構成とすることができ、例え
ば高周波による誘導加熱或は赤外線照射による加熱を行
なうようにしても良い。加熱方法に応じて装置構成を変
更でき、例えば赤外線照射による加熱では、反応容器１
０の一部に赤外線を透過する部分を形成し、加熱器１４
を反応容器１０外部に設け、反応容器１０外部から下地
２８を加熱するようにしても良く、従って反応容器１０
内部を加熱室１０ａ及びガス室１０ｂに分割しなくとも
良い。

【００４７】また第二発明の装置は第一発明の実施に用
いて好適な装置構成の一例にすぎず、従って第一発明の
実施を第二発明の装置を用いたものに限定するものでは
ない。

【００４８】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように第一
発明の半導体膜形成方法によれば、シリコン形成時にゲ
ルマニウム濃度プロファイル調整用の希釈ガスを反応容
器内へ供給するので、シリコン形成時において反応容器
内のゲルマニウム分圧が実質的に零或は殆ど零となるま
での時間を非常に短くすることができる。従ってシリコ
ンゲルマニウム膜及びシリコン膜を順次に形成する場合
に、これら膜のヘテロ界面におけるゲルマニウム濃度プ
ロファイルを急峻に変化させることができる。またシリ
コンゲルマニウム形成時には、ゲルマニウム濃度プロフ
ァイル調整用の希釈ガスの供給を停止するので、反応容
器内のゲルマニウム分圧をシリコンゲルマニウム膜の形
成に適した所望の分圧にすることができる。

【００４９】さらに第二発明の半導体膜形成装置によれ
ば、希釈ガス源を備えるので、第一発明の実施に適した
半導体膜形成装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第二発明の実施例の装置構成を概略的に示す図
である。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は第一発明の実施例の説明に供
する工程図である。

【図３】第一発明の実施例の説明に供するガス供給サイ
クルを示す図である。

【符号の説明】

１０：反応容器１０ａ：加熱室１０ｂ：ガス室１２：ガスヘッド１４：加熱器１６、１８：原料ガス２０：希釈ガス２２、２４：反応容器排気手段２６：仕切り２８：下地３０：ホルダー８０：ガス源排気手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンゲルマニウム形成時にはシリコ
ンを含むガス及びゲルマニウムを含むガスを原料ガスと
すると共にシリコン形成時にはシリコンを含むガスを原
料ガスとして反応容器内部の下地上に原料ガスを供給
し、化学的気相成長法により、前記下地上に順次に、シ
リコンゲルマニウム膜及びシリコン膜を形成するに当
り、シリコン形成時にはゲルマニウム分圧を低減するための
希釈ガスを反応容器内部に供給し、シリコンゲルマニウム形成時には前記希釈ガスの供給を
停止することを特徴とする半導体膜形成方法。
【請求項２】請求項１記載の半導体膜形成方法におい
て、下地上にシリコンゲルマニウム膜及びシリコン膜を交互
に形成して歪み超格子を形成することを特徴とする半導
体膜形成方法。
【請求項３】請求項１記載の半導体膜形成方法におい
て、シリコンを含むガスをシラン、ジシラン、メチルシラ
ン、トリシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、
テトラメチルシラン、ヘキサメチルジシラン、フルオロ
トリメチルシラン及びジフルオロジメチルシランのなか
から選択した一種又は複数種のガスとしたことを特徴と
する半導体膜形成方法。
【請求項４】請求項１記載の半導体膜形成方法におい
て、ゲルマニウムを含むガスをゲルマン、四フッ化ゲルマニ
ウム、二フッ化ゲルマニウム、フッ化ゲルマニウム及び
フルオロゲルマンのなかから選択した一種又は複数種の
ガスとしたことを特徴とする半導体膜形成方法。
【請求項５】請求項１記載の半導体膜形成方法におい
て、希釈ガスを水素ガス及び不活性ガスのなかから選択した
一種又は複数種のガスとしたことを特徴とする半導体膜
形成方法。
【請求項６】反応容器と、該反応容器内部に設置され
るガスヘッド及び加熱器と、ガスヘッドに接続される原
料ガス源と、反応容器に接続される反応容器排気手段と
を備えて成る半導体膜形成装置において、ガスヘッドに接続される希釈ガス源を備えて成ることを
特徴とする半導体膜形成装置。
【請求項７】請求項６記載の半導体膜形成装置におい
て、原料ガス源及び希釈ガス源を共通のガス供給路を介して
ガスヘッドに接続して成ることを特徴とする半導体膜形
成装置。
【請求項８】請求項６記載の半導体膜形成装置におい
て、ガスヘッドと原料ガス源及び希釈ガス源との間にそれぞ
れ個別に接続されるガス源排気手段を備えて成ることを
特徴とする半導体膜形成装置。
【請求項９】請求項６記載の半導体膜形成装置におい
て、反応容器内部を加熱室及びガス室に分割する仕切りと、
前記加熱室及びガス室にそれぞれ個別に接続される反応
容器排気手段とを備え、前記仕切りに、成膜用の下地を加熱しかつ該下地に原料
ガスを供給するための窓を設け、前記加熱室に加熱器を設置すると共に前記ガス室にガス
ヘッドを設置し、前記仕切りの窓を挟んでこれら加熱器
及びガスヘッドを対向配置して成ることを特徴とする半
導体膜形成装置。