(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハ表面において、水素ガスを希釈ガスとして用い０．１３３Ｐａ以上１×１０５ Ｐａ以下の圧力範囲の減圧ＣＶＤ法によりＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ膜（０≦ｘ≦０．１５）を形成する方法であって、
Ｓｉを含有する原料ガスの流量に対するＧｅを含有する原料ガスの流量の割合を流量比ｙとしたとき、成膜の反応係数の流量比ｙに対する依存性により、
以下の関係式
ｘ＝１／（１＋（ａ／ｙ）（（１＋ｂｙ）／（１＋ｃｙ）））
（ａ、ｂ、ｃは定数を示す）
に基づいて流量比ｙを調整してＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ膜を成膜する際に、
少なくとも３つの異なる前記流量比ｙでＳｉＧｅ膜を成膜してこれらのＳｉＧｅ膜のＧｅ組成比ｘを予め測定する工程と、
この測定結果及び前記関係式から前記定数ａ、ｂ、ｃをそれぞれ求めておく工程とを有し、
前記Ｓｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ膜の膜厚に対して線形の傾斜組成比を有するＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ膜を成膜することを特徴とするＳｉＧｅ膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＳｉＧｅ膜の形成方法であって、
Ｇｅ組成比ｘが厚さ方向に漸次変化するＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ膜を形成する際に、
成膜開始時から成膜終了時までを複数の区間に分割すると共に各区間の最初及び最後の流量比ｙを前記関係式に基づいて設定し、
前記各区間の最初から最後まで流量比ｙを線形的に変化させることを特徴とするＳｉＧｅ膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ヘテロ接合トランジスタやＭＯＳＦＥＴ等に用いられるＳｉＧｅ膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＨＢＴ（ヘテロ接合トランジスタ）やＭＯＳＦＥＴ等におけるヘテロ構造にＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム混晶）膜が用いられている。
例えば、従来のＨＢＴは、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）とＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウムヒ素）との組み合わせ等により製作されていたが、近年、Ｓｉ（シリコン）よりもＳｉＧｅのバンドギャップが小さいことから、ベース領域等にＳｉＧｅを用いたＨＢＴ（以下、ＳｉＧｅ−ＨＢＴと称す）が開発・研究されている。このＳｉＧｅ−ＨＢＴは、技術蓄積の豊富なＳｉプロセスと整合し易い、Ｓｉ−ＬＳＩとの混載（１チップ化）が可能、ＧａＡｓデバイスに比べて製造コストが下がる、Ｓｉに比べて環境的に扱いが難しいＡｓ等を多量に用いないで済む等の利点がある。
【０００３】
また、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴでは、高速化を図るため、Ｓｉ基板上に格子緩和させたＳｉＧｅ膜のバッファ層を成膜し、さらにこの上に引っ張り歪状態のＳｉ膜を成膜して、この歪Ｓｉ膜をチャネルとして利用するものが開発・研究されている。このＭＯＳＦＥＴは、バルクのＳｉに比べて電子移動度が増大する歪Ｓｉ膜を用いるので、高速化を図ることができる。なお、このＭＯＳＦＥＴでは、Ｓｉ基板上に格子緩和層であるＳｉＧｅ膜を形成するため、Ｇｅ組成比を膜厚方向に一定の割合で増加させて形成させ、歪Ｓｉ膜を形成する界面ではＧｅ組成比を高めて格子緩和を行っている。
【０００４】
上記ＨＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のＳｉＧｅ膜は、ＵＨＶ−ＣＶＤ（超高真空化学的気相成長）、ＧＳ−ＭＢＥ（ガスソース分子線エピタキシー）、ＬＰ−ＣＶＤ（減圧化学的気相成長）等の成長法による装置を用いて成膜される。このうちＵＨＶ−ＣＶＤやＧＳ−ＭＢＥにより成膜する場合、Ｓｉの原料ガスとＧｅの原料ガスとの混成比に対して線形に依存したＧｅ組成比のＳｉＧｅ膜が得られるのに対し、ＬＰ−ＣＶＤにより成膜する場合には、原料ガスの混成比（流量比）に対してＧｅ組成比が非線形に依存するため、膜厚方向にＧｅ組成比が一定の割合で増減するＳｉＧｅ膜を作製することが困難であった。
【０００５】
このため、従来は、Ｇｅ組成比を階段状に変化させて近似的にＧｅ組成比が一定の割合で増減するＳｉＧｅ膜を作製していた。また、例えば、特開平１０−２０３８９５号公報には、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Ｓｉ含有水素化ガスの分圧とＧｅ含有水素化ガスとの分圧とを調整してＳｉＧｅ混晶を成膜する技術が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、以下のような課題が残されている。すなわち、前者の場合、Ｇｅ組成比を階段状に変化させてＳｉＧｅ膜を形成しようとしても、Ｇｅ組成比が一定の割合で増減する膜を近似的にしか得ることができず、傾斜組成比を有するＳｉＧｅ膜を高精度に作製することができなかった。また、後者の場合では、上記分圧比と成膜速度との関係については関係式が開示されているものの、上記分圧比とＧｅ組成比との関係については具体的にどのように求めるかについて開示されていない。すなわち、実際に実験等でＳｉＧｅ膜を試作して実測することで一定のＧｅ組成比と上記分圧比との関係を求めることは可能であるが、任意のＧｅ組成比や上述した膜厚方向に漸次変化するＧｅ組成比プロファイルのＳｉＧｅ膜を高精度に形成するには、Ｇｅ組成比の広い範囲で分圧比との関係を明確にする必要があり、実験等による実測では困難であった。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、意図する様々なＧｅ組成比のプロファイルを高精度で得ることができるＳｉＧｅ膜の形成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ＳｉＧｅの成膜技術について研究を行い、様々なシミュレーションを行った結果、水素希釈ＬＰ−ＣＶＤでＳｉＧｅ混晶を成膜する場合、チャンバー内の圧力と水素流量とをそろえた条件の下で作製される膜のＧｅ組成比は、Ｓｉの原料ガス（Ｓｉ含有水素化ガス等）とＧｅの原料ガス（Ｇｅ含有水素化ガス）との混成比に対して後述する関係式で、再現性良く表されることを見出した。
【０００９】
したがって、本発明は、この知見に基づいた技術であり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
すなわち、本発明のＳｉＧｅ膜の形成方法は、ウェーハ表面において、水素ガスを希釈ガスとして用い０．１３３Ｐａ以上１×１０５ Ｐａ以下の圧力範囲の減圧ＣＶＤ法によりＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ膜（０≦ｘ≦０．１５）を形成する方法であって、
Ｓｉを含有する原料ガスの流量に対するＧｅを含有する原料ガスの流量の割合を流量比ｙとしたとき、成膜の反応係数の流量比ｙに対する依存性により、
以下の関係式
ｘ＝１／（１＋（ａ／ｙ）（（１＋ｂｙ）／（１＋ｃｙ）））
（ａ、ｂ、ｃは定数を示す）
に基づいて流量比ｙを調整してＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ膜を成膜する際に、
少なくとも３つの異なる前記流量比ｙでＳｉＧｅ膜を成膜してこれらのＳｉＧｅ膜のＧｅ組成比ｘを予め測定する工程と、
この測定結果及び前記関係式から前記定数ａ、ｂ、ｃをそれぞれ求めておく工程とを有することを特徴とする。
また、本発明は、水素ガスを希釈ガスとして用い０．１３３Ｐａ以上１×１０５ Ｐａ以下の圧力範囲の減圧ＣＶＤ法によりＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ膜（０≦ｘ≦１）を形成する方法であって、
Ｓｉを含有する原料ガスの流量に対するＧｅを含有する原料ガスの流量の割合を流量比ｙとしたとき、
以下の関係式
ｘ＝１／（１＋（ａ／ｙ）（（１＋ｂｙ）／（１＋ｃｙ）））
（ａ、ｂ、ｃは定数を示す）
に基づいて流量比ｙを調整して、
前記Ｓｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ膜の膜厚に対して線形の傾斜組成比を有するＳｉ（１−ｘ）Ｇｅｘ膜を成膜することができる。
【００１０】
このＳｉＧｅ膜の形成方法では、上記関係式に基づいて流量比ｙを調整してＳｉ(1-x)Ｇｅx膜を成膜するので、所望のＧｅ組成比のＳｉＧｅ混晶を再現性良く作製することができ、Ｇｅ組成比が漸次変化する膜も高精度に形成することができる。なお、定数ａ、ｂ、ｃは、成膜圧力、水素流量及び成膜温度で決まる定数である。
【００１１】
また、本発明のＳｉＧｅ膜の形成方法では、少なくとも３つの異なる前記流量比ｙでＳｉＧｅ膜を成膜してこれらのＳｉＧｅ膜のＧｅ組成比ｘを予め測定し、この測定結果及び前記関係式から前記定数ａ、ｂ、ｃをそれぞれ求めておくことが好ましい。すなわち、実際に少なくとも３つの流量比ｙでＳｉＧｅ膜を成膜してＧｅ組成比ｘを実測することにより、流量比ｙに対応するＧｅ組成比ｘの実測値を少なくとも３種類得ることができる。そして、この測定結果を上記関係式に代入することにより、容易に３つの定数ａ、ｂ、ｃを求めることができ、上記関係式を決定することができる。
【００１２】
また、本発明のＳｉＧｅ膜の形成方法では、Ｇｅ組成比ｘが厚さ方向に漸次変化するＳｉ(1-x)Ｇｅx膜を形成する際に、成膜開始時から成膜終了時までを複数の区間に分割すると共に各区間の最初及び最後の流量比ｙを前記関係式に基づいて設定し、前記各区間の最初から最後まで流量比ｙを線形的に変化させることが好ましい。
【００１３】
成膜開始時から成膜終了時まで上記関係式に基づいて求めた流量比に常に調整すれば非常に高精度に増減するＧｅ組成比を実現できるが、実際には装置の性能上、求められた流量比になるまでに一定の時間がかかり、求められた流量比の変化に追随できない場合があると共に非線形に流量比を変化させることが難しい。そこで、本発明のＳｉＧｅ膜の形成方法では、成膜開始時から成膜終了時までを複数の区間に分割すると共に各区間の最初及び最後の流量比ｙを前記関係式に基づいて設定し、各区間の最初から最後まで流量比ｙを線形的に変化させることにより、各区間の最初及び最後では関係式どおりの正確なＧｅ組成比が得られると共に、各区間の最初から最後までのＧｅ組成比も大きくずれることがないため、流量比ｙを非線形に変化させなくても意図したＧｅ組成比プロファイルの膜を精度良く容易に実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＳｉＧｅ膜の形成方法の第１実施形態を、図１を参照しながら説明する。
【００１５】
本実施形態のＳｉＧｅ膜の形成方法は、水素ガスを希釈ガスとして用い０．１３３Ｐａ以上１×１０5Ｐａ以下の圧力範囲のＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）法によりＳｉ(1-x)Ｇｅx膜（０≦ｘ≦１）を形成する方法である。
なお、ＬＰ−ＣＶＤの圧力範囲において０．１３３Ｐａを下限としているのは、この成膜圧力以上で原料ガスの混成比に対するＧｅ組成比の非線形性が生じるためである。
【００１６】
本実施形態では、Ｓｉを含有する原料ガス（例えば、モノシラン（ＳｉＨ4））の流量に対するＧｅを含有する原料ガス（例えば、ゲルマン（ＧｅＨ4））の流量の割合を流量比（混成比）ｙとしたとき、まず少なくとも３つの異なる流量比ｙでＳｉＧｅ膜を実際に成膜してこれらのＳｉＧｅ膜のＧｅ組成比ｘを予め測定しておく。これにより、流量比ｙに対応するＧｅ組成比ｘの実測値を少なくとも３種類得ることができる。
【００１７】
次に、以下の関係式（１）
ｘ＝１／（１＋（ａ／ｙ）（（１＋ｂｙ）／（１＋ｃｙ）））      …（１）
に上記測定結果を関係式（１）に代入することにより、３つの定数ａ、ｂ、ｃを算出し、関係式（１）を決定する。この関係式（１）による流量比ｙ（ＧｅＨ4／ＳｉＨ4）とＧｅ組成比ｘとの関係は、図１に示すような曲線１となる。なお、定数ａ、ｂ、ｃは、成膜圧力、水素流量及び成膜温度で決まる定数である。
【００１８】
そして、この関係式（１）に基づいて流量比ｙを調整して所望のＧｅ組成比ｘのＳｉ(1-x) Ｇｅx 膜を成膜する。なお、図１中の点（黒四角）は、上述した方法で実際に一定Ｇｅ組成比のＳｉＧｅ膜を数種類形成した場合の実測値である。この図からもわかるように、実際に成膜したＳｉＧｅ膜は、関係式（１）で求めたＧｅ組成比ｘと高精度に一致している。
【００１９】
このように本実施形態では、関係式（１）に基づいて流量比ｙを調整することで、高精度かつ再現性良いＧｅ組成比のＳｉＧｅ膜を得ることができる。
なお、上記関係式（１）が実際の流量比ｙに対するＧｅ組成比と高精度に一致するのは、化学反応係数の流量比ｙに対する依存性を考慮したためである。すなわち、ウェーハ表面での原料ガス分子の反応の進み方への、周りの気相中に含まれる原料ガスの割合（流量比ｙ）の影響を考えると、反応係数は通常取り扱われるような定数ではなく、流量比ｙの関数となっている。ただし、流量比ｙに対する大きな依存性はみられないため、反応係数は流量比ｙに対する線形関数であるとして導出した結果が関係式（１）となっている。
【００２０】
次に、本発明に係るＳｉＧｅ膜の形成方法の第２実施形態を、図２を参照しながら説明する。
【００２１】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、膜厚方向にＧｅ組成比ｘが一定のＳｉＧｅ膜を形成したのに対し、第２実施形態では、膜厚方向にＧｅ組成比ｘが一定の割合で減少する傾斜組成比のＳｉＧｅ膜を形成するために、成膜開始時から成膜終了時までを複数の区間に分割すると共に各区間の最初及び最後の流量比ｙを関係式（１）に基づいて設定し、各区間の最初から最後まで流量比ｙを線形的に変化させる点である。
【００２２】
すなわち、本実施形態では、第１実施形態と同様に、予め関係式（１）の定数ａ、ｂ、ｃを求め、関係式（１）を決定しておくと共に、成膜するＳｉＧｅ膜を膜厚方向に、例えば３、５又は１０分割した各区間を設定しておく。さらに、各区間の最初及び最後のＧｅ組成比ｘに対応する流量比ｙを関係式（１）に基づいて算出する。
【００２３】
このように膜厚方向に間隔をあけて流量比ｙを求めておき、実際に成膜を行う際に、各区間の最初から最後まで流量比ｙを線形的に変化させるようにＬＰ−ＣＶＤ装置を制御して各区間を連続的に成膜することにより、線形状の傾斜組成比を有するＳｉＧｅ膜を形成する。
したがって、本実施形態では、各区間において線形的に流量比ｙを変化させることにより、制御が難しい非線形な流量調整を行わずとも、意図した様々なＧｅ組成比のプロファイルを精度良く得ることができる。
【００２４】
例えば、本実施形態により、Ｇｅ組成比ｘがｘ＝０からｘ＝０．１５まで膜厚方向に線形に変化する４０ｎｍ膜厚のＳｉＧｅ膜を作製する場合について、Ｇｅ組成比ｘのプロファイルを図２に示す。なお、原料ガスとして、ＳｉＨ4及びＧｅＨ4を用い、水素流量は、標準状態で５０ｌ／ｍｉｎに、成膜圧力を６．６５×１０3Ｐａに設定している。
【００２５】
また、本実施形態では、目標膜厚を等間隔に３，５、１０分割し、各区間内で一定流量のＳｉＨ4に対してＧｅＨ4の流量を一定の割合で変化させている。
本実施形態によるＧｅ組成比ｘのプロファイルは、図２において、等間隔に３分割した場合が線Ａ、等間隔に５分割した場合が線Ｂ、１０分割した場合が線Ｃ、比較として分割をしない場合（１分割）が線Ｄで示されている。
【００２６】
この図からわかるように、分割しない場合では、膜厚に対するＧｅ組成比プロファイルが大きく非線形となり、線形の傾斜組成比を得ることができないのに対し、分割数が増すほどＧｅ組成比は膜厚に対して線形に近くなることがわかる。特に、５分割から１０分割程度にすれば、意図した線形のＧｅ組成比プロファイルを高精度に実現することがわかる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のＳｉＧｅ膜の形成方法によれば、上記関係式に基づいて流量比ｙを調整してＳｉ(1-x)Ｇｅx膜を成膜するので、所望のＧｅ組成比のＳｉＧｅ混晶を再現性良く作製することができ、Ｇｅ組成比が漸次変化する膜等も高精度に形成することができる。したがって、ＳｉＧｅ膜を用いたヘテロ構造を有するデバイス、例えばＭＯＳＦＥＴやＨＢＴ等において、高性能なかつ安定した特性を歩留まり良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るＳｉＧｅ膜の形成方法の第１実施形態において、関係式（１）に基づいて求めた流量比ｙに対するＧｅ組成比ｘ及び実測値を示すグラフである。
【図２】  本発明に係るＳｉＧｅ膜の形成方法の第２実施形態において、１、３、５、１０分割した場合の膜厚に対するＧｅ組成比ｘを示すグラフである。
【符号の説明】
１  関係式（１）に基づいて求めた流量比ｙとＧｅ組成比ｘとの関係曲線
Ａ  等間隔に３分割した場合のＧｅ組成比プロファイル
Ｂ  等間隔に５分割した場合のＧｅ組成比プロファイル
Ｃ  等間隔に１０分割した場合のＧｅ組成比プロファイル
Ｄ  分割しない場合のＧｅ組成比プロファイル
【図１】
0004038965.tif 000002
【図２】
0004038965.tif 000003