(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内に配置された基板上に、少なくともシリコンとゲルマニウムとを含む膜を、当該膜厚方向に向かって前記ゲルマニウムの組成比が変化するように成膜する半導体デバイスの製造方法において、
前記基板の温度を変化させる温度変化工程と、前記温度変化工程よりも前記基板の変化させる温度の変化幅が小さい温度管理工程とを交互に繰り返しながら、当該基板の温度を高温から低温又は低温から高温へ変化させ、
前記温度管理工程ではシリコンとゲルマニウムとを含有する反応ガスを前記反応室内に供給して前記少なくともシリコンとゲルマニウムを含む膜を成膜する一方、
前記温度変化工程では前記温度管理工程よりも前記反応ガスの分圧を下げて、前記温度管理工程の時の成膜量よりも減らすか、成膜を行わないようにする
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記温度管理工程では、前記基板の温度を一定に保つ工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記温度変化工程では、前記基板上に前記膜の堆積がなされないことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記温度変化工程では、前記反応室内への前記反応ガスの供給を止めることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記温度変化工程では、前記反応室内に残留している前記反応ガスを排気することを特徴とする請求項４に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記反応ガスは、シリコン含有ガスとゲルマニウム含有ガスとを含み、
前記温度変化工程では、前記ゲルマニウム含有ガスの前記処理室内への供給を止めることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記反応ガスは、シリコン含有ガスとゲルマニウム含有ガスとを含み、
一つの温度管理工程では、前記ゲルマニウム含有ガスの分圧を一定とし、温度変化工程をはさんで再び温度管理工程となる度に前記ゲルマニウム含有ガスの分圧を変化させることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記反応ガスは、シリコンを含有する第１反応ガスと、ゲルマニウムを含有する第２反応ガスと、を含み、
前記温度管理工程では、前記反応室内における前記第２反応ガスの分圧を連続的又は段階的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記反応ガスは、シリコンを含有する第１反応ガスと、ゲルマニウムを含有する第２反応ガスと、を含み、
前記温度管理工程では、前記反応室内における前記第２反応ガスの分圧を段階的に変化させ、かつ該各段階で成膜時間を変化させることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記成膜時間は、前記各段階での成膜膜厚が略一定となる時間を選択することを特徴とする請求項９に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１１】
コレクタ層、ベース層、及びエミッタ層の積層構造を有する半導体デバイスの前記ベース層を成膜することを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
反応室内に配置された基板上に、少なくともシリコンとゲルマニウムとを含む膜を、当該膜厚方向に向かって前記ゲルマニウムの組成比が変化するように成膜する半導体デバイスの製造方法において、
前記基板の温度を変化させる温度変化工程と、前記温度変化工程よりも前記基板の変化させる温度の変化幅が小さい温度管理工程とを交互に繰り返しながら、当該基板の温度を高温から低温又は低温から高温へ変化させ、
前記温度管理工程ではシリコンとゲルマニウムとを含有する反応ガスを前記反応室内に供給して前記少なくともシリコンとゲルマニウムを含む膜を成膜する一方、
前記温度変化工程では前記温度管理工程よりも前記反応ガスの流量を少なくして、前記温度管理工程の時の成膜量よりも減らすか、成膜を行わないようにする
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項１３】
反応室内に配置された基板上に、少なくともシリコンとゲルマニウムとを含む膜を、当該膜厚方向に向かって前記ゲルマニウムの組成比が変化するように成膜する半導体製造装置において、
前記基板の温度を変化させる温度変化工程と、前記温度変化工程よりも前記基板の変化させる温度の変化幅が小さい温度管理工程とを交互に繰り返しながら、当該基板の温度を高温から低温又は低温から高温へ変化させる制御を行う温度制御手段と、
前記温度管理工程ではシリコンとゲルマニウムとを含有する反応ガスを前記反応室内に供給する一方、前記温度変化工程では前記温度管理工程よりも前記反応ガスの分圧を下げるガス制御手段と、
を備え、
前記温度変化工程では、前記温度管理工程の時の成膜量よりも減らすか、成膜を行わないようにすることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくともシリコンとゲルマニウムとからなる膜を成膜する半導体デバイスの製造方法、及び該半導体デバイスの製造方法の実施に使用する半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＧｅ又はＳｉＧｅＣを用いた異種接合パイポーラトランジスタ（ＨＢＴ；Hetero Bipolar Transistor）は、高速化、低ノイズ化、及び低消費電力化が可能であるため注目を集めている。図３は、ＳｉＧｅを用いたＨＢＴ（ＳｉＧｅ−ＨＢＴ）の構成を例示する概念図である。同図に示すように、ＳｉＧｅ−ＨＢＴは、ベース領域にＳｉ（シリコン）と比較してバンドギャップの小さいＧｅ（ゲルマニウム）を0〜30%程度の比率で連続的に変化させて添加することにより伝導帯に傾斜を設け、これによってドリフト電界を構成し電子を加速させて高速化させるようにしたものである。
【０００３】
具体的には、このＳｉＧｅ−ＨＢＴでは、シリコン系の下地として例えばシリコンウエハを用い、このシリコンウエハ上にＳｉＧｅ混晶をエピタキシャル成長させてなるＳｉＧｅ膜がベース層として用いられている。ベース層はコレクタ側からエミッタ側に向けてＧｅの組成比率が次第に小さくなるように、その膜厚方向に向かってＧｅの濃度を変化させて構成されてある。尚、ＳｉＧｅＣを用いたＨＢＴ（ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴ）もＳｉＧｅ−ＨＢＴと同様に構成されている。
すなわち、ＳｉＧｅ−ＨＢＴ或いはＳｉＧｅＣ−ＨＢＴ等の製造に当たっては、コレクタ上にベース層としてのＳｉＧｅ又はＳｉＧｅＣ（以下、単にＳｉＧｅ（Ｃ）という）を成膜する際、その膜中のＧｅ比率を連続的あるいは段階的に減少させる必要がある。
【０００４】
ここで、ＳｉＧｅ（Ｃ）膜中のＧｅ比率は、例えば反応ガス（原料ガス）としてＳｉＨ4（モノシラン）とＧｅＨ4（ゲルマン）とを用い、キャリアガスとしてＨ2（水素ガス）を用いる場合、シリコンウエハが配置される反応室内におけるＳｉＨ4とＧｅＨ4とのガス分圧比、すなわち流量比により調節できる。以下、具体例を挙げて説明する。
【０００５】
図４は、ＳｉＧｅの成膜におけるＧｅ比率のＧｅＨ4分圧依存性を示す。図４では、成膜温度を500℃とし、反応室内の全圧を30[Pa]とし、ＳｉＨ4の分圧を6[Pa]に固定した状態で、横軸にＧｅＨ4の分圧（ＧｅＨ4の流量に比例）をとり、縦軸にＳｉＧｅ膜中のＧｅ比率をとったものである。同図に示すように、ＧｅＨ4分圧を下げることにより、Ｇｅ比率の小さな領域を形成できる。すなわち、ＧｅＨ4流量を減らすことによりＧｅ比率を小さくすることができる。
【０００６】
また図５には、ＳｉＧｅの成膜における成膜速度のＧｅＨ4分圧依存性を示している。図５では、成膜温度を500℃とし、反応室内の全圧を30[Pa]とし、ＳｉＨ4の分圧を6[Pa]に固定した状態で、横軸にＧｅＨ4の分圧（ＧｅＨ4の流量）をとり、縦軸にＳｉＧｅの成膜速度[nm/min]をとったものである。なお、図５において縦軸は常用対数で目盛っている。同図に示すように、ＧｅＨ4分圧が小さくなる程、ＳｉＧｅの成膜速度が遅くなる。
【０００７】
図４及び図５では、ＳｉＧｅの成膜を例としているが、ＳｉＧｅＣの成膜についてもこれらと同様の結果が得られる。
すなわち、以上のような条件下でＳｉＧｅＣを成膜するに当たっては、ＧｅＨ4の流量を連続的に減らすことにより、Ｇｅ比率の低い領域を形成できるが、そのときＧｅＨ4の流量減少に伴ってＳｉＧｅＣの成膜速度も低下してしまう。換言すると、低Ｇｅ比率の領域形成には、高Ｇｅ比率の領域形成よりも長い成膜時間を要する。以下、より具体的に説明する。
【０００８】
従来技術の実施例として、成膜温度を500℃とし、成膜中は反応室内の全圧を30[Pa]に保ち、ＳｉＨ4分圧を6[Pa]に固定した状態でＳｉＧｅを成膜した。この場合において、Ｇｅ比率を25％から1％までマイナス1％づつ変化せながら、各Ｇｅ比率を有するＳｉＧｅ膜を1.5[nm]づつ、合計37.5(＝25×1.5)[nm]成膜した。このときのＧｅＨ4の流量と、Ｇｅ比率および成膜時間との関係を図６に示している。図６では、横軸にＧｅＨ4の流量[sccm]をとり、縦軸にＧｅ比率[%]と成膜時間[sec]とをとっている。
【０００９】
図６中、白丸でプロットしたものは、ＧｅＨ4流量に対するＧｅ比率の変化を示すもので、同図に示すように本条件下において両者は略比例の関係にあり、ＧｅＨ4流量を次第に減少させることにより、Ｇｅ比率を25％から1％までマイナス1％刻みで変化させている。
また図６では、各プロット毎に、その時のＧｅＨ4流量（Ｇｅ比率）でＳｉＧｅ膜を1.5[nm]成膜するのに要する時間を棒グラフで示してある。
【００１０】
この図６から明らかなように、同じ厚み（1.5[nm]）のＳｉＧｅ膜を成膜する場合、ＧｅＨ4流量が小さい程、すなわち低Ｇｅ比率ほど長い成膜時間を要する。これは、前述したようにＧｅＨ4の流量が小さい程、成膜速度が遅くなるためである。例えばＧｅＨ4流量が50[sccm]のとき1.5[nm]成膜するのに要する成膜時間が約1.3分であるのに対して、ＧｅＨ4流量が10[sccm]（このときＧｅ比率が6％）のとき1.5[nm]成膜するのに成膜時間が約4.3分もかかってしまう。
そしてこの場合、ＳｉＧｅ膜を37.5[nm]成膜するのに要する成膜時間は累積すると70分であった。
【００１１】
以上のように従来、ＳｉＧｅ（Ｃ）を成膜する際に膜中のＧｅ比率を連続的に減少させる場合、ＧｅＨ4流量を減らすにつれて成膜速度が遅くなり成膜時間が長くなってしまう問題があった。
そこで、この問題を解決するものとして特開平7-297205号公報には、所謂コールドウオール式の枚葉ＣＶＤ装置により、5〜30℃／分の昇温速度で温度を上げるのと同時にＧｅＨ4の流量を減らす半導体デバイスの製造方法が提案されている。この技術によれば、所定の昇温速度で温度を上げながらＳｉＧｅを成膜することにより、Ｇｅ比率の低い領域を形成する際の成膜速度の低下を抑えることができるので、成膜温度を一定に保つ場合に比べると全体としての成膜時間を短縮することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように上記の技術は、成膜速度を向上させる点については従来の成膜技術に勝る特徴を発揮していたが、業界の要請に対しては未だ多くの課題を残しており、特にＳｉＧｅ（Ｃ）膜の膜厚を均一にすることに関して改善の余地があった。
具体的に説明すると、上記の技術においては、成膜温度を変化させながら成膜するが、この場合、成膜中においてウエハの熱分布が不均一になってしまうのが実情であり、これに起因してＳｉＧｅ（Ｃ）膜に不均一性が生じ易くなる。
そしてこの問題は、量産化が可能なホットウオールのバッチ式装置を使用する場合に特に深刻化する。すなわち、ホットウオールのバッチ式装置を用いる場合は、ウエハの外側に対して内側の方が熱の伝わりが遅くなるため、上記の技術のように成膜温度を上げながらＳｉＧｅ（Ｃ）を成膜した場合、ウエハ外側の方が内側に比べて温度が高くなってしまい、これに起因してＳｉＧｅ（Ｃ）の膜厚がウエハの外側では厚く、ウエハの内側では薄くなってしまい易くなる。
【００１３】
本発明の目的は、少なくともシリコンとゲルマニウムとからなる膜であって当該膜厚方向に向かいＧｅの組成比を変化させて構成する膜を、短い成膜時間で均一に成膜する技術を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様による半導体デバイスの製造方法は、反応室内に配置された基板上に、少なくともシリコンとゲルマニウムとを含む膜を、当該膜厚方向に向かって前記ゲルマニウムの組成比が変化するように成膜する半導体デバイスの製造方法において、前記基板の温度を変化させる温度変化工程と、前記温度変化工程よりも前記基板の変化させる温度の変化幅が小さい温度管理工程とを交互に繰り返しながら、当該基板の温度を高温から低温又は低温から高温へ変化させ、前記温度管理工程ではシリコンとゲルマニウムとを含有する反応ガスを前記反応室内に供給して前記少なくともシリコンとゲルマニウムを含む膜を成膜する一方、前記温度変化工程では前記温度管理工程よりも前記反応ガスの分圧を下げて前記基板を処理することを特徴とする。
【００１５】
この第１の態様による半導体デバイスの製造方法によれば、基板の温度均一性がくずれ易い温度変化工程では成膜を行わず、温度変化工程と比べて基板の温度均一性がくずれ難く温度安定性を向上させた温度管理工程で成膜を行うので、基板の温度不均一に起因して膜厚に不均一が生じてしまうことが回避される。これにより、シリコンとゲルマニウムとからなる膜を均一に成膜できる。また、成膜に当たって基板の温度を高温から低温又は低温から高温へ変化させるので、ゲルマニウムの組成比が低い領域の成膜のときに基板の温度が高温となるようにすることにより成膜速度の低下を抑制できる。これにより、成膜時間を短縮できる。また、温度変化工程では温度管理工程よりも反応ガスの分圧を下げて基板を処理するので、この温度変化工程において基板上に成膜されてしまうことを回避できる。
【００１６】
ここで、前記反応ガスとしては、シリコン含有ガスと、ゲルマニウム含有ガスとが挙げられる。シリコン含有ガスとしては、ＳｉＨ4ガスやＳｉ2Ｈ6ガス等がある。またゲルマニウム含有ガスとしては、ＧｅＨ4ガス等がある。
また、少なくともシリコンとゲルマニウムの混晶からなる膜としては、例えばＳｉＧｅ膜やＳｉＧｅＣ膜等が挙げられる。これらの膜は、例えばＨＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の電子デバイスに用いることができる。
【００１７】
この場合において、１つの温度管理工程ではゲルマニウム含有ガスの分圧を一定とし、温度変化工程をはさんで再び温度管理工程となる度にゲルマニウム含有ガスの分圧を変化させることにより、膜厚方向に向かってゲルマニウムの組成比を変化させることができる。
【００１８】
また、各々の温度管理工程中に、段階的に少なくとも２回以上、又は連続的に、ゲルマニウム含有ガスの分圧を変化させることによっても、膜厚方向に向かってゲルマニウムの組成比を変化させることができる。この場合は、膜厚方向に向かってゲルマニウムの組成比を一層なだらかに変化させることができるので、当該膜を有する半導体デバイスの性能を特に向上できる。
【００１９】
また、前記温度変化工程よりも前記基板の変化させる温度の変化幅が小さい温度管理工程には、基板の温度を一定に保つ場合も含まれる。
【００２０】
また、温度変化工程での反応室内に供給する反応ガスの供給量を、温度管理工程のときよりも低減するか、または反応室内への反応ガスの供給を止めることにより、温度変化工程では温度管理工程よりも反応ガスの分圧を下げることができるか、または反応ガスの分圧をほぼ無くすことができる。また、反応ガスの分圧を下げる場合としては、反応ガスの供給量によらず反応室内の雰囲気ガスを構成する成分ガスのうちの、反応ガスの分圧を下げる場合の他、反応室内の雰囲気ガス全体の圧力を下げる場合も含まれる。
【００２１】
本発明の第２の態様による半導体デバイスの製造方法は、第１の態様による半導体デバイスの製造方法において、前記温度管理工程では、前記基板の温度を一定に保つ工程であることを特徴とする。
【００２２】
この第２の態様による半導体デバイスの製造方法によれば、基板の温度均一性がくずれ易い温度変化工程では成膜量を減らすか、あるいは成膜を行わず、基板の温度分布が均一に保たれる温度管理工程で主に成膜を行うので、基板の温度不均一に起因して膜厚に不均一が生じてしまうことが有効に回避される。これにより、シリコンとゲルマニウムとからなる膜をより均一に成膜できる。
【００２３】
本発明の第３の態様による半導体デバイスの製造方法は、第１又は第２の態様による半導体デバイスの製造方法において、前記温度変化工程では、前記反応室内に残留している前記反応ガスを排気することを特徴とする。
【００２４】
この第３の態様による半導体デバイスの製造方法によれば、基板の温度均一性がくずれ易い温度変化工程では反応室内に残留している反応ガスを排気するので、この温度変化工程において基板上に成膜されてしまうことを確実に回避できる。
【００２５】
本発明の具体的な態様においては、前記反応室内にキャリアガス（パージガス）を供給することにより前記反応室内に残留している反応ガスを排気する。
前記キャリアガスとしては、Ｈ2、Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ又はＮ2等が挙げられる。また、本発明の具体的な態様においては、前記反応室内を真空排気することにより前記反応室内に残留している反応ガスを排気する。
【００２６】
本発明の第４の態様による半導体デバイスの製造方法は、第１又は第２の態様による半導体デバイスの製造方法において、前記反応ガスは、シリコンを含有する第１反応ガスと、ゲルマニウムを含有する第２反応ガスと、を含み、前記温度管理工程では、前記反応室内における前記第２反応ガスの分圧を連続的又は段階的に変化させることを特徴とする。
【００２７】
この第４の態様による半導体デバイスの製造方法によれば、温度管理工程において反応室内における第２反応ガスの分圧を連続的又は段階的に変化させるので、膜厚方向に向かってゲルマニウムの組成比をなだらかに変化させることができ、当該膜を有する半導体デバイスの性能を向上できる。
【００２８】
本発明の第５の態様による半導体デバイスの製造方法は、反応室内に配置された基板上に、少なくともシリコンとゲルマニウムとを含む膜を、当該膜厚方向に向かって前記ゲルマニウムの組成比が変化するように成膜する半導体デバイスの製造方法において、前記基板の温度を変化させる温度変化工程と、前記温度変化工程よりも前記基板の変化させる温度の変化幅が小さい温度管理工程とを交互に繰り返しながら、当該基板の温度を高温から低温又は低温から高温へ変化させ、前記温度管理工程ではシリコンとゲルマニウムとを含有する反応ガスを前記反応室内に供給して前記少なくともシリコンとゲルマニウムを含む膜を成膜する一方、前記温度変化工程では前記温度管理工程よりも前記反応ガスの流量を少なくして前記基板を処理することを特徴とする。
【００２９】
本発明の第５の態様による半導体デバイスの製造方法は、第１の態様による反応ガスの分圧を下げる代りに、反応ガスの流量を少なくするようにしたものであるが、この製造方法によれば、温度変化工程での反応室内に供給する反応ガスの流量を、温度管理工程のときよりも低減するか、または反応室内への反応ガスの供給を止めることにより、温度変化工程では温度管理工程よりも反応ガスの分圧を下げることができるか、または反応ガスの分圧をほぼ無くすことができる。
【００３０】
本発明の第６の態様による半導体デバイスの製造方法は、第１又は第２の態様による半導体デバイスの製造方法において、前記反応ガスは、シリコンを含有する第１反応ガスと、ゲルマニウムを含有する第２反応ガスと、を含み、前記温度管理工程では、前記反応室内における前記第２反応ガスの分圧を段階的に変化させ、かつ該各段階で成膜時間を変化させることを特徴とする。
【００３１】
本発明の第６の態様によれば、温度管理工程において反応室内における第２反応ガスの分圧を段階的に変化させ、かつ各段階で成膜時間を変化させるので、膜厚方向に向かってゲルマニウムの組成比をなだらかに変化させるよう調整することができ、当該膜を有する半導体デバイスの性能を向上できる。
【００３２】
本発明の第７の態様による半導体デバイスの製造方法は、第６の態様による半導体デバイスの製造方法において、前記成膜時間は、前記各段階での成膜膜厚が略一定となる時間を選択することを特徴とする。
【００３３】
本発明の第７の態様によれば、温度管理工程において各段階で変化させる成膜時間は、前記各段階での成膜膜厚が略一定となる時間を選択するので、膜厚方向に向かって前記ゲルマニウム組成比をよりなだらかに変化させるよう調整することができ、当該膜を有する半導体デバイスの性能をより向上できる。
【００３４】
本発明の第８の態様によれば、コレクタ層、ベース層、及びエミッタ層の積層構造を有する半導体デバイスの前記ベース層を第１又は第２の態様により成膜する半導体デバイスの製造方法が提供される。
【００３５】
また、本発明の第９の態様によれば、反応室内に配置された基板上に、少なくともシリコンとゲルマニウムとを含む膜を、当該膜厚方向に向かって前記ゲルマニウムの組成比が変化するように成膜する半導体製造装置において、前記基板の温度を変化させる温度変化工程と、前記温度変化工程よりも前記基板の変化させる温度の変化幅が小さい温度管理工程とを交互に繰り返しながら、当該基板の温度を高温から低温又は低温から高温へ変化させる制御を行う温度制御手段と、前記温度管理工程では前記少なくともシリコンとゲルマニウムとを含有する反応ガスを前記反応室内に供給する一方、前記温度変化工程では前記温度管理工程よりも前記反応ガスの分圧を下げるガス制御手段と、を備えることを特徴とする半導体製造装置も提供される。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用された半導体製造装置の反応炉周りの構成を示す断面概略図である。この半導体製造装置は、所謂縦型のホットウオール式CVD装置であり、図１に示すように、ウエハ（基板）Ｗが配置される反応管（反応室）１と、この反応管１を取り囲むように配置された加熱手段としてのヒータ２と、反応管１内に少なくとも反応ガスを供給するガス導入管３と、反応管１内のガスを排気するガス排気管４とを備えている。
ここで反応ガスとしては、ＳｉＨ4ガスとＧｅＨ4ガスとを用いる。
【００３７】
このうち反応管１は、内管１ａと外管１ｂとからなる２重管構造を有している。
また、ガス導入管３には、このガス導入管３を流れる反応ガスの流量を調節するための弁体３１が設けられている。尚、ガス導入管３からはキャリアガス等も導入されるものとする。更に、ガス排気管４には、反応管１内のガスを排気するためのポンプ４１と、真空計４２とが設けられている。
尚、ウエハＷは縦型のボート５に多段に保持された状態で、反応管１内に配置されている。
【００３８】
また図示はしないが、ヒータ２は反応管１内の温度を高精度に制御するために、縦方向に４つ或いは５つのゾーンに分割されており、各ゾーン毎に後述する温度制御部６１によって供給電力が制御される。尚、各ゾーンの名称は、４つのゾーンに分割されている場合には、上部から順にＵゾーン、ＣＵゾーン、ＣＬゾーン、Ｌゾーンと称し、５つのゾーンに分割されている場合には、上部から順にＵゾーン、ＣＵゾーン、Ｃゾーン、ＣＬゾーン、Ｌゾーンと称する。
【００３９】
更に、半導体製造装置は、図１に模式的に示すように、この半導体製造装置を構成する各部の動作制御を司る制御部６を備えており、この制御部６の制御によって、反応管１内に配置されたウエハＷ上に、ＳｉＧｅの混晶からなる膜が当該膜厚方向に向かってＧｅ比率が変化するように成膜される。従って制御部６は、ＧｅＨ4ガスの流量を制御する機能や、反応管１内をパージしたり或いは真空排気する制御を行う機能等を有している。
特に、制御部６は、図１に模式的に示すように、ヒータ２の加熱温度を制御する温度制御部（温度制御手段）６１と、反応ガスの供給を制御するガス制御部（ガス制御手段）６２とを有していることを特徴としている。尚、これら制御部６１，６２は例えばソフトウエアによって実現することもできる。
【００４０】
以下、この半導体製造装置の動作について説明する。
ＳｉＧｅの成膜プロセスにおいて、温度制御部６１はウエハＷを加熱する温度変化工程と、この温度変化工程よりもウエハＷの変化させる温度の変化幅が小さい温度管理工程とが、所定期間づつ交互に繰り返されながら、ウエハＷの温度が低温（例えば400℃）から高温（例えば700℃）へ変化するようにヒータ２を制御する。すなわち、成膜温度は400℃から700℃へ段階的に上昇するようになっている。
【００４１】
具体的には、温度制御部６１は、温度変化工程では、成膜温度を所定の昇温速度で上昇させ、温度管理工程では成膜温度を一定に維持するようにヒータ２をきめ細かに制御する。
この場合において、温度変化工程の期間は、反応管１を所定の昇温速度で加熱する期間と、当該加熱によって反応管１内における全てのウエハＷが均熱化するのに充分な期間とを加えた期間とする。
【００４２】
その過程でガス制御部６２は、温度管理工程では反応ガスを反応管１内に供給する一方、温度変化工程では反応ガスの供給を阻止するように弁体３１を制御する。すなわち、昇温中（温度変化工程）は反応ガスの供給を停止して成膜せず、ウエハＷ面内の温度が安定した状態（温度管理工程）で反応ガス供給してＳｉＧｅを成膜する。
【００４３】
また、制御部６は、各々の温度管理工程中において、反応ガスのうちＧｅＨ4ガスの分圧を連続的に減少させる制御を行う。これにより、ＳｉＧｅ膜の成長方向に向かってゲルマニウムの組成比をなだらかに減少させることができる。
ここで前述したように、温度一定の場合Ｇｅ比率を低下させるためにＧｅＨ4ガス流量を減らすほど成膜速度は遅くなる。そこで、温度管理工程の期間を、成膜速度が所定以下となるまでの期間とすることにより、効率よく成膜を行える。
【００４４】
更に、制御部６は、温度変化工程では、反応管１内にキャリアガスのみを供給して、残留している反応ガスをパージする制御を行う。パージする際の圧力は、例えば0.1〜100［Pa］とするのが好ましい。尚、温度変化工程では、制御部６がポンプ４１を制御することにより、反応管１内を真空排気するようにしてもよい。真空排気する際の圧力は、1［Pa］以下とするのが好ましい。
これにより、ウエハＷの温度均一性がくずれ易い温度変化工程において、反応管１内に残留している反応ガスで不均一な膜が成膜されてしまうことを確実に回避できる。
【００４５】
この半導体製造装置によれば、次のような効果が得られる。
(1)上記のような縦型装置の場合、ヒータ２の下部（Ｌゾーン）の昇温が、中央部（ＣＵゾーン、Ｃゾーン、或いはＣＬゾーン）よりも遅れ、更にウエハＷの中央部（内部）と周縁部（外側）とで温度差が生じるのが実情であり、従来はこれに伴ってウエハＷ上の膜厚均一性が低下する問題があったが、本発明によれば、昇温中は反応ガスを止め、成膜温度が安定したところで成膜するので、成膜時においてウエハＷ面内に温度の不均一がなくなり、昇温しながら成膜する場合に比べて膜厚の均一性を向上できる。
【００４６】
(2)成膜に当たって成膜温度を400℃から700℃へ上昇させるので、ＧｅＨ4分圧を下げることによる成膜速度の低下を抑制できる。これにより、成膜時間を大幅に短縮できる。すなわち、ＳｉＨ4或いはＳｉ2Ｈ6等のシリコン含有ガスと、ＧｅＨ4ガスとを用いたＳｉＧｅ（Ｃ）の成膜において、反応律速領域では成膜温度を高くするほど成膜速度は速くなる。一方、温度一定の場合、Ｇｅ比率を低下させるためにＧｅＨ4ガス流量を減らすほど成膜速度は遅くなる。そこで、Ｇｅ比率を低下させるためにＧｅＨ4ガス流量を減らしたときに、成膜温度が高い状態であれば成膜速度の低下を抑えることができる。
【００４７】
〔実施例〕
上記の半導体製造装置を用いたＳｉＧｅ成膜の実施例について説明する。
成膜中は反応管１内の全圧を30[Pa]に保ち、ＳｉＨ4ガスの分圧を6[Pa]に固定した状態で、制御部６の制御によってＧｅＨ4ガスの流量を調節することにより、Ｇｅ比率を25％から1％までマイナス1％づつ変化させながら、各Ｇｅ比率を有するＳｉＧｅ膜を1.5[nm]づつ、合計37.5(＝25×1.5)[nm]成膜した。
このときのＧｅＨ4ガスの流量と、Ｇｅ比率および成膜時間との関係を図２に示した。図２では、横軸は成膜温度を上げていく場合には左から右に、成膜温度を下げていく場合には右から左に推移していく処理工程を示し、各工程でのＧｅＨ4ガス流量[sccm]も付した。また、縦軸にＧｅ比率[%]と成膜時間[sec]とをとっている。
【００４８】
成膜温度については温度制御部６１による制御によって、温度変化工程と、温度管理工程とが交互に繰り返されながら、ウエハＷの温度が500℃から600℃まで25℃間隔で段階的に上昇するようにした。すなわち成膜温度は、図２中、破線で示すように500℃、525℃、550℃、575℃、600℃の5段階で上昇するようにした。ここで、各温度変化工程の期間は５分間とした。５分間のうちわけは、成膜温度を25［℃／分］の昇温速度で加熱する期間を１分とし、当該加熱によってウエハＷ面内の温度が安定するのに充分な期間を４分とした。
【００４９】
また、ガス制御部６２による制御によって、温度変化工程では反応管１内に反応ガスを供給せず、温度管理工程においてＳｉＨ4ガス及びＧｅＨ4ガスを供給して成膜するようにした。更に、制御部６による制御によって、温度変化工程では反応管１内にキャリアガスを供給して、残留している反応ガスをパージするようにした。
【００５０】
図２中、棒グラフの高さは、横軸の各ＧｅＨ4流量を変化させている工程において、ＧｅＨ4流量が０ｓｃｃｍ以外のところは、ＳｉＧｅ膜を1.5[nm]成膜するのに要する時間を示し、ＧｅＨ4流量０ｓｃｃｍのところは成膜を行わず、温度変化工程に要する期間（5分間）を示している。
この図２において、棒グラフの高さを累積すると略46分であり、従来技術の実施例（図６参照）において要した成膜時間（70分）に比べると、略24分も成膜時間を短縮することができた。成膜時間の短縮効果は、より厚い膜を成膜する場合に特に顕著となる。
また、形成されたＳｉＧｅ膜を観察したところ、膜厚が極めて均一であることが確認された。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限られない。  (a)本実施の形態においては、温度管理工程では基板の温度を一定に保つようにしたが、例えば温度管理工程での基板の温度変化が、温度変化工程における基板の温度変化よりも小さく、温度安定性が向上されていれば、基板の温度が変化する場合にも本発明を適用できる。
(b)また、温度変化工程では反応ガスの供給を停止して成膜させないようにしたが、反応ガスの分圧を下げて成膜量を減らしてもよい。この場合、反応ガスの分圧を下げるには、反応室内の雰囲気ガスのうち反応ガスの分圧を下げる場合の他、反応室内の雰囲気ガス全体の圧力を下げる場合も含まれる。また、反応ガスの供給量を低減したり、反応室内に供給する反応ガスに比して不活性ガスの流量を増大することにより、反応ガスの分圧を下げることができる。
(c)本実施の形態においては、ＳｉＧｅ膜の成長方向に向かってＧｅ比率が次第に減少するようにしたが、例えばコレクタ、ベース、エミッタの積層順を図３に示すものとは逆にする場合のように、ＳｉＧｅ膜の成長方向に向かってＧｅ比率を次第に増大させる場合にも本発明を適用できるのは勿論である。
この場合において温度制御部６１は、成膜温度が高温（例えば700℃）から低温（400℃）に段階的に下がるようにヒータ２を制御する。また、制御部６は、各温度管理工程においてＧｅＨ4ガスの流量を連続的又は段階的に増大させる制御を行うか、又は減少させる制御を行う。
【００５２】
(d)また本発明の実施例では、成膜温度を500℃から600℃の範囲で25℃間隔で5段階に上げることとしたが、特にこの範囲に限定されるものではなく、400℃から700℃の何れの温度範囲においても実施可能である。また、温度間隔も特に25℃に限定されず適宜に選択可能であり、例えば10℃間隔や50℃間隔などで温度を上昇（或いは下降）させてもよい。
【００５３】
(e)また本発明がＳｉＧｅ膜の成膜のみならず、ＳｉＧｅＣ膜の成膜にも同様に適用できるのは勿論である。更に、ＳｉＧｅ膜又はＳｉＧｅＣ膜中にＢ、Ｐ、又はＡｓ等の不純物をドーピングする場合にも本発明を適用すれば、ドーピングによる成膜速度の変化も抑えられ、成膜時間を短縮できる。
【００５４】
(f)また本発明は、ＨＢＴのベース層としてのＳｉＧｅ膜又はＳｉＧｅＣ膜のみならず、ＭＯＳＦＥＴのバンド不連続層等としてのＳｉＧｅ膜又はＳｉＧｅＣ膜の成膜にも適用できる。具体的には、歪シリコン層を得るための下地（バッファ層）としてのＳｉＧｅ膜又はＳｉＧｅＣ膜の成膜にも適用できる。その他、本発明は、ＳｉＧｅ膜又はＳｉＧｅＣ膜を用いる如何なる半導体デバイスの製造にも適用可能である。
【００５５】
(g)また複数枚の基板を一括して処理する半導体製造装置では、反応管やチャンバ等の反応室内の温度分布が不均一となり易いので、本発明をこれらの装置に適用すると特に有効である。複数枚の基板を一括して処理する半導体製造装置としては、縦型或いは横型のバッチ式装置や枚葉装置等がある。
また、基板の加熱手段としては、抵抗加熱装置やランプ加熱装置があり、特に抵抗加熱装置を用いてホットウオールを形成する装置では、温度分布に偏りが生じ易いので、本発明を適用すると有効である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくともシリコンとゲルマニウムとからなる膜であって当該膜厚方向に沿ってゲルマニウムの組成比に勾配を持たせた膜を、短い成膜時間で均一に成膜できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による半導体製造装置の反応炉周りの構成を示す断面概略図である。
【図２】本発明の実施例を説明する為の説明図である。
【図３】異種接合パイポーラトランジスタの構成を説明する為の概念図である。
【図４】ＳｉＧｅの成膜におけるＧｅ比率のＧｅＨ4分圧依存性を説明する為の説明図である。
【図５】ＳｉＧｅの成膜における成膜速度のＧｅＨ4分圧依存性を説明する為の説明図である。
【図６】従来技術の実施例を説明する為の説明図である。
【符号の説明】
１      反応管
２      ヒータ
３      ガス導入管
４      ガス排気管
５      ボート
６      制御部
６１    温度制御部（温度制御手段）
６２    ガス制御部（ガス制御手段）
Ｗ      ウエハ（基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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