JP2002241195A - Method for producing epitaxial multilayer film and epitaxial multilayer film - Google Patents
Method for producing epitaxial multilayer film and epitaxial multilayer filmInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｓｉ基板にＳｉＧ
ｅ層及びＳｉ層をエピタキシャル成長するエピタキシャ
ル多層膜の製造方法及びエピタキシャル多層膜に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to a method for manufacturing an epitaxial multilayer film for epitaxially growing an e layer and a Si layer, and an epitaxial multilayer film.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）層及
びＳｉ（シリコン）層からなるエピタキシャル多層膜
は、Ｓｉ基板の研磨終了後、あるいは埋め込み拡散層を
形成した後等のウェーハ上に気相成長法等により単結晶
ＳｉＧｅ薄膜及び単結晶Ｓｉ薄膜を形成したものであ
り、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）が製造
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Ａ
ｓ等を多量に用いないで済む等の利点がある。2. Description of the Related Art An epitaxial multilayer film composed of a SiGe (silicon germanium) layer and a Si (silicon) layer is formed on a wafer, such as after polishing of a Si substrate or after forming a buried diffusion layer, by a vapor phase growth method or the like. A single crystal SiGe thin film and a single crystal Si thin film are formed.
Etc. are used for heterostructures. For example, a conventional HBT is composed of GaAs (gallium arsenide) and AlGaAs.
(Aluminum gallium arsenide), but in recent years, since SiGe has a smaller band gap than Si, HBT using SiGe for a base region or the like (hereinafter, referred to as SiGe-HBT) has been manufactured. Have been. This SiGe-HBT is easily compatible with the Si process, which has a wealth of accumulated technology, can be mixed with a Si-LSI (one chip), has lower manufacturing costs than GaAs devices, and is more environmentally friendly than Si. A is difficult
There is an advantage that a large amount of s and the like need not be used.
【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Ｓ
ｉ膜を成膜して、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ＭＯＳ
ＦＥＴ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。また、ＳｉＧｅ
膜とＳｉ膜の超格子状の多層膜で発光素子を作製するこ
とやＳｉＧｅ膜とＳｉ膜からなるダイオード構造で光セ
ンサや太陽電池を作製することが開発・研究されてい
る。In order to increase the speed of the Si-MOSFET, a buffer layer of a lattice-relaxed SiGe film is formed on a Si substrate, and a tensile strained SGe film is formed thereon.
A device that forms an i film and uses a strained Si film as a channel has been developed and studied. Since this MOSFET uses a strained Si film whose electron mobility is increased as compared with bulk Si, the speed can be increased. Note that this MOS
In the FET, since a SiGe film serving as a lattice relaxation layer is formed on a Si substrate, the Ge composition ratio is increased at a constant rate in the film thickness direction, and Ge is formed at an interface where a strained Si film is formed.
Lattice relaxation is performed by increasing the composition ratio. In addition, SiGe
Development and research of fabricating a light emitting element with a superlattice multilayer film of a film and a Si film and fabricating an optical sensor or a solar cell with a diode structure composed of a SiGe film and a Si film have been developed.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記ＨＢＴやＭＯＳＦ
ＥＴ等のＳｉＧｅ膜は、ＵＨＶ−ＣＶＤ（超高真空化学
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。しかしながら、Ｓｉ
層の成膜は、高温で膜質が良く成長速度も速いため、Ｓ
ｉ 1-xＧｅx層の成膜温度よりも比較的高い温度で行うこ
とが要求されるが、Ｓｉ1- xＧｅx層の成膜後にソースガ
スの供給を停止してＳｉ層の成膜温度まで昇温した後に
Ｓｉ層の成膜を行うと、表面状態が悪化してしまうと共
にＳｉ1-xＧｅx層のＧｅ組成比が低下してしまう現象が
あった。The above-mentioned HBT and MOSF
SiGe films such as ET are manufactured using UHV-CVD (ultra-high vacuum chemical
Vapor phase growth), GS-MBE (gas source molecular beam epitaxy)
C), LP-CVD (Low pressure chemical vapor deposition), etc.
The film is formed by using an apparatus according to the method. However, Si
Since the film is formed at a high temperature with good film quality and a high growth rate,
i 1-xGexIt should be performed at a temperature relatively higher than the layer deposition temperature.
Is required, but Si1- xGexAfter deposition of the layer, the source gas
After stopping the supply of heat and raising the temperature to the film formation temperature of the Si layer,
When the Si layer is formed, the surface state deteriorates.
Si1-xGexThe phenomenon that the Ge composition ratio of the layer decreases
there were.
【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、良質なＳｉ1-xＧｅx層及びＳｉ層をエピタキシャ
ル成長することができるエピタキシャル多層膜の製造方
法及びエピタキシャル多層膜を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a method of manufacturing an epitaxial multilayer film and an epitaxial multilayer film capable of epitaxially growing a high-quality Si 1-x Ge x layer and a Si layer. With the goal.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、Ｓｉ1-x
Ｇｅx層の上にＳｉをエピタキシャル成長させる技術に
ついて研究を行ってきた結果、Ｓｉ1-xＧｅx層とＳｉ層
との界面付近にＯ（酸素）が多く存在するためにＳｉ層
の表面状態が悪化することがわかった。そして、この酸
素は、昇温中にＳｉ1-xＧｅx層のＧｅが雰囲気中に微量
に含まれる酸素と結合してＳｉ1-xＧｅx層上に付着した
ものであることが判明した。したがって、本発明は、上
記知見から得られたものであり、前記課題を解決するた
めに以下の構成を採用した。Means for Solving the Problems The present inventors have developed Si 1-x
As a result of research on the technology of epitaxially growing Si on the Ge x layer, the surface state of the Si layer is changed due to the presence of a large amount of O (oxygen) near the interface between the Si 1-x G x layer and the Si layer. It turned out to be worse. Then, the oxygen, Ge Si 1-x Ge x layer has been found to be those adhered combines with oxygen contained in trace amounts in the Si 1-x Ge x layer on the atmosphere during elevated temperature . Therefore, the present invention has been obtained from the above findings, and has the following configuration to solve the above-described problems.
【０００７】すなわち、本発明のエピタキシャル多層膜
の製造方法は、Ｓｉ基板にＳｉ1-xＧｅx層及びＳｉ層を
エピタキシャル成長してエピタキシャル多層膜を製造す
る方法であって、前記Ｓｉ基板上にＳｉのソースガスと
Ｇｅのソースガスとを供給して前記Ｓｉ1-xＧｅx層をエ
ピタキシャル成長するＳｉ1-xＧｅx層形成工程と、該Ｓ
ｉ1-xＧｅx層形成工程よりも高温の成膜温度で前記Ｓｉ
1-xＧｅx層上にＳｉのソースガスを供給して前記Ｓｉ層
をエピタキシャル成長するＳｉ層形成工程とを備え、前
記Ｓｉ層形成工程は、前記高温の成膜温度まで温度を上
げる昇温工程を有し、該昇温工程は、前記Ｓｉ1-xＧｅx
層形成工程終了時にＧｅのソースガスの供給を止めた状
態で、昇温を行っている間もＳｉのソースガスを前記Ｓ
ｉ1-xＧｅx層上に供給し続けることを特徴とする。Namely, the production method of an epitaxial multilayer film of the present invention is a method for producing an epitaxial multilayer film is epitaxially grown Si 1-x Ge x layer and the Si layer on the Si substrate, Si in the Si substrate Forming a Si 1-x Ge x layer by epitaxially growing the Si 1-x Ge x layer by supplying a source gas of Ge and a source gas of Ge;
i 1-x Ge x with a high temperature film forming temperature than layer forming step wherein the Si
1-x Ge by x supplied Si source gas onto the layer and a Si layer formation step of epitaxially growing said Si layer, the Si layer formation step, heating step of raising the temperature to the deposition temperature of the hot Wherein the temperature raising step includes the step of heating the Si 1-x Ge x
When the supply of Ge source gas is stopped at the end of the layer forming step, the Si source gas is kept
It is characterized by continuing to supply on the i 1-x Ge x layer.
【０００８】このエピタキシャル多層膜の製造方法で
は、昇温工程において、Ｓｉ1-xＧｅx層形成工程終了時
にＧｅのソースガスの供給を止めた状態で、昇温を行っ
ている間もＳｉのソースガスをＳｉ1-xＧｅx層上に供給
し続けるので、Ｓｉ1-xＧｅx層表面が薄くＳｉによりカ
バーされた状態となり、Ｇｅの昇華を抑制すると共に、
Ｓｉ1-xＧｅx層表面にＧｅが凝集して表面を荒らすこと
等も抑制することができ、昇温過程を有するプロセスで
も最終的なＳｉ1-xＧｅx層及びＳｉ層の表面や界面状態
を良好にすることができる。[0008] In the manufacturing method of the epitaxial multilayer film, in the temperature raising step, in a state of stopping the supply of the source gas of Ge in Si 1-x Ge x layer forming step at the end, while performing the temperature increase also the Si since the source gas continue to supply the Si 1-x Ge x layer, a state in which Si 1-x Ge x layer surface is covered by a thin Si, suppresses sublimation of Ge,
Si 1-x Ge x layer Ge that roughening the surface aggregate or the like on the surface can also be suppressed, the surface or interface of the final Si 1-x Ge x layer and the Si layer in a process having a Atsushi Nobori process The condition can be improved.
【０００９】また、本発明のエピタキシャル多層膜の製
造方法は、前記Ｓｉ層形成工程において、前記昇温工程
時に、前記Ｓｉのソースガスの流量を前記高温の成膜温
度時に必要な流量まで徐々に変化させることが好まし
い。すなわち、このエピタキシャル多層膜の製造方法で
は、昇温工程時に、Ｓｉのソースガスの流量をＳｉ層の
成膜温度時に必要な流量まで徐々に変化させるので、Ｓ
ｉ層の膜質が良くなると共に膜厚も制御し易くなる。In the method of manufacturing an epitaxial multilayer film according to the present invention, in the Si layer forming step, the flow rate of the Si source gas is gradually increased to a flow rate required at the high film forming temperature during the temperature raising step. Preferably, it is changed. That is, in this method for manufacturing an epitaxial multilayer film, the flow rate of the Si source gas is gradually changed to the flow rate required at the film formation temperature of the Si layer during the temperature raising step.
The film quality of the i-layer is improved and the film thickness is easily controlled.
【００１０】また、本発明のエピタキシャル多層膜の製
造方法は、前記Ｓｉ1-xＧｅx層形成工程において、前記
Ｓｉ1-xＧｅx層のＧｅ組成比ｘを０．０５≦ｘ≦０．３
とし、かつ、Ｓｉ1-xＧｅx層の膜厚ｔを０＜ｔ≦１μｍ
とすることが好ましい。すなわち、このエピタキシャル
多層膜の製造方法では、Ｓｉ1-xＧｅx層形成工程におい
て、Ｓｉ1-xＧｅx層のＧｅ組成比ｘを０．０５≦ｘ≦
０．３とし、かつ、Ｓｉ 1-xＧｅx層の膜厚ｔを０＜ｔ≦
１μｍとすることで、欠陥の発生を抑制することができ
る。In addition, the production of the epitaxial multilayer film of the present invention
The fabrication method is based on the Si1-xGexIn the layer forming step,
Si1-xGexWhen the Ge composition ratio x of the layer is 0.05 ≦ x ≦ 0.3
And Si1-xGexThe thickness t of the layer is 0 <t ≦ 1 μm
It is preferable that That is, this epitaxial
In the method of manufacturing a multilayer film, Si1-xGexIn the layer formation process
And Si1-xGexWhen the Ge composition ratio x of the layer is 0.05 ≦ x ≦
0.3 and Si 1-xGexWhen the thickness t of the layer is 0 <t ≦
By setting the thickness to 1 μm, generation of defects can be suppressed.
You.
【００１１】また、本発明のエピタキシャル多層膜の製
造方法は、前記Ｓｉ1-xＧｅx層形成工程において、Ｇｅ
Ｈ4又はＧｅ2Ｈ6のいずれかをＧｅのソースガスとする
と共にＳｉＨ4、ＳｉＨ2Ｃｌ2又はＳｉ2Ｈ6のいずれか
をＳｉのソースガスとして減圧ＣＶＤにより前記Ｓｉ
1-xＧｅx層を成長し、前記Ｓｉ層形成工程において、Ｓ
ｉＨ4、ＳｉＨ2Ｃｌ2又はＳｉ2Ｈ6をＳｉのソースガス
として減圧ＣＶＤによりＳｉ層形成工程を成長する技術
が採用される。Further, in the method of manufacturing an epitaxial multilayer film according to the present invention, in the step of forming a Si 1-x Ge x layer,
Either H 4 or Ge 2 H 6 is used as a Ge source gas, and any of SiH 4 , SiH 2 Cl 2 or Si 2 H 6 is used as a Si source gas, and the Si
Growing 1-x Ge x layer in the Si layer formation step, S
A technique of growing a Si layer forming step by low-pressure CVD using iH 4 , SiH 2 Cl 2 or Si 2 H 6 as a Si source gas is employed.
【００１２】このエピタキシャル多層膜の製造方法で
は、Ｓｉ1-xＧｅx層形成工程において、ＧｅＨ4又はＧ
ｅ2Ｈ6のいずれかをＧｅのソースガスとすると共にＳｉ
Ｈ4、ＳｉＨ2Ｃｌ2又はＳｉ2Ｈ6のいずれかをＳｉのソ
ースガスとして減圧ＣＶＤにより前記Ｓｉ1-xＧｅx層を
成長するので、量産性に優れている。[0012] In the manufacturing method of the epitaxial multilayer film, in the Si 1-x Ge x layer forming step, GeH 4 or G
e 2 H 6 as a Ge source gas and Si
Since the reduced pressure CVD H 4, one of SiH 2 Cl 2 or Si 2 H 6 as a source gas of Si to grow the Si 1-x Ge x layer, is excellent in mass productivity.
【００１３】また、本発明のエピタキシャル多層膜の製
造方法は、前記Ｓｉ1-xＧｅx層にＣを含有させ、そのＣ
組成比ｙを０＜ｙ≦０．０５とする技術が採用される。
すなわち、このエピタキシャル多層膜の製造方法では、
Ｓｉ1-xＧｅx層にＣ（炭素）を含有させ、そのＣ組成比
ｙを０＜ｙ≦０．０５とすることにより、Ｂ（ボロン）
等の不純物をドーピングした場合に不純物が拡散し難く
なり、不純物分布が崩れ難くなる。In the method for producing an epitaxial multilayer film according to the present invention, the Si 1-x Ge x layer contains C,
A technique in which the composition ratio y is set to 0 <y ≦ 0.05 is employed.
That is, in this method for manufacturing an epitaxial multilayer film,
By containing C (carbon) in the Si 1-x Ge x layer and setting the C composition ratio y to 0 <y ≦ 0.05, B (boron)
When impurities such as are doped, the impurities hardly diffuse and the impurity distribution hardly collapses.
【００１４】さらに、本発明のエピタキシャル多層膜の
製造方法は、前記Ｓｉ1-xＧｅx層形成工程において、Ｓ
ｉＨ3ＣＨ3、ＳｉＨ2（ＣＨ3）2、ＣＨ4又はＣ2Ｈ2のい
ずれかをＣのソースガスとして減圧ＣＶＤにより前記Ｓ
ｉ1-xＧｅx層を成長することが好ましい。すなわち、こ
のエピタキシャル多層膜の製造方法では、Ｓｉ1-xＧｅx
層形成工程において、ＳｉＨ3ＣＨ3、ＳｉＨ2（ＣＨ3）
2、ＣＨ4又はＣ2Ｈ2のいずれかをＣのソースガスとして
減圧ＣＶＤによりＳｉ1-xＧｅx層を成長するので、量産
性に優れている。Further, in the method for manufacturing an epitaxial multilayer film according to the present invention, in the Si 1-x Ge x layer forming step,
Using any one of iH 3 CH 3 , SiH 2 (CH 3 ) 2 , CH 4 and C 2 H 2 as a C source gas, the above S
Preferably, an i 1-x Ge x layer is grown. That is, in this method for manufacturing an epitaxial multilayer film, Si 1-x Ge x
In the layer forming step, SiH 3 CH 3 , SiH 2 (CH 3 )
Since the Si 1-x Ge x layer is grown by low pressure CVD using either 2 , CH 4 or C 2 H 2 as a C source gas, mass productivity is excellent.
【００１５】本発明のエピタキシャル多層膜は、Ｓｉ基
板にエピタキシャル成長されたＳｉ 1-xＧｅx層及びＳｉ
層を有するエピタキシャル多層膜であって、上記本発明
のエピタキシャル多層膜の製造方法により作製されたこ
とを特徴とする。このエピタキシャル多層膜では、Ｓｉ
層の成膜温度まで昇温を行っている間もＳｉのソースガ
スをＳｉ1-xＧｅx層上に供給し続けるため、表面や界面
状態の優れた良質なＳｉ1-xＧｅx層及びＳｉ層を得るこ
とができ、高品質のエピタキシャル多層膜となる。The epitaxial multilayer film of the present invention has a
Si epitaxially grown on a plate 1-xGexLayer and Si
An epitaxial multilayer film having a layer according to the present invention,
Manufactured by the method for manufacturing an epitaxial multilayer film of
And features. In this epitaxial multilayer, Si
While the temperature is being raised to the layer deposition temperature, the Si source gas
To Si1-xGexSurfaces and interfaces to keep supplying on the layer
Good quality Si with excellent condition1-xGexLayer and Si layer
And a high quality epitaxial multilayer film is obtained.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るエピタキシャ
ル多層膜の製造方法及びエピタキシャル多層膜の一実施
形態を、図１から図５を参照しながら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method for manufacturing an epitaxial multilayer film and an embodiment of the epitaxial multilayer film according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
【００１７】本実施形態のエピタキシャル多層膜は、図
１に示すように、Ｓｉ基板ＳＵＢにエピタキシャル成長
されたＳｉ1-xＧｅx層ＳＧ及びＳｉ層ＳＩを有するもの
であり、その構成を製造方法と合わせて以下に説明す
る。本実施形態のエピタキシャル多層膜を製造するに
は、まず、ポリッシュドウェーハで面方位（００１）の
Ｓｉ基板ＳＵＢを、通常のＳＣ１洗浄を行った後に、希
フッ化水素酸により自然酸化膜を除去する前処理を行
う。As shown in FIG. 1, the epitaxial multilayer film of the present embodiment has a Si 1-x Ge x layer SG and a Si layer SI epitaxially grown on a Si substrate SUB. Also described below. In order to manufacture the epitaxial multilayer film according to the present embodiment, first, a normal SC1 cleaning is performed on a Si substrate SUB having a plane orientation (001) with a polished wafer, and then a natural oxide film is removed with dilute hydrofluoric acid. Perform pre-processing.
【００１８】次に、上記前処理後のＳｉ基板ＳＵＢを、
減圧ＣＶＤ炉内に入れ、圧力４．０×１０3Ｐａ、５０
ｓｌｍの水素流雰囲気中で９００℃、１分の水素ベーク
処理を行う。この減圧ＣＶＤ炉は、例えば枚葉式でラン
プ加熱方式のものを用いている。さらに、水素ベーク処
理後に、続けてＳｉ1-xＧｅx層ＳＧをエピタキシャル成
長する。Next, the Si substrate SUB after the pretreatment is
Put in a low pressure CVD furnace, pressure 4.0 × 10 3 Pa, 50
A hydrogen bake treatment is performed at 900 ° C. for one minute in a slm hydrogen flow atmosphere. This low pressure CVD furnace uses, for example, a single wafer type and a lamp heating type. Further, after the hydrogen bake treatment, the Si 1-x Ge x layer SG is subsequently epitaxially grown.
【００１９】Ｓｉ1-xＧｅx層ＳＧの成長条件は、水素雰
囲気中でＳｉＨ4をＳｉのソースガス及びＧｅＨ4をＧｅ
のソースガスとし、成膜温度を９００℃以下とすると共
に、Ｇｅ組成比ｘを０．０５≦ｘ≦０．３にし、かつ、
膜厚ｔを０＜ｔ≦１μｍとする。The conditions for growing the Si 1-x Ge x layer SG are as follows: SiH 4 is converted to a Si source gas and GeH 4 is converted to Ge in a hydrogen atmosphere.
, A film formation temperature of 900 ° C. or lower, a Ge composition ratio x of 0.05 ≦ x ≦ 0.3, and
The thickness t is set to 0 <t ≦ 1 μm.
【００２０】次に、所望の膜厚までＳｉ1-xＧｅx層ＳＧ
の成膜が完了した時に、ＧｅのソースガスであるＧｅＨ
4の供給をストップし、次のＳｉ層ＳＩの成膜温度、す
なわちＳｉ1-xＧｅx層ＳＧの成膜温度より高い所定の温
度まで昇温を行う。このとき、ＧｅのソースガスＧｅＨ
4の供給を止めた状態で、昇温を行っている間もＳｉの
ソースガスであるＳｉＨ4をＳｉ1-xＧｅx層ＳＧ上に供
給し続ける。また、この際、ＳｉのソースガスＳｉＨ4
の流量を上記Ｓｉ層の所定の成膜温度時に必要な流量ま
で徐々に上げていく。Next, until the desired film thickness Si 1-x Ge x layer SG
When the deposition of Ge is completed, GeH, which is a Ge source gas, is used.
Stop the supply of 4, the deposition temperature of the next Si layer SI, performing heating ie to a predetermined temperature higher than the deposition temperature of the Si 1-x Ge x layer SG. At this time, Ge source gas GeH
4 a state of stopping the supply of, it continues to be supplied to SiH 4 as the source gas of Si on Si 1-x Ge x layer SG while performing heating. At this time, a Si source gas SiH 4
Is gradually increased to a necessary flow rate at a predetermined film forming temperature of the Si layer.
【００２１】基板の温度が、Ｓｉ層ＳＩの成膜温度に達
し、ＳｉのソースガスＳｉＨ4の流量が必要な流量とな
った状態で、Ｓｉ1-xＧｅx層ＳＧ上にＳｉ層ＳＩを所定
膜厚だけエピタキシャル成長する。When the temperature of the substrate reaches the film forming temperature of the Si layer SI and the flow rate of the Si source gas SiH 4 reaches the required flow rate, the Si layer SI is placed on the Si 1-x Ge x layer SG. Epitaxial growth is performed for a predetermined thickness.
【００２２】このように本実施形態では、Ｓｉ1-xＧｅx
層ＳＧの成膜終了時にＧｅのソースガスの供給を止めた
状態で、昇温を行っている間もＳｉのソースガスをＳｉ
1-xＧｅx層ＳＧ上に供給し続けるので、Ｓｉ1-xＧｅx層
ＳＧ表面が薄くＳｉによりカバーされた状態となり、Ｇ
ｅの昇華を抑制すると共に、Ｓｉ1-xＧｅx層ＳＧ表面に
Ｇｅが凝集して表面を荒らすこと等も抑制することがで
き、昇温過程を有するプロセスでもＳｉ1-xＧｅx層ＳＧ
及びＳｉ層ＳＩの表面や界面状態を良好にすることがで
きる。As described above, in the present embodiment, Si 1-x Ge x
At the end of the film formation of the layer SG, the supply of the Ge source gas is stopped, and the source gas of Si is changed to Si while the temperature is raised.
Since continuously supplied onto 1-x Ge x layer SG, a state in which Si 1-x Ge x layer SG surface is covered by a thin Si, G
suppresses sublimation of e, Si 1-x Ge x layer Ge that roughening the surface aggregate, etc. SG surface can also be suppressed, Si 1-x is also a process having a Atsushi Nobori process Ge x layer SG
In addition, the surface and interface state of the Si layer SI can be improved.
【００２３】なお、本実施形態によるＳｉ1-xＧｅx層Ｓ
Ｇを有するエピタキシャル多層膜では、Ｓｉ1-xＧｅx層
ＳＧのＧｅ組成比ｘが高いほど、臨界膜厚（転位を発生
して格子緩和を生ずる膜厚）が小さくなるため、Ｓｉ
1-xＧｅx層ＳＧの厚みは、Ｇｅ組成比ｘが高い場合に、
より薄くする必要がある。すなわち、Ｓｉ1-xＧｅx層Ｓ
ＧのＧｅ組成比ｘが０．３を越えると、臨界膜厚に近く
なって欠陥が入り易くなる、あるいは、臨界膜厚を越え
てしまって欠陥が入るため、上記のように厚みは、１μ
ｍ以下にすることが好ましい。The Si 1-x Ge x layer S according to the present embodiment
In the epitaxial multilayer film having G, the higher the Ge composition ratio x of the Si 1-x G x layer SG, the smaller the critical film thickness (the film thickness that generates dislocations and causes lattice relaxation).
Thickness of 1-x Ge x layer SG, when the Ge composition ratio x is high,
Need to be thinner. That is, the Si 1-x Ge x layer S
If the Ge composition ratio x of G exceeds 0.3, the thickness is close to the critical thickness and defects easily occur, or the defect exceeds the critical thickness and defects occur.
m or less.
【００２４】[0024]
【実施例】上記実施形態に基づいて実際にエピタキシャ
ル多層膜を作製した。なお、比較のため、昇温時にすべ
てのソースガスの供給を停止したものも作製した。この
ように作製したエピタキシャル多層膜について、ＳＩＭ
Ｓ（二次イオン質量分析）で評価した結果を、図２の
（ａ）（ｂ）に示す。なお、図２中の線ＧｅがＧｅ濃
度、線Ｏが酸素濃度を示している。EXAMPLE An epitaxial multilayer film was actually manufactured based on the above embodiment. For comparison, a device in which the supply of all the source gases was stopped when the temperature was raised was also manufactured. With respect to the epitaxial multilayer film thus manufactured, SIM
The results evaluated by S (secondary ion mass spectrometry) are shown in FIGS. Note that the line Ge in FIG. 2 indicates the Ge concentration, and the line O indicates the oxygen concentration.
【００２５】昇温時に全ソースガスの供給を停止して作
製された多層膜は、高いヘイズレベルであり、図２の
（ａ）に示すように、ＳｉＧｅ層の界面付近で高い酸素
濃度が検出されているのに対し、本発明の実施例の多層
膜では、ヘイズレベルが大幅に低減されて良好な表面状
態であると共に、図２の（ｂ）に示すように、Ｓｉ1-x
Ｇｅx層ＳＧの界面付近においても低酸素濃度であっ
た。なお、Ｇｅ濃度（Ｇｅ組成比）を両者で比較する
と、昇温時に全ソースガスの供給を停止した場合に比べ
て本発明の実施例では、そのピークも高くなっているこ
とがわかる。The multilayer film formed by stopping the supply of all the source gases at the time of temperature rise has a high haze level, and a high oxygen concentration is detected near the interface of the SiGe layer as shown in FIG. while being in the multilayer films of examples of the present invention, the haze level is good surface state is significantly reduced, as shown in FIG. 2 (b), Si 1- x
Also in the vicinity of the interface of the Ge x layer SG was low oxygen concentration. When comparing the Ge concentration (Ge composition ratio) between the two, it is understood that the peak is higher in the embodiment of the present invention than in the case where the supply of all the source gases is stopped at the time of raising the temperature.
【００２６】また、別の実施例として、図３に示すよう
に、第１Ｓｉ層ＳＩ１と第２Ｓｉ層ＳＩ２とをそれぞれ
第１Ｓｉ1-xＧｅx層ＳＧ１と第２Ｓｉ1-xＧｅx層ＳＧ２
とを介して成膜したものを作製した。なお、この場合
も、比較のため、昇温時にすべてのソースガスの供給を
停止したものも作製した。すなわち、図４の（ａ）
（ｂ）に示すように、第１Ｓｉ層ＳＩ１の成膜温度は第
１Ｓｉ1-xＧｅx層ＳＧ１よりも高く、また第２Ｓｉ層Ｓ
Ｉ２の成膜温度は、第２Ｓｉ1-xＧｅx層ＳＧ２の成膜温
度より高く設定され、本発明の実施例では、Ｓｉのソー
スガスを供給し続けた状態で各昇温を行っている。As another embodiment, as shown in FIG. 3, a first Si layer SI1 and a second Si layer SI2 are respectively formed by a first Si 1-x Ge x layer SG1 and a second Si 1-x Ge x layer SG2.
A film was formed through the above steps. In this case, for comparison, a device in which the supply of all the source gas was stopped at the time of raising the temperature was also manufactured. That is, FIG.
(B), the deposition temperature of the 1Si layer SI1 is higher than the 1Si 1-x Ge x layer SG1, also the 2Si layer S
I2 deposition temperature of the is set higher than the deposition temperature of the first 2Si 1-x Ge x layer SG2, in the embodiment of the present invention, it is carried out each heating in a state of continuing to supply the source gas for Si .
【００２７】このように作製したエピタキシャル多層膜
について、ＳＩＭＳで評価した結果を、図５の（ａ）
（ｂ）に示す。なお、図５中の線ＧｅがＧｅ濃度、線Ｏ
が酸素濃度を示している。この場合も、昇温時に全ソー
スガスの供給を停止して作製された多層膜は、高いヘイ
ズレベルであり、図５の（ａ）に示すように、各ＳｉＧ
ｅ層の界面付近で高い酸素濃度が検出されているのに対
し、本発明の実施例の多層膜では、ヘイズレベルが大幅
に低減されていると共に、図５の（ｂ）に示すように、
第１Ｓｉ1- xＧｅx層ＳＧ１及び第２Ｓｉ1-xＧｅx層ＳＧ
２の界面付近においても低酸素濃度であった。なお、こ
の場合も、昇温時に全ソースガスの供給を停止した場合
に比べて本発明の実施例では、Ｇｅ濃度のピークが高く
なっていることがわかる。The results of the SIMS evaluation of the epitaxial multilayer film thus manufactured are shown in FIG.
(B). Note that the line Ge in FIG.
Indicates the oxygen concentration. Also in this case, the multilayer film formed by stopping the supply of all the source gases at the time of raising the temperature has a high haze level, and as shown in FIG.
While a high oxygen concentration is detected near the interface of the e-layer, the haze level is greatly reduced in the multilayer film of the embodiment of the present invention, and as shown in FIG.
A first Si 1- x Ge x layer SG1 and a second Si 1-x Ge x layer SG
The oxygen concentration was also low near the interface of No. 2. In this case as well, it can be seen that the peak of the Ge concentration is higher in the embodiment of the present invention than in the case where the supply of all the source gases is stopped during the temperature rise.
【００２８】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
【００２９】例えば、上記実施形態では、Ｓｉ1-xＧｅx
層ＳＧのエピタキシャル成長にＧｅＨ4とＳｉＨ4とを用
いたが、Ｇｅ2Ｈ6をＧｅのソースガスとし、ＳｉＨ2Ｃ
ｌ2、Ｓｉ2Ｈ6をＳｉのソースガスとして用いても構わ
ない。また、Ｓｉ層ＳＩのエピタキシャル成長にＳｉＨ
4を用いたが、ＳｉＨ2Ｃｌ2又はＳｉ2Ｈ6をＳｉのソー
スガスとして用いても構わない。For example, in the above embodiment, Si 1-x Ge x
GeH 4 and SiH 4 were used for epitaxial growth of the layer SG, but Ge 2 H 6 was used as a Ge source gas and SiH 2 C
l 2 and Si 2 H 6 may be used as a Si source gas. In addition, SiH is used for epitaxial growth of the Si layer SI.
Although 4 was used, SiH 2 Cl 2 or Si 2 H 6 may be used as the Si source gas.
【００３０】また、上記実施形態では、Ｓｉ基板として
面方位（００１）のポリッシュドウェーハを用いたが、
面方位の異なるポリッシュドウェーハ又はパターン形成
や不純物ドーピングされているＳｉ−ＬＳＩの製造工程
における途中工程のウェーハを用いても構わない。ま
た、上記実施形態では、ＳＣ１洗浄、希フッ化水素酸に
よる自然酸化膜除去、９００℃１分の水素ベーク処理か
らなる前処理を行ったが、他の前処理方法や異なった水
素ベーク温度、時間を用いても構わない。これらの場合
も、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。In the above embodiment, a polished wafer having a plane orientation (001) was used as the Si substrate.
A polished wafer having a different plane orientation or a wafer in the middle of a process of manufacturing a pattern-formed or impurity-doped Si-LSI may be used. Further, in the above embodiment, the pretreatment including the SC1 cleaning, the removal of the natural oxide film with dilute hydrofluoric acid, and the hydrogen bake treatment at 900 ° C. for 1 minute was performed. However, other pretreatment methods and different hydrogen bake temperatures, Time may be used. In these cases, the same effects as in the above embodiment can be obtained.
【００３１】また、上記実施形態では、Ｇｅ組成比ｘが
一定のＳｉ1-xＧｅx層であったが、Ｇｅ組成比ｘが徐々
に変化した傾斜組成や段階的に変化した階段状組成のＳ
ｉ1- xＧｅx層を用いたものに適用しても構わない。ま
た、他の実施形態として、Ｓｉ1-xＧｅx層にＣ（炭素）
を含有させ、そのＣ組成比ｙを０＜ｙ≦０．０５とした
多層膜に適用しても構わない。すなわち、例えば、ＨＢ
Ｔにおけるベース層にＳｉＧｅＣ層を用い、Ｓｉ層との
多層膜を形成する際に、上記組成比範囲内でＣを含有さ
せることにより、Ｂ等の不純物をドーピングした場合に
不純物が拡散し難くなり、不純物分布が崩れ難くなる利
点がある。なお、この場合、Ｃを含むＳｉ1-xＧｅx層の
形成は、ＳｉＨ3ＣＨ3、ＳｉＨ 2（ＣＨ3）2、ＣＨ4又は
Ｃ2Ｈ2のいずれかをＣのソースガスとして減圧ＣＶＤに
より行うことにより、高い量産性を得ることができる。In the above embodiment, the Ge composition ratio x is
Constant Si1-xGexLayer, but the Ge composition ratio x gradually increased
Of graded composition changed stepwise or stepwise composition changed stepwise
i1- xGexYou may apply to what used the layer. Ma
In another embodiment, Si1-xGexC (carbon) in layer
And the C composition ratio y was set to 0 <y ≦ 0.05.
It may be applied to a multilayer film. That is, for example, HB
Using a SiGeC layer as a base layer in T,
When forming a multilayer film, C is contained within the above composition ratio range.
In the case where impurities such as B are doped,
Impurities are less likely to diffuse and the impurity distribution is less likely to collapse.
There is a point. In this case, the Si containing C1-xGexLayer of
The formation is SiHThreeCHThree, SiH Two(CHThree)Two, CHFourOr
CTwoHTwoEither of the above as a source gas of C for reduced pressure CVD
By doing so, high mass productivity can be obtained.
【００３２】[0032]
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のエピタキシャル多層膜の製造方法及びエピタキ
シャル多層膜によれば、Ｓｉ1-xＧｅx層形成工程終了時
にＧｅのソースガスの供給を止めた状態で、昇温を行っ
ている間もＳｉのソースガスをＳｉ1-xＧｅx層上に供給
し続けるので、Ｇｅの昇華を抑制すると共に、Ｓｉ1-x
Ｇｅx層表面にＧｅが凝集して表面を荒らすこと等も抑
制することができ、昇温過程を有するプロセスでも良質
なＳｉ層を得ることができる。According to the present invention, the following effects can be obtained.
According to the method for manufacturing an epitaxial multilayer film and the epitaxial multilayer film of the present invention, the supply of Ge source gas is stopped at the end of the Si 1-x Ge x layer forming step, and the Si Since the source gas is continuously supplied on the Si 1-x Ge x layer, the sublimation of Ge is suppressed and the Si 1-x
The aggregation of Ge on the surface of the Ge x layer and the roughening of the surface can be suppressed, and a high-quality Si layer can be obtained even in a process having a temperature increasing process.
【図１】 本発明に係るエピタキシャル多層膜の製造方
法及びエピタキシャル多層膜の一実施形態において、エ
ピタキシャル多層膜を示す要部の拡大断面図である。FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing an epitaxial multilayer film in a method for manufacturing an epitaxial multilayer film and an embodiment of the epitaxial multilayer film according to the present invention.
【図２】 本発明に係るエピタキシャル多層膜の製造方
法及びエピタキシャル多層膜において、昇温時に全ソー
スガスの供給を停止した場合及び本発明の実施例におけ
る場合のＳＩＭＳによる分析結果を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the results of analysis by SIMS when the supply of all the source gases is stopped during temperature rise and in the example of the present invention in the method for manufacturing an epitaxial multilayer film and the epitaxial multilayer film according to the present invention. .
【図３】 本発明に係るエピタキシャル多層膜の製造方
法及びエピタキシャル多層膜において、別の実施例にお
けるエピタキシャル多層膜を示す要部の拡大断面図であ
る。FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part showing an epitaxial multilayer film according to another embodiment in the method for manufacturing an epitaxial multilayer film and the epitaxial multilayer film according to the present invention.
【図４】 本発明に係るエピタキシャル多層膜の製造方
法及びエピタキシャル多層膜において、別の実施例にお
ける温度設定とＳｉＨ4及びＧｅＨ4の流量設定とのタイ
ムフローを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a time flow of temperature setting and flow rate setting of SiH 4 and GeH 4 in another embodiment in the method for manufacturing an epitaxial multilayer film and the epitaxial multilayer film according to the present invention.
【図５】 本発明に係るエピタキシャル多層膜の製造方
法及びエピタキシャル多層膜において、昇温時に全ソー
スガスの供給を停止した場合及び本発明の別の実施例に
おける場合のＳＩＭＳによる分析結果を示すグラフであ
る。FIG. 5 is a graph showing SIMS analysis results in a case where the supply of all the source gases is stopped at the time of temperature rise and in another embodiment of the present invention, in the method for manufacturing an epitaxial multilayer film and the epitaxial multilayer film according to the present invention. It is.
ＳＧ Ｓｉ1-xＧｅx層 ＳＧ１ 第１Ｓｉ1-xＧｅx層 ＳＧ２ 第２Ｓｉ1-xＧｅx層 ＳＩ Ｓｉ層 ＳＩ１ 第１Ｓｉ層 ＳＩ２ 第２Ｓｉ層 ＳＵＢ Ｓｉ基板SG Si 1-x Ge x layer SG1 first Si 1-x Ge x layer SG2 second Si 1-x Ge x layer SI Si layer SI1 first Si layer SI2 second Si layer SUB Si substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神山 栄治 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 (72)発明者 塩野 一郎 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA04 DB04 DB11 ED06 EF03 TB02 TC13 TK01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Eiji Kamiyama 1-297 Kitabukurocho, Omiya City, Saitama Prefecture Inside the Mitsubishi Materials Research Institute (72) Inventor Ichiro Shiono 1-297 Kitabukurocho Omiya City, Saitama Mitsubishi Materials 4G077 AA03 BA04 DB04 DB11 ED06 EF03 TB02 TC13 TK01
Claims (7)
エピタキシャル成長してエピタキシャル多層膜を製造す
る方法であって、 前記Ｓｉ基板上にＳｉのソースガスとＧｅのソースガス
とを供給して前記Ｓｉ 1-xＧｅx層をエピタキシャル成長
するＳｉ1-xＧｅx層形成工程と、 該Ｓｉ1-xＧｅx層形成工程よりも高温の成膜温度で前記
Ｓｉ1-xＧｅx層上にＳｉのソースガスを供給して前記Ｓ
ｉ層をエピタキシャル成長するＳｉ層形成工程とを備
え、 前記Ｓｉ層形成工程は、前記高温の成膜温度まで温度を
上げる昇温工程を有し、該昇温工程は、前記Ｓｉ1-xＧ
ｅx層形成工程終了時にＧｅのソースガスの供給を止め
た状態で、昇温を行っている間もＳｉのソースガスを前
記Ｓｉ1-xＧｅx層上に供給し続けることを特徴とするエ
ピタキシャル多層膜の製造方法。1. The method according to claim 1, wherein the Si substrate is made of Si.1-xGexLayer and Si layer
Epitaxial growth to produce epitaxial multilayer
A source gas of Si and a source gas of Ge on the Si substrate.
To supply the Si 1-xGexEpitaxial growth of layers
Si1-xGexA layer forming step;1-xGexThe film forming temperature is higher than the layer forming step.
Si1-xGexSupplying a source gas of Si onto the layer
forming a Si layer for epitaxially growing an i-layer.
In the Si layer forming step, the temperature is increased to the high film forming temperature.
A temperature raising step for raising the temperature1-xG
exStop supply of Ge source gas at the end of layer formation process
The source gas of Si while heating
Note Si1-xGexCharacterized by continuous supply on the bed
A method for manufacturing a epitaxial multilayer film.
の製造方法において、 前記Ｓｉ層形成工程は、前記昇温工程時に、前記Ｓｉの
ソースガスの流量を前記高温の成膜温度時に必要な流量
まで徐々に変化させることを特徴とするエピタキシャル
多層膜の製造方法。2. The method for manufacturing an epitaxial multilayer film according to claim 1, wherein in the Si layer forming step, a flow rate of the Si source gas is set to a flow rate required at the high film forming temperature during the temperature raising step. A method for producing an epitaxial multilayer film, wherein the temperature is gradually changed.
多層膜の製造方法において、 前記Ｓｉ1-xＧｅx層形成工程は、前記Ｓｉ1-xＧｅx層の
Ｇｅ組成比ｘを０．０５≦ｘ≦０．３とし、かつ、Ｓｉ
1-xＧｅx層の膜厚ｔを０＜ｔ≦１μｍとすることを特徴
とするエピタキシャル多層膜の製造方法。3. The method for manufacturing an epitaxial multilayer film according to claim 1, wherein the Si 1-x Ge x layer forming step includes setting the Ge composition ratio x of the Si 1-x Ge x layer to 0.05. ≦ x ≦ 0.3 and Si
Method for manufacturing an epitaxial multilayer film, which comprises the 1-x Ge x layer having a thickness of t and 0 <t ≦ 1 [mu] m.
タキシャル多層膜の製造方法において、 前記Ｓｉ1-xＧｅx層形成工程は、ＧｅＨ4又はＧｅ2Ｈ6
のいずれかをＧｅのソースガスとすると共にＳｉＨ4、
ＳｉＨ2Ｃｌ2又はＳｉ2Ｈ6のいずれかをＳｉのソースガ
スとして減圧ＣＶＤにより前記Ｓｉ1-xＧｅx層を成長
し、 前記Ｓｉ層形成工程は、ＳｉＨ4、ＳｉＨ2Ｃｌ2又はＳ
ｉ2Ｈ6をＳｉのソースガスとして減圧ＣＶＤにより前記
Ｓｉ層を成長することを特徴とするエピタキシャル多層
膜の製造方法。4. A method for producing an epitaxial multilayer film according to any one of claims 1 to 3, wherein the Si 1-x Ge x layer forming step, GeH 4 or Ge 2 H 6
Is used as a Ge source gas and SiH 4 ,
SiH 2 Cl 2 or Si 2 H by a low pressure CVD either as a source gas of Si 6 growing the Si 1-x Ge x layer, the Si layer formation step, SiH 4, SiH 2 Cl 2 or S
A method for producing an epitaxial multilayer film, comprising growing the Si layer by low pressure CVD using i 2 H 6 as a Si source gas.
タキシャル多層膜の製造方法において、 前記Ｓｉ1-xＧｅx層にＣを含有させ、そのＣ組成比ｙを
０＜ｙ≦０．０５とすることを特徴とするエピタキシャ
ル多層膜の製造方法。5. The method for producing an epitaxial multilayer film according to claim 1, wherein the Si 1-x Ge x layer contains C, and the C composition ratio y is 0 <y ≦ 0. 05. A method for producing an epitaxial multilayer film, the method comprising:
の製造方法において、 前記Ｓｉ1-xＧｅx層形成工程は、ＳｉＨ3ＣＨ3、ＳｉＨ
2（ＣＨ3）2、ＣＨ4又はＣ2Ｈ2のいずれかをＣのソース
ガスとして減圧ＣＶＤにより前記Ｓｉ1-xＧｅx層を成長
することを特徴とするエピタキシャル多層膜の製造方
法。6. The method for manufacturing an epitaxial multilayer film according to claim 5, wherein the step of forming the Si 1-x Ge x layer includes SiH 3 CH 3 , SiH
2 (CH 3) 2, CH 4 or method for manufacturing an epitaxial multilayer film, characterized in that one of the C 2 H 2 for growing the Si 1-x Ge x layer by a low pressure CVD as a source gas of C.
ｉ1-xＧｅx層及びＳｉ層を有するエピタキシャル多層膜
であって、 請求項１から６のいずれかに記載のエピタキシャル多層
膜の製造方法により作製されたことを特徴とするエピタ
キシャル多層膜。7. S grown epitaxially on a Si substrate
an epitaxial multilayer film having i 1-x Ge x layer and the Si layer, the epitaxial multilayer film, which has been produced by the method for producing an epitaxial multilayer film according to any one of claims 1 to 6.
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