【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンゲルマニ
ウム混晶の成膜方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a silicon-germanium mixed crystal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年の高速バイポーラトランジスタ、マ
イクロ波用素子、超格子デバイス等に応用するためにＩ
Ｖ族半導体ヘテロ構造が注目されている。ＩＶ族のヘテ
ロ構造ではシリコンゲルマニウム混晶（以下、ＳｉＧｅ
と称する）の開発が盛んに行われている。このヘテロ構
造は格子歪みに起因して起こる電気的および光学的性質
を利用したデバイスに応用が図られている。中でもＳｉ
Ｇｅ混晶をベースに用いたヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタ（以下、ＨＢＴと称する）は、高速動作が可能で
あり、低消費電力であることから注目されている〔シリ
コン系ヘテロデバイス（丸善）p.219-226 を参照〕。2. Description of the Related Art In order to apply to recent high-speed bipolar transistors, microwave devices, superlattice devices, etc.
Group V semiconductor heterostructures are receiving attention. In a group IV heterostructure, a silicon germanium mixed crystal (hereinafter, SiGe)
) Is being actively developed. This heterostructure has been applied to a device utilizing electrical and optical properties caused by lattice distortion. Among them, Si
A heterojunction bipolar transistor (hereinafter, referred to as an HBT) using a Ge mixed crystal as a base is attracting attention because it can operate at high speed and consumes low power [Silicon-based hetero device (Maruzen) p.219 -226].
【０００３】ＨＢＴのベース層をＳｉＧｅ混晶で形成す
る方法としては、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、超高
真空化学的気相成長（ＵＨＶ−ＣＶＤ）、減圧化学的気
相成長（ＬＰ−ＣＶＤ）等の成膜技術がある。またＳｉ
Ｇｅ混晶を用いたＨＢＴでは、ＳｉＧｅ混晶のゲルマニ
ウム（以下、Ｇｅと称する）の組成比を変化させて形成
することもある。さらにＧｅ組成比〔単位体積当たり
の：Ｇｅ含有量／（Ｇｅ含有量＋Ｓｉ含有量）〕を変え
る際には、一般的には成膜温度を一定にしＳｉソースガ
スの流量または分圧を一定にし、Ｇｅソースガスの流量
または分圧を変化させている。ここではゲルマニウムは
Ｇｅ、シリコンはＳｉと記し、以下同様に記す。As a method of forming a base layer of HBT with a mixed crystal of SiGe, there are molecular beam epitaxy (MBE), ultrahigh vacuum chemical vapor deposition (UHV-CVD), and low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD). And the like. Also Si
An HBT using a Ge mixed crystal may be formed by changing the composition ratio of germanium (hereinafter, referred to as Ge) of a SiGe mixed crystal. Further, when changing the Ge composition ratio [per unit volume: Ge content / (Ge content + Si content)], generally, the film forming temperature is kept constant and the flow rate or partial pressure of the Si source gas is kept constant. , The flow rate or the partial pressure of the Ge source gas is changed. Here, germanium is described as Ge, silicon is described as Si, and so on.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｇｅソ
ースガスの供給比〔Ｇｅソースガスの分圧／（Ｇｅソー
スガスの分圧＋Ｓｉソースガスの分圧）〕が変化するに
ともないＳｉＧｅ混晶の成膜速度も変化するという特徴
がある。例えば所望の組成比を得ようとするために、Ｇ
ｅソースガス〔例えばゲルマン（ＧｅＨ4）〕の分圧と
Ｓｉソースガス〔例えばモノシラン（ＳｉＨ4）〕の分
圧を変化させると、ＳｉＧｅ混晶の成膜速度も変化す
る。これはＧｅが表面のエネルギー状態を変化させて、
Ｓｉソースガスの表面での反応を促進または抑制するた
めといわれている〔Appl.Phys.Lett.53〔25〕（1988）
B.S.Meyerson et al，p.2555、J.Vac.Technol. B11〔
4〕（1993）D.Kinosky et al ，p.1396等を参照〕。ま
たこれは成膜温度によって傾向が異なることも知られて
いる〔Jpn.J.Appl.Phys.33（1994）Tz.Guei Jung et
al，p.240 を参照〕。However, as the supply ratio of the Ge source gas [the partial pressure of the Ge source gas / (the partial pressure of the Ge source gas + the partial pressure of the Si source gas)] changes, the formation of the SiGe mixed crystal changes. It has the characteristic that the film speed also changes. For example, in order to obtain a desired composition ratio, G
When the partial pressure of the e source gas [eg, germane (GeH4 )] and the partial pressure of the Si source gas [eg, monosilane (SiH4 )] are changed, the film formation rate of the SiGe mixed crystal also changes. This is because Ge changes the energy state of the surface,
It is said to promote or suppress the reaction on the surface of the Si source gas [Appl. Phys. Lett.53 [25] (1988)
BSMeyerson et al, p.2555, J.Vac.Technol. B11 [
4] (1993) D. Kinosky et al, p. It is also known that the tendency differs depending on the film formation temperature [Jpn. J. Appl. Phys.33 (1994) Tz. Guei Jung et.
al, p.240].
【０００５】例えば図３に示す（縦軸に原料ガスの分圧
および成膜速度を表し、横軸に成膜時間を表す）よう
に、ＳｉＨ4の分圧を固定し、ＧｅＨ4の分圧を変化さ
せて、Ｇｅ濃度プロファイルを形成するのが一般的であ
った。しかしながら、この方法では、Ｇｅの供給比によ
ってＳｉＧｅ混晶の成膜速度が変化する。そのため、ド
ーピングガスのジボラン（Ｂ2Ｈ6）の分圧も一定にし
てＳｉＧｅ混晶を成膜すると、ＳｉＧｅ混晶中のホウ素
濃度は成膜速度に依存するために変化することになる。For example, as shown in FIG. 3 (the vertical axis represents the partial pressure of the source gas and the deposition rate, and the horizontal axis represents the deposition time), the partial pressure of SiH4 is fixed and the partial pressure of GeH4 is fixed. Is generally changed to form a Ge concentration profile. However, in this method, the film formation rate of the SiGe mixed crystal changes depending on the Ge supply ratio. Therefore, when a SiGe mixed crystal is formed with a constant partial pressure of diborane (B2 H6 ) as a doping gas, the boron concentration in the SiGe mixed crystal changes because it depends on the film formation rate.
【０００６】そこで、ＳｉＧｅ混晶の成膜速度を一定に
するためにＧｅ組成比に対して成膜温度を制御する方法
（特開平7-297205号公報を参照）が開示されているが、
温度を制御性よくコントロールすることは難しい。また
炉心管を用いるようなバッチ式の装置では、炉心管内の
温度を均一性良く制御することが非常に困難となってい
る。さらにｎｐｎＨＢＴにＳｉＧｅ混晶を適用する際に
は、キャリアの移動度が速いこと等の物性的な利点か
ら、通常はＳｉＧｅ混晶はベースに用いられる。そのた
め、ｐ型にドーピングされることがしばしばある。Therefore, a method of controlling the film formation temperature with respect to the Ge composition ratio in order to keep the film formation rate of the SiGe mixed crystal constant has been disclosed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-297205).
It is difficult to control the temperature with good controllability. In a batch-type apparatus using a furnace tube, it is very difficult to control the temperature inside the furnace tube with good uniformity. Further, when applying a SiGe mixed crystal to npnHBT, the SiGe mixed crystal is usually used as a base due to physical advantages such as high carrier mobility. Therefore, they are often p-type doped.
【０００７】上記ＳｉＧｅ混晶の導電型を決定するドー
パントには通常ホウ素が用いられる。ホウ素をドーピン
グする場合、例えばホウ素の不純物プロファイルを一定
にしておいて、Ｇｅ濃度プロファイルを独立に制御した
いという要求もある。通常、膜中にホウ素が取り込まれ
る速度は、ホウ素の供給ガスとして一般に用いられてい
るジボラン（Ｂ2Ｈ6）の圧力によって決まる（信学技
報，ED-91-76（1991）K.Fujinaka et al，p.41）ことが
知られている。この現象のため、成膜速度が速くなると
ＳｉＧｅ混晶中のホウ素濃度は低くなり、成膜速度が遅
くなるとホウ素濃度は高くなる。したがって、Ｇｅソー
スガスの供給比が変化すると成膜されたＳｉＧｅ混晶中
の不純物濃度が変化することになる。ベース層中のホウ
素濃度プロファイルが所望の設計値通りに分布されない
と、例えばトランジスタ、半導体集積回路等の動作速度
の低下、耐圧不良等が生じる。[0007] Boron is usually used as a dopant for determining the conductivity type of the SiGe mixed crystal. In the case of doping with boron, for example, there is a demand that the impurity profile of boron be kept constant and the Ge concentration profile be controlled independently. Usually, the rate at which boron is incorporated into the film is determined by the pressure of diborane (B2 H6 ), which is generally used as a boron supply gas (IEICE Technical Report, ED-91-76 (1991) K. Fujinaka). et al, p. 41). Due to this phenomenon, the boron concentration in the SiGe mixed crystal decreases as the film formation speed increases, and the boron concentration increases as the film formation speed decreases. Therefore, when the supply ratio of the Ge source gas changes, the impurity concentration in the formed SiGe mixed crystal changes. If the boron concentration profile in the base layer is not distributed according to a desired design value, for example, a reduction in the operation speed of a transistor, a semiconductor integrated circuit, or the like, a breakdown voltage failure, and the like occur.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたＳｉＧｅ混晶の成膜方法である。
すなわち、第１の成膜方法は、予めＳｉ含有水素化ガス
とＧｅ含有水素化ガスとの分圧比と、ＳｉＧｅ混晶にお
けるＧｅ組成比との関係を求めておき、この関係に基づ
いて所望のＧｅ組成比となるように、かつＳｉＧｅ混晶
の成膜速度が所望の速度となるように、Ｓｉ含有水素化
ガスの分圧とＧｅ含有水素化ガスの分圧とを調整して、
化学的気相成長によりＳｉＧｅ混晶を成膜する。The present invention is a method for forming a SiGe mixed crystal film to solve the above-mentioned problems.
That is, in the first film forming method, the relationship between the partial pressure ratio between the Si-containing hydrogenated gas and the Ge-containing hydrogenated gas and the Ge composition ratio in the SiGe mixed crystal is determined in advance, and a desired relationship is determined based on the relationship. The partial pressure of the Si-containing hydrogenated gas and the partial pressure of the Ge-containing hydrogenated gas are adjusted so that the Ge composition ratio is attained and the film formation rate of the SiGe mixed crystal is a desired rate,
A SiGe mixed crystal is formed by chemical vapor deposition.
【０００９】第１の成膜方法では、予めＳｉ含有水素化
ガスとＧｅ含有水素化ガスとの分圧比と、ＳｉＧｅ混晶
におけるＧｅ組成比との関係を求めておくことから、所
望のＧｅ組成比となるＳｉ含有水素化ガスとＧｅ含有水
素化ガスとの分圧比がわかる。そしてその分圧比とな
り、かつＳｉＧｅ混晶の成膜速度が所望の速度となるよ
うにＳｉ含有水素化ガスの分圧とＧｅ含有水素化ガスの
分圧とを調整することから、Ｇｅ組成比を変化させても
ＳｉＧｅ混晶の成膜速度は所望の速度となる。In the first film forming method, since the relationship between the partial pressure ratio between the Si-containing hydrogenated gas and the Ge-containing hydrogenated gas and the Ge composition ratio in the SiGe mixed crystal is determined in advance, a desired Ge composition is obtained. The partial pressure ratio between the Si-containing hydrogenated gas and the Ge-containing hydrogenated gas, which is the ratio, is found. The partial pressure ratio of the Si-containing hydrogenated gas and the partial pressure of the Ge-containing hydrogenated gas are adjusted so that the partial pressure ratio is obtained and the film forming rate of the SiGe mixed crystal becomes a desired rate. Even if it is changed, the film formation speed of the SiGe mixed crystal becomes a desired speed.
【００１０】第２の成膜方法は、予めＳｉ含有水素化ガ
スとＧｅ含有水素化ガスとの分圧比と、ＳｉＧｅ混晶に
おけるＧｅ組成比との関係を求めておき、この関係に基
づいて所望のＧｅ組成比となるように、かつＳｉＧｅ混
晶の成膜温度が７００℃〜８００℃の範囲で、Ｇｅ組成
比ｘが０＜ｘ≦０．１５であるとき、ＳｉＧｅ混晶の成
膜速度ｖが、In the second film forming method, a relationship between a partial pressure ratio between a Si-containing hydrogenated gas and a Ge-containing hydrogenated gas and a Ge composition ratio in a SiGe mixed crystal are determined in advance, and a desired relationship is determined based on the relationship. When the Ge composition ratio x is 0 <x ≦ 0.15, and the SiGe mixed crystal film forming temperature is in the range of 700 ° C. to 800 ° C., the film formation rate of the SiGe mixed crystal is v is
【００１１】[0011]
【数２】(Equation 2)
【００１２】なる関係を満足するように、Ｓｉ含有水素
化ガスの分圧とＧｅ含有水素化ガスの分圧とを調整し
て、化学的気相成長によりＳｉＧｅ混晶を成膜する。The partial pressure of the Si-containing hydrogenated gas and the partial pressure of the Ge-containing hydrogenated gas are adjusted so as to satisfy the following relationship, and a SiGe mixed crystal is formed by chemical vapor deposition.
【００１３】第２の成膜方法では、予めＳｉ含有水素化
ガスとＧｅ含有水素化ガスとの分圧比と、ＳｉＧｅ混晶
のＧｅの組成比との関係を求めておくことから、所望の
Ｇｅ組成比となるＳｉ含有水素化ガスとＧｅ含有水素化
ガスとの分圧比がわかる。そしてその分圧比となり、か
つＳｉ含有水素化ガスの分圧とＧｅ含有水素化ガスの分
圧とで成膜速度を表す式（１）の関係を満足するように
Ｓｉ含有水素化ガスの分圧とＧｅ含有水素化ガスの分圧
とを調整することから、Ｇｅ組成比を変化させてもＳｉ
Ｇｅ混晶の成膜速度を所望の速度とすることが可能にな
る。In the second film forming method, the relationship between the partial pressure ratio between the Si-containing hydrogenated gas and the Ge-containing hydrogenated gas and the composition ratio of Ge in the SiGe mixed crystal are determined in advance, so that a desired Ge is obtained. The partial pressure ratio between the Si-containing hydrogenated gas and the Ge-containing hydrogenated gas, which is the composition ratio, is known. Then, the partial pressure ratio of the Si-containing hydrogenated gas is determined so as to satisfy the relation of the partial pressure ratio, and the relationship of the expression (1) representing the film forming rate by the partial pressure of the Si-containing hydrogenated gas and the partial pressure of the Ge-containing hydrogenated gas. And the partial pressure of the Ge-containing hydrogenated gas, so that even if the Ge composition ratio is changed,
It becomes possible to set the film formation speed of the Ge mixed crystal to a desired speed.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】本発明の第１の成膜方法に係わる
実施形態の一例を、以下に説明する。まず、予めＳｉ含
有水素化ガスとして例えばモノシラン〔ＳｉＨ4〕とＧ
ｅ含有水素化ガスとして例えばゲルマン〔ＧｅＨ4〕の
分圧比と、ＳｉＧｅ混晶におけるＧｅ組成比との関係を
求める。この関係を求めることによって所望の組成比に
おけるＳｉＨ4とＧｅＨ4の分圧比が求まる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An example of an embodiment according to the first film forming method of the present invention will be described below. First, for example, monosilane [SiH4 ] and G
The relationship between the partial pressure ratio of, for example, germane [GeH4 ] as the hydrogen gas containing e and the Ge composition ratio in the SiGe mixed crystal is determined. By obtaining this relationship, a partial pressure ratio between SiH4 and GeH4 at a desired composition ratio can be obtained.
【００１５】次いで上記関係に基づいて所望のＧｅ組成
比となるように分圧比を選択し、その選択した分圧比の
中からＳｉＧｅ混晶の成膜速度が所望の速度となるよう
なＳｉＨ4の分圧とＧｅＨ4の分圧とを求める。そし
て、求めた分圧比になるようなＳｉＨ4の分圧とＧｅＨ
4の分圧とを例えば各ガスの供給量によって調整する。
そして調整した各ガスを成膜チャンバ内に導入して、化
学的気相成長によりＳｉＧｅ混晶を成膜する。Next, based on the above relationship, a partial pressure ratio is selected so as to obtain a desired Ge composition ratio, and SiH4 is selected from the selected partial pressure ratios such that the film formation rate of the SiGe mixed crystal becomes a desired rate. The partial pressure and the partial pressure of GeH4 are determined. Then, the partial pressure of SiH4 and GeH are adjusted so as to obtain the obtained partial pressure ratio.
The partial pressure of4 is adjusted by, for example, the supply amount of each gas.
Then, the adjusted gases are introduced into a film forming chamber, and a SiGe mixed crystal is formed by chemical vapor deposition.
【００１６】そのため、Ｇｅ組成比を変化させてもＳｉ
Ｇｅ混晶の成膜速度は所望の速度を得ることが可能にな
る。したがって、例えば成膜速度を一定に保ちながら、
所望の組成比のＳｉＧｅ混晶を成膜することが可能にな
る。Therefore, even if the Ge composition ratio is changed, Si
The desired film formation speed of the Ge mixed crystal can be obtained. Therefore, for example, while keeping the deposition rate constant,
It becomes possible to form a SiGe mixed crystal having a desired composition ratio.
【００１７】次に上記成膜方法をｎｐｎＨＢＴのベース
層の形成に適用した例を、以下に説明する。ＳｉＧｅ混
晶を形成する際には、超高真空化学的気相成長（ＵＨＶ
−ＣＶＤ）を用いた。ＵＨＶ−ＣＶＤ装置は、超高真空
を保つためにロードロック室が設けられていることが望
ましい。Next, an example in which the above film forming method is applied to the formation of a base layer of npnHBT will be described below. When forming a SiGe mixed crystal, an ultra-high vacuum chemical vapor deposition (UHV)
-CVD). It is desirable that the UHV-CVD apparatus be provided with a load lock chamber in order to maintain an ultra-high vacuum.
【００１８】まず、ベース層となるＳｉＧｅ混晶を形成
する前に下地表面の清浄化、酸化膜除去のために洗浄処
理を行う。このとき、下地としては、例えばアンチモン
の高濃度埋め込み層が形成され、その上に従来のシリコ
ン単結晶成膜技術により低濃度ｎ型シリコン単結晶層
（ｎ型シリコンエピタキシャル層）を形成したシリコン
基板（以下、基板という）を用いた。続いて基板の表面
の有機物を除去するために、所定の温度まで加熱した硫
酸−過酸化水素水で基板を洗浄する。さらにアンモニア
−過酸化水素水で基板を洗浄することにより基板に付着
したパーティクルを除去する。その後フッ酸で基板を洗
浄することにより基板表面の金属汚染、酸化膜を除去す
る。First, before forming a SiGe mixed crystal serving as a base layer, a cleaning process is performed to clean the underlying surface and remove an oxide film. At this time, as a base, for example, a silicon substrate in which a high-concentration buried layer of antimony is formed, and a low-concentration n-type silicon single-crystal layer (n-type silicon epitaxial layer) is formed thereon by a conventional silicon single-crystal film forming technique (Hereinafter, referred to as a substrate). Subsequently, in order to remove organic substances on the surface of the substrate, the substrate is washed with sulfuric acid-hydrogen peroxide heated to a predetermined temperature. Further, particles adhered to the substrate are removed by washing the substrate with ammonia-hydrogen peroxide solution. Thereafter, the substrate is washed with hydrofluoric acid to remove metal contamination and an oxide film on the substrate surface.
【００１９】次にこの洗浄された基板をＵＨＶ−ＣＶＤ
装置の成膜チャンバ内に搬入する。このとき搬送中に酸
化膜の形成が起こらないように成膜チャンバ内の温度は
３００℃〜４００°程度にしておくのことが好ましい。
次に成膜チャンバ内を例えば１０ｎＰａ程度まで排気す
る。その後成膜チャンバ内の温度を８００℃〜９００℃
にしておよそ５分程度加熱処理を行い、基板表面のクリ
ーニングを行う。このクリーニングは水素雰囲気中で行
ってもよい。次に基板温度を例えば７００℃〜７５０℃
程度に下げ、加熱温度を一定にする。その後、基板上に
ＳｉＧｅ混晶を成膜する。なお、ＳｉＧｅ混晶を成膜す
る前に、バッファー層としてＳｉ膜を例えば３０ｎｍ程
度の厚さに形成しておいてもよい。Next, the cleaned substrate is subjected to UHV-CVD.
It is carried into the film forming chamber of the apparatus. At this time, the temperature in the film forming chamber is preferably set to about 300 ° C. to 400 ° so as to prevent the formation of an oxide film during the transfer.
Next, the inside of the film forming chamber is evacuated to, for example, about 10 nPa. Thereafter, the temperature in the film forming chamber is set to 800 ° C. to 900 ° C.
Then, a heat treatment is performed for about 5 minutes to clean the substrate surface. This cleaning may be performed in a hydrogen atmosphere. Next, the substrate temperature is set to, for example, 700 ° C. to 750 ° C.
And keep the heating temperature constant. Then, a SiGe mixed crystal is formed on the substrate. Before forming the SiGe mixed crystal, an Si film may be formed as a buffer layer to a thickness of, for example, about 30 nm.
【００２０】ＳｉＧｅ混晶の成膜では、まず、成膜チャ
ンバのバルブを開いた後、ガス供給部のバルブを開放
し、成膜チャンバ内にＳｉ含有ＩＶ族系水素化ガス〔例
えばＳｉＨ4〕とＧｅ含有ＩＶ族系水素化ガス〔例えば
ＧｅＨ4〕、さらにドーピングガスとして例えばＢ2Ｈ
6を供給する。その際、成膜チャンバ内を真空引きして
この成膜チャンバの圧力を所定の圧力に保つ。In the film formation of the SiGe mixed crystal, first, after opening the valve of the film formation chamber, the valve of the gas supply unit is opened and the Si-containing group IV hydrogenated gas [eg, SiH4 ] is introduced into the film formation chamber. And a Ge-containing group IV hydrogenation gas [eg, GeH4 ], and as a doping gas, eg, B2 H
Supply6 At that time, the inside of the film forming chamber is evacuated to maintain the pressure in the film forming chamber at a predetermined pressure.
【００２１】そして図１に示す（縦軸に原料ガスの分圧
および成膜速度を表し、横軸に成膜時間を表す）よう
に、ＧｅＨ4とＳｉＨ4との分圧比は所望のＧｅ組成比
になるように保ちつつ、ＧｅＨ4の分圧とともにＳｉＨ
4の分圧も変化させて成膜することにより、ＳｉＧｅ混
晶が成膜中は一定の成膜速度が得られる。また成膜速度
が一定であるため、得られたＳｉＧｅ混晶中のゲルマニ
ウム、ホウ素の各濃度プロファイルも所望の分布にな
る。As shown in FIG. 1 (the vertical axis represents the partial pressure of the source gas and the film forming rate, and the horizontal axis represents the film forming time), the partial pressure ratio between GeH4 and SiH4 is determined by the desired Ge composition. while maintaining such that a ratio, SiH with the partial pressure of GeH4
By changing the partial pressure of4 to form a film, a constant film formation rate can be obtained during the formation of the SiGe mixed crystal. Further, since the film formation rate is constant, the respective concentration profiles of germanium and boron in the obtained SiGe mixed crystal also have a desired distribution.
【００２２】ここでは、ＳｉＧｅ混晶中の所望のゲルマ
ニウム濃度プロファイルは、図２に示す〔右縦軸にゲル
マニウム濃度（％）を表し、横軸に拡散深さ（ｎｍ）を
表す〕ように∧形とする。またＳｉＧｅ混晶をｐ型の導
電型にするためのホウ素（Ｂ）の濃度プロファイルを、
同図２に示す〔左縦軸にホウ素濃度（個／ｃｍ3）を表
し、横軸に深さ（ｎｍ）を表す〕ようにＳｉＧｅ混晶中
で一定になるようにする。Here, the desired germanium concentration profile in the SiGe mixed crystal is as shown in FIG. 2 (the right vertical axis represents the germanium concentration (%), and the horizontal axis represents the diffusion depth (nm)). Shape. Further, the concentration profile of boron (B) for making the SiGe mixed crystal a p-type conductivity type is as follows:
As shown in FIG. 2, [the boron concentration (number / cm3 ) is represented on the left vertical axis, and the depth (nm) is represented on the horizontal axis].
【００２３】具体的には、まずＳｉＨ4の分圧がおよそ
０．１３３Ｐａ、Ｇｅの分圧がおよそ６．７ｍＰａで成
膜した。そしてＧｅ組成比を減少させていくにつれて、
例えばＧｅ組成比が０．０５のときのＳｉＨ4の分圧が
およそ０．１Ｐａ、ＧｅＨ4の分圧がおよそ２．１Ｐ
ａ、またＧｅ組成比が０となるＳｉ膜の成膜時には、Ｓ
ｉＨ4の分圧がおよそ０．０８０Ｐａ、ＧｅＨ4の分圧
がおよそ０Ｐａとなるように選択した。この場合には、
ＳｉＧｅ混晶はＧｅＨ4組成比に係わらず成膜速度はお
よそ１０ｎｍ／分になり、一定の成膜速度になった。Specifically, first, a film was formed at a partial pressure of SiH4 of about 0.133 Pa and a partial pressure of Ge of about 6.7 mPa. And as the Ge composition ratio decreases,
For example, when the Ge composition ratio is 0.05, the partial pressure of SiH4 is about 0.1 Pa, and the partial pressure of GeH4 is about 2.1 P
a, when forming a Si film having a Ge composition ratio of 0,
The partial pressure of iH4 was selected to be approximately 0.080 Pa, and the partial pressure of GeH4 was selected to be approximately 0 Pa. In this case,
Regarding the SiGe mixed crystal, the film formation rate was about 10 nm / min, regardless of the GeH4 composition ratio, and the film formation rate was constant.
【００２４】一方、上記図１に示すＳｉＨ4とＧｅＨ4
の各分圧を調整して成膜したＳｉＧｅ混晶と同等のＧｅ
濃度プロファイルになるように、ＳｉＨ4の分圧を固定
してＧｅＨ4の分圧を変える従来の成膜方法（前記図３
によって説明した成膜方法）によって形成すると成膜速
度は７ｎｍ／分〜１４ｎｍ／分の範囲で変化した。On the other hand, SiH4 and GeH4 shown in FIG.
Ge equivalent to SiGe mixed crystal formed by adjusting each partial pressure of
A conventional film forming method in which the partial pressure of SiH4 is fixed and the partial pressure of GeH4 is changed so as to obtain a concentration profile (see FIG.
The film formation rate changed in the range of 7 nm / min to 14 nm / min.
【００２５】このようにしてＳｉＧｅ混晶からなるベー
ス層を形成した後、ドーピングしたポリシリコン層を形
成し、これをエミッタ層として用いる。その後、エミッ
タ層上に電極を形成する。このようにして、ＳｉＧｅ混
晶からなるベースのＨＢＴが完成する。After forming the base layer made of the SiGe mixed crystal in this way, a doped polysilicon layer is formed, and this is used as an emitter layer. After that, an electrode is formed on the emitter layer. Thus, the base HBT made of the SiGe mixed crystal is completed.
【００２６】なお、上記説明では、ポリシリコン層およ
び酸化膜の形成方法は省略してある。また、上記ＳｉＧ
ｅ混晶の成膜方法は、上記ベース層を有するＨＢＴへの
適用に限定されることはなく、ＳｉＧｅ−ＭＩＳデバイ
スなどに適用することも可能である。また基板構成も、
上記説明したような高濃度埋め込み層および低濃度エピ
タキシャル層を有するシリコン基板の他に、例えば埋め
込み層等を形成していないシリコン基板であってもよ
い。In the above description, the method of forming the polysilicon layer and the oxide film is omitted. In addition, the above SiG
The method of forming a mixed crystal of e is not limited to the application to the HBT having the base layer, but may be applied to a SiGe-MIS device or the like. Also, the board configuration
In addition to the silicon substrate having the high-concentration buried layer and the low-concentration epitaxial layer as described above, a silicon substrate having no buried layer or the like may be used.
【００２７】次に本発明の第２の成膜方法に係わる実施
形態として、成膜中のＳｉＧｅ混晶のＧｅ組成比を所望
の値に変化させても、ＳｉＧｅ混晶の成膜速度が一定に
なるように、ＳｉＨ4の分圧とＧｅＨ4の分圧を求めて
成膜を行う方法を以下に説明する。Next, as an embodiment according to the second film forming method of the present invention, even if the Ge composition ratio of the SiGe mixed crystal during the film formation is changed to a desired value, the film forming speed of the SiGe mixed crystal is constant. A method for forming a film by obtaining the partial pressure of SiH4 and the partial pressure of GeH4 will be described below.
【００２８】第２の成膜方法は、予めＳｉ含有水素化ガ
ス（ここでは一例としてＳｉＨ4）とＧｅ含有水素化ガ
ス（ここでは一例としてＧｅＨ4）との分圧比と、Ｓｉ
Ｇｅ混晶におけるＧｅ組成比との関係を求めておき、こ
の関係に基づいて所望のＧｅ組成比となるように、かつ
ＳｉＧｅ混晶の成膜温度が７００℃〜８００℃の範囲
で、Ｇｅ組成比ｘが０＜ｘ≦０．１５であるとき、Ｓｉ
Ｇｅ混晶の成膜速度ｖが、The second film-forming method is based on a partial pressure ratio between a Si-containing hydrogenated gas (here, for example, SiH4 ) and a Ge-containing hydrogenated gas (here, for example, GeH4 ),
The relationship between the Ge composition ratio and the Ge composition ratio in the Ge mixed crystal is determined, and based on this relationship, the Ge composition ratio is set to a desired Ge composition ratio and the film formation temperature of the SiGe mixed crystal ranges from 700 ° C. to 800 ° C. When the ratio x is 0 <x ≦ 0.15, Si
The film formation rate v of Ge mixed crystal is
【００２９】[0029]
【数３】(Equation 3)
【００３０】なる関係を満足するように、Ｓｉ含有水素
化ガスの分圧とＧｅ含有水素化ガスの分圧とを調整し
て、化学的気相成長によりＳｉＧｅ混晶を成膜する。The partial pressure of the Si-containing hydrogenated gas and the partial pressure of the Ge-containing hydrogenated gas are adjusted so as to satisfy the following relationship, and a SiGe mixed crystal is formed by chemical vapor deposition.
【００３１】すなわち、式（１）を変形すると、That is, when Expression (1) is transformed,
【００３２】[0032]
【数４】(Equation 4)
【００３３】となる。上記ｋは、ＳｉＨ／ＧｅＨなる分
圧比を表しているので、ＳｉＧｅ混晶の所望のＧｅ組成
比によって決まる。よって上記式（２）中の右辺第１項
はＧｅ組成比によって決定される。また所望の成膜速度
ｖとするには右辺第２項のβ（ＳｉＨ）のＳｉＨ4の分
圧を表すＳｉＨを変えればよい。このＳｉＨが決定され
れば、ｋが決まっているため、ＧｅＨ4の分圧を表すＧ
ｅＨも決定される。したがって、所望の成膜速度ｖとな
るＳｉＨ、ＧｅＨ、が決まるので、所望の組成比で所望
の成膜速度ｖとなる各ＳｉＨ4の分圧ＳｉＨ、とＧｅＨ
4の分圧ＧｅＨが決定される。## EQU1 ## Since k represents a partial pressure ratio of SiH / GeH, it is determined by a desired Ge composition ratio of a SiGe mixed crystal. Therefore, the first term on the right side in the above equation (2) is determined by the Ge composition ratio. In order to obtain a desired film forming rate v, the second term of the right-hand side, ie, β (SiH), may be changed by changing the SiH representing the partial pressure of SiH4 . If this SiH is determined, since k is determined, G representing the partial pressure of GeH4 is obtained.
eH is also determined. Accordingly, SiH that a desired deposition rate v, so GeH, is determined, the partial pressure of SiH the SiH4 to a desired deposition rate v at a desired composition ratio, and GeH
Partial pressure GeH is determined in4.
【００３４】これによって、Ｇｅ組成比を変えながらＳ
ｉＧｅ混晶を成膜してもＳｉＧｅ混晶中へのホウ素の取
り込まれ量に対して独立になる。すなわち、ＳｉＧｅ混
晶中のホウ素濃度がＧｅ含有水素化ガスの圧力に依存し
ないためである。よって、ホウ素濃度の制御が容易にな
る。Thus, while changing the Ge composition ratio, S
Even if an iGe mixed crystal is formed, it becomes independent of the amount of boron incorporated into the SiGe mixed crystal. That is, the boron concentration in the SiGe mixed crystal does not depend on the pressure of the Ge-containing hydrogenated gas. Therefore, control of the boron concentration becomes easy.
【００３５】このように、Ｇｅ組成比が変化してもＳｉ
Ｇｅ混晶の成膜速度が一定であるため、成膜速度により
変化するドーパント（特にはホウ素）濃度に対して安定
になる。また成膜速度が一定になるので、均質な膜形成
が可能になり、結晶欠陥の発生を抑制することができ
る。さらにＳｉＧｅ混晶の成膜温度を一定とするので、
炉心管を用いるバッチ式の成膜装置でも、炉心管内、ウ
エハ面内の膜質，膜厚の各均一性が向上する。As described above, even if the Ge composition ratio changes, Si
Since the film formation rate of the Ge mixed crystal is constant, it becomes stable with respect to the dopant (particularly, boron) concentration that changes depending on the film formation rate. In addition, since the film forming rate is constant, a uniform film can be formed, and generation of crystal defects can be suppressed. Further, since the film formation temperature of the SiGe mixed crystal is kept constant,
Even in a batch type film forming apparatus using a furnace tube, the uniformity of film quality and film thickness in the furnace tube and on the wafer surface is improved.
【００３６】上記各実施形態の説明では、ＳｉＨ4ガス
を用いて説明したが、例えばジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）等
のシラン系ガスを用いることも可能である。またＳｉＧ
ｅ混晶中のホウ素濃度は一定としたが、ジボランの分圧
とＳｉＧｅ混晶中のホウ素濃度には比例関係があり、Ｇ
ｅ組成比に対して独立に制御できるという特徴を生かし
て、ホウ素濃度プロファイルに変化を持たせることも可
能である。Although the above embodiments have been described using SiH4 gas, a silane-based gas such as disilane (Si2 H6 ) may be used. Also SiG
e The boron concentration in the mixed crystal was fixed, but the partial pressure of diborane and the boron concentration in the SiGe mixed crystal had a proportional relationship.
It is also possible to change the boron concentration profile by taking advantage of the fact that the e composition ratio can be controlled independently.
【００３７】さらにこの成膜方法の適用はＵＨＶ−ＣＶ
Ｄ装置に限定されることはなく、ＬＰ−ＣＶＤ装置、ガ
スソースＭＢＥ装置等を使用したＳｉＧｅ混晶の成膜方
法にも適用でき、同様の効果が得られる。また、絶縁膜
をマスクにして開口部内のみに選択的に成膜させる選択
成膜法にも本発明の成膜方法は適用できる。このときは
塩化水素（ＨＣｌ）、塩素（Ｃｌ2）等を添加してもよ
い。またＧｅ濃度プロファイル、ホウ素濃度プロファイ
ル等は上記説明したプロファイルに限定されることはな
く、所望のプロファイルであっても本発明の成膜方法は
適用できる。Further, this film forming method is applied to UHV-CV
The apparatus is not limited to the D apparatus, but may be an LP-CVD apparatus,
Method of forming SiGe mixed crystal using source MBE equipment
The same effect can be obtained. Also, insulating film
To selectively form a film only in the opening using the mask as a mask
The film forming method of the present invention can be applied to the film forming method. At this time
Hydrogen chloride (HCl), chlorine (ClTwo) May be added
No. Ge concentration profile, boron concentration profile
Are not limited to the profiles described above.
Even if a desired profile is obtained, the film forming method of the present invention
Applicable.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
ＳｉＧｅ混晶の成膜速度が所望の速度となるようにＳｉ
含有水素化ガスの分圧とＧｅ含有水素化ガスの分圧とを
調整するので、Ｇｅ組成比を変化させてもＳｉＧｅ混晶
の成膜速度は所望の速度にできる。例えばＳｉＧｅ混晶
の成膜速度を一定にできる。そのため、成膜速度により
変化するドーパント（特にはホウ素）濃度の安定化が図
れる。また成膜速度を一定にすることができるので、均
質な膜形成が可能になり、結晶欠陥の発生を抑制するこ
とができる。As described above, according to the present invention,
The Si film is formed so that the film formation speed of the SiGe mixed crystal becomes a desired speed.
Since the partial pressure of the hydrogen gas containing hydrogen and the partial pressure of the hydrogen gas containing Ge are adjusted, the film formation speed of the SiGe mixed crystal can be set to a desired speed even if the Ge composition ratio is changed. For example, the film formation speed of the SiGe mixed crystal can be kept constant. Therefore, the concentration of the dopant (particularly, boron) that changes depending on the film formation rate can be stabilized. In addition, since the film formation rate can be kept constant, a uniform film can be formed, and generation of crystal defects can be suppressed.
【図１】原料ガスの分圧、成膜速度と成膜時間との関係
図である。FIG. 1 is a diagram showing a relationship among a partial pressure of a source gas, a film forming speed, and a film forming time.
【図２】ホウ素濃度、ゲルマニウム濃度と深さとの関係
図である。FIG. 2 is a relationship diagram between a boron concentration, a germanium concentration, and a depth.
【図３】従来における原料ガスの分圧、成膜速度と成膜
時間との関係図である。FIG. 3 is a conventional relational diagram of a partial pressure of a source gas, a film forming speed, and a film forming time.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP711997AJPH10203895A (en) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | Production of silicon germanium mixed crystal film |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP711997AJPH10203895A (en) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | Production of silicon germanium mixed crystal film |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10203895Atrue JPH10203895A (en) | 1998-08-04 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP711997APendingJPH10203895A (en) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | Production of silicon germanium mixed crystal film |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10203895A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006523380A (en)* | 2003-03-19 | 2006-10-12 | アンバーウェーブ システムズ コーポレイション | Method for producing high quality relaxed silicon germanium layer |
| JP2008098668A (en)* | 2001-02-12 | 2008-04-24 | Asm America Inc | Improved deposition method for semiconductor films. |
| CN100451162C (en)* | 2005-11-17 | 2009-01-14 | 南京大学 | Method of chemical gas phase precipitation for growing carbon doped silicon germanium alloy buffer layer and germanium film |
| US8921205B2 (en) | 2002-08-14 | 2014-12-30 | Asm America, Inc. | Deposition of amorphous silicon-containing films |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008098668A (en)* | 2001-02-12 | 2008-04-24 | Asm America Inc | Improved deposition method for semiconductor films. |
| US7547615B2 (en) | 2001-02-12 | 2009-06-16 | Asm America, Inc. | Deposition over mixed substrates using trisilane |
| US8360001B2 (en) | 2001-02-12 | 2013-01-29 | Asm America, Inc. | Process for deposition of semiconductor films |
| US8921205B2 (en) | 2002-08-14 | 2014-12-30 | Asm America, Inc. | Deposition of amorphous silicon-containing films |
| JP2006523380A (en)* | 2003-03-19 | 2006-10-12 | アンバーウェーブ システムズ コーポレイション | Method for producing high quality relaxed silicon germanium layer |
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