JP3494467B2

JP3494467B2 - 半導体薄膜の形成方法

Info

Publication number: JP3494467B2
Application number: JP09137694A
Authority: JP
Inventors: 守史大野; 稔之中村
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 2004-02-09
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: JPH07297205A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体薄膜の形成方
法、特に、傾斜型ＳｉＧｅエピタキシャルベース層を有
するＨＢＴ（ヘテロバイポーラトランジスタ）の薄膜の
形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高速ヘテロバイポーラ、マイクロ
波用素子、或いは超格子構造への応用を目的としたＩＶ
族半導体（例えばＳｉＧｅ）薄膜ヘテロ構造のデバイス
の開発が進展している。中でも、Ｓｉ基板上にＳｉＧｅ
薄膜をヘテロエピタキシャル成長させたＳｉＧｅ歪エピ
タキシャル（混晶）薄膜が特に注目を集めている。従
来、ＳｉＧｅ／Ｓｉ歪超格子構造については、格子歪に
起因して起こる電気的及び光学的性質を利用して種々の
デバイスが開発されている。これらのデバイスの内、格
子歪構造のデバイスの一例として、ＳｉＧｅ混晶をベー
スにしたヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）があ
る（文献Ｉ：「シリコン系デバイス」、丸善（株）、平
成３年７月発行、ＰＰ．２１９〜２２６）。

【０００３】この種のＳｉＧｅ混晶をベースにしたヘテ
ロバイポーラトランジスタ（以下、ＳｉＧｅ−ＨＢＴと
いう。）の形成方法として、従来は、ガスソース分子線
（ガスソースＭＢＥ）エピタキシャル法、超真空化学気
相成長（ＵＨＶ−ＣＶＤ）法、及び低圧化学気相成長
（ＬＰＣＶＤ）法がある。

【０００４】従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴ用ＳｉＧｅ混晶ベ
ース層の形成方法は、文献Ｉには開示されていないが、
通常、成膜温度を一定として、ガス流量比を変えること
によってベース層を形成している。この出願に係る発明
者等も追試実験を行ってベース層を形成した。

【０００５】次に、図７を参照して追試実験を行ったと
きの成膜条件について説明する。

【０００６】ＳｉＧｅ混晶ベース層の形成期間（期間Ｉ
ＩＩ）は、炉内の基板（ウエハ）温度を一定にし、例え
ばＳｉＨ₄ ガスを一定量（１５ｃｃｍ）を炉内に供給し
てＧｅＨ₄ ガス流量をマスフローメータにより制御する
ことによりＳｉＧｅ混晶ベース層中に所定のＧｅ組成比
の傾斜を形成していた。このようにして形成されたＳｉ
Ｇｅ−ＨＢＴのＧｅ組成プロファイルは、文献Ｉに開示
されているように、コレクタ接合からエミッタ接合へ向
かってＳｉＧｅ混晶ベース層中のＧｅ組成比は傾斜を示
す。このような、Ｇｅ組成比の傾斜をＳｉＧｅ混晶ベー
ス層に形成することによってコレクタ層及びエミッタ層
とＳｉＧｅ混晶ベース層との境界に形成されるバンドギ
ャップを連続的に変えてドリフト電界をつくることがで
きる。このような傾斜をＳｉＧｅ混晶ベース層に設ける
ことによって、ＳｉＧｅ−ＨＢＴはシリコンホモバイポ
ーラトランジスタ（Ｓｉ−ＢＴ）などに比べ、ベース走
行時間をほぼ半減できると報告されている（文献ＩのＰ
Ｐ．２２０〜２２１参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ような形成方法によりＳｉＧｅ−ＨＢＴ用混晶ベース層
を形成した場合、以下に述べる理由により良好なＳｉＧ
ｅ混晶ベース層が得られなかった。その理由として、Ｓ
ｉＧｅ混晶ベース層にＧｅ組成比の傾斜をもたせる際の
ＳｉＨ₄ ガス及びＧｅＨ₄ ガスの制御は、一般には、Ｃ
ＶＤ薄膜装置のガス供給部からのＧｅ原料ガスとＳｉ原
料ガスの流量比を制御することによって行われる。この
とき、ＧｅＨ₄ ガス流量とＳｉＧｅ成長速度の関係は、
文献ＩＩに開示されているように、ＳｉＧｅ成膜速度は
ＧｅＨ₄ ガス流量の増加と共にほぼ直線的に大きくなる
（文献ＩＩ：「Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｉｌｉｃｏｎ
ｓｏｕｒｓｅｇａｓｏｎｓｉｌｉｃｏｎ−ｇｅｒ
ｕｍａｎｉｕｍｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅ
ｐｏｓｉｓｉｔｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓａｔａｔｏ
ｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ」、Ｔ．Ｉ．Ｋ
ａｍｉｎｓａｔ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６
１（１）、６、Ｊｕｌｙ１９９２，ＰＰ．９０〜９
２）。

【０００８】この文献ＩＩによれば、種々のシリコン含
有ＩＶ族系水素ガスを用いたときのＳｉＧｅ混晶中のＧ
ｅ組成比とＳｉＧｅの成長速度（堆積速度）の関係及び
シリコン含有ＩＶ族系水素ガスを一定にしたときのゲル
マン（ＧｅＨ₄ ）ガス流量とＳｉＧｅ成長速度の関係が
報告されている。これによると、例えばＧｅＨ₄ ガス流
量を変化させた場合、ＳｉＧｅ成長速度は、ほぼ直線的
に変化する（文献ＩＩのＰ．９１，図１の（ａ）及び
（ｂ）参照）。しかしながら、成膜温度を低くした場合
（例えば６２５℃）、直線性が失われて折線の傾斜をも
つようになる。また、ＳｉＧｅ成長速度は、成膜温度に
よっても変化する。成膜温度が高い場合（例えば７００
℃）は、成膜温度を低くした場合に比べ成長速度が大き
くなることがわかっている。

【０００９】したがって、成膜温度が高い場合、ＧｅＨ
₄ ガス流量を大きくするとＳｉＧｅ成長速度が大きくな
り、ＧｅＨ₄ ガス流量を秒単位で制御する必要がある。
一般に、ガス流量の制御には、マスフローメータが使用
されており、このマスフローメータを用いて秒単位のガ
ス制御は難しいのが現状である。このため、通常のＳｉ
Ｇｅ混晶ベース層の形成には、ＧｅＨ₄ ガス流量の制御
を容易にするため、成膜温度（基板温度）を比較的低く
設定しておき、ＧｅＨ₄ ガス流量を制御する方法が採用
されている。しかしながら、文献ＩＩに開示されている
ように、成膜温度を下げればＳｉＧｅ成長速度も小さく
なり、その分、成膜時間が長くかかることになる。この
ように、成膜温度を低くしてＧｅＨ₄ ガス流量を小さく
すると（例えばＧｅ組成１０％以下）、成長速度が更に
小さくなり、ＳｉＧｅの成膜形成に時間がかかる。この
ため、ＳｉＧｅ混晶ベース層中に不純物（ここでは、薄
膜形成装置の炉内の残留不純物をいう。）が取り込まれ
る機会が多くなり、ＳｉＧｅ混晶ベース層の膜質を劣化
を生じるという問題がある。

【００１０】また、成膜時間の増加は、スループット
（ここでいうスループットとは、ウエハの単位時間当た
りの処理枚数をいう。）の低下させる原因ともなり、デ
バイスの量産化ができないという問題がある。

【００１１】このため、安定したＧｅＨ₄ ガス流量の制
御が簡単で、かつ短時間に傾斜型ＳｉＧｅ混晶ベース層
を形成できる半導体薄膜の形成方法が望まれていた。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、下地
上にＳｉＧｅ混晶薄膜を形成する場合、成膜形成開始時
から成膜形成終了時までの期間をＳｉＧｅ混晶成膜形成
期間とし、この期間の成膜形成開始時の温度（成膜開始
温度と称す。）を成膜形成終了時の温度（成膜終了温度
と称す。）より低い温度に設定しておく。又、成膜開始
温度と成膜終了温度間に温度傾斜を設けてある。このと
きの温度傾斜は、好ましくは５℃／分〜３０℃／分とす
るのが良い。また、成膜開始温度のＳｉ含有のＩＶ族系
水素ガスの流量に対するゲルマニウム（Ｇｅ）含有のＩ
Ｖ族系水素ガスの流量（流量比と称する。）を成膜終了
温度の流量比より大きくし、その後、成膜開始時から成
膜終了時へ時間が移行するとともに流量比を順次小さく
する。

【００１３】

【作用】上述したこの発明によれば、成膜開始時の成膜
温度を成膜終了時より低い温度に設定しておき、成膜開
始時と成膜終了時間に温度傾斜を設けてある。このた
め、成膜開始時は、成膜温度が低いため、成長速度が小
さくなるが、成膜終了時に向かって温度傾斜を設けてあ
るので、成膜温度が上昇する分、所定の流量比に対する
成長速度は大きくなる。したがって、ＳｉＧｅ混晶ベー
ス層を形成する際の成膜時間が短縮される。

【００１４】また、成膜終了時では、流量比が小さくな
ると成長速度は小さくなるが、成膜温度が高いため、成
長速度の低下を抑制できる。したがって、成膜開始時か
ら成膜終了時間のＳｉＧｅの成膜速度をほぼ一定に保持
することができる。

【００１５】また、流量比を制御する場合、成膜開始時
の流量比を成膜終了時より大きくして、成膜終了時へ時
間が移行すると共に流量比を小さくして流量制御を行
う。したがって、成膜開始時の成膜温度は、最初低くし
てあるので、ＳｉＧｅの成長速度が低下する分、流量比
の制御が容易になる。したがって、マスフローメータを
用いて流量比制御が可能になる。このようにして形成さ
れたＳｉＧｅ混晶ベース層は、コレクタ層との境界側の
Ｇｅ組成比が大きくなり、一方、エミッタ層との境界側
のＧｅ組成比は小さくなり、かつＧｅ組成比の傾斜を持
たせることができる。

【００１６】また、成膜時間が短縮された分、ＳｉＧｅ
混晶ベース層中に混入する残留不純物が減少する。ま
た、薄膜形成時のスループットが改善される。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の半導体薄
膜の形成方法について説明する。なお、図２〜図３は、
この発明が理解できる程度に、各構成成分の形状、大き
さ及び配置を概略的に示してあるにすぎない。なお、こ
の発明の実施例では、ＳｉＧｅ−ＨＢＴ（ヘテロバイポ
ーラトランジスタ）用ＳｉＧｅエピタキシャル（混晶）
ベース層の形成方法を例に取り説明する。

【００１８】図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明のＳ
ｉＧｅ−ＨＢＴの形成方法を説明するための成膜条件を
説明するための説明図であり、図２はこの薄膜形成に使
用する装置の構成図である。また、図３は、この発明の
実施例で形成されたＳｉＧｅ−ＨＢＴ構造の断面図であ
る。但し、図３は図面を明確にするため、一部のハッチ
ングを省略してある。

【００１９】先ず、図２を参照して半導体薄膜を形成す
るために用いる装置について説明する。

【００２０】この装置は、大別すると反応炉部１１、真
空排気系２３及びガス供給系４９から構成されている。
そして、反応炉部１１は、金属製反応炉（チャンバ）１
０を具えており、このチャンバ壁が高温にならないよう
に水を循環させ、チャンバ壁を冷却している。また、反
応炉１０内には、基板支持体１４が設けられ、この基板
支持体１４上に基板１８を下向きに配設し、かつ基板１
８を出し入れ自在に載置できる構造になっている。

【００２１】また、反応炉１０内には、基板加熱機構１
２が設けてあり、したがって、この基板加熱機構１２に
よって任意好適な温度設定が可能になる。この加熱機構
１２として、例えば赤外線ランプを用いるのが好適であ
る。そして、基板１８の表面温度を測定するため温度測
定手段１６が設けられ、基板加熱機構の温度制御が行え
るようになっている。この温度測定手段１６として、例
えば熱電対が用いられる。また、反応炉１０は、基板支
持体１４を中心に上部と下部に別れる。上部を基板加熱
機構側１２と称し、下部をガスヘッド側２０と称する。
更に、真空排気するための排気口２２及び２４が設けら
れている。また、反応炉１０内の真空度を測定するため
の真空計３８及び４０が設けられている。また、反応炉
１０には、基板に対応してガスヘッド２０が設けてあ
る。このガスヘッド２０は、反応炉の外壁を貫通してガ
ス導入路及び冷却水導入路が配設されている。

【００２２】次に、この装置の真空排気系について説明
する。

【００２３】真空排気系２３は、炉１０内を真空排気す
るための排気手段２６、２８及び３０が設けられ、この
排気手段２８側には自動開閉バルブ３４が接続されてお
り、排気手段３０側には自動開閉バルブ３６が接続され
ている。また、この自動開閉バルブ３４と排気口２２が
接続されており、バルブ３６と排気口２４とが接続され
ている。したがって、バルブ３４及び３６を任意適当に
開閉させることによって反応炉１０内の圧力を制御して
いる。また、反応炉１０内の上部と下部とはそれぞれ独
立して圧力制御できるように構成されている。

【００２４】次に、この装置のガス供給系について説明
する。

【００２５】ガス供給系４９は、ガス導入路４２ａ及び
４２ｂ、自動開閉バルブ５０、５１、５２、５３、８
０、８１及び８２、自動流量コントローラ（マスフロー
メータともいう。）６０、６１、６２及び６３、ガス供
給部７０、７１、７２、及び７３から構成されている。
そして、反応炉１０を通過させずにガス供給系４９を排
気できるような排気手段３２が設けてある。また、ガス
導入路４２ａは、自動開閉バルブ５０〜５２とそれぞれ
接続されており、かつバルブ５０、５１、５２は自動流
量コントローラ６０、６１、６２とそれぞれ接続されて
いる。そして、自動流量コントローラ６０、６１、６２
はガス供給部７０、７２、７２にそれぞれ接続されてい
る。また、バルブ５０、５１、５２と自動流量コントロ
ーラ６０、６１、６２間には排気管７３、７４及び７５
が接続されており、排気管７３〜７５は自動流量コント
ローラ８０〜８２を介して排気管７６に接続されてい
る。また、排気管７６は、排気手段３２に接続されてい
る。

【００２６】次に、図１の（Ａ）、（Ｂ）、図２及び図
３を参照してＳｉＧｅ−ＨＢＴの形成方法、特にＳｉＧ
ｅ混晶ベース層の形成方法について説明する。

【００２７】図１の（Ａ）〜（Ｂ）は、この発明の基板
温度の加熱サイクル温度特性図、及びシリコン含有のＩ
Ｖ族系水素ガスの流量に対するゲルマニウム含有のＩＶ
族系水素ガスの流量（流量比という。）の関係を示す。
なお、図１の（Ａ）は、横軸に時間（任意）を取り、縦
軸に基板温度（℃）を取り、また、図１の（Ｂ）は横軸
に時間（分）を取り、縦軸に流量比を取って表してい
る。

【００２８】先ず、ＳｉＧｅ混晶ベース層９１を形成す
るに先立ち、下地９０の酸化膜を除去するため、洗浄処
理を行う。このとき、下地９０として、例えばＳｉ基板
（以下、基板と称する。）を用いる。

【００２９】基板９０を１２０℃に加熱された硫酸−過
酸化水素水の溶液中に浸漬し、基板９０の酸化膜を形成
する。このときの酸化膜の厚さを約１０Åとする。その
後、ただちに１重量％ＨＦ溶液中に約３分間基板９０を
浸漬して、酸化膜を完全に除去する。

【００３０】次に、この洗浄、及び酸化膜除去した基板
９０をただちに、ＣＶＤ薄膜形成装置（以下、反応炉と
いう。）中に搬入する。このとき、反応炉１０の加熱温
度を３００℃〜４５０℃に設定しておくのが良い。

【００３１】次に、バルブ３４、３６を開き、排気手段
２６、２８及び３０を用いて反応炉１０内を例えば１×
１０^-8Ｐａに真空排気して基板９０を洗浄にする。その
後、基板９０の温度を測定手段１６を測定しながら、反
応炉１０内の赤外線ランプ１２による輻射加熱によって
炉内を加熱する。このときの基板温度を例えば８００℃
〜８５０℃、約２〜５分の加熱処理を行って基板９０の
クリーニングを行う（図１の（Ａ）の期間Ｉ）。

【００３２】次に、基板温度を一旦、約６２５℃まで下
げ、加熱温度を一定にした後、基板９０上にＳｉＧｅ混
晶ベース層９１を形成する。このとき、成膜開始時Ｔ₁
から成膜終了時Ｔ₂ までの期間を、ＳｉＧｅ混晶薄膜形
成期間（期間ＩＩ）と称する。また、時刻Ｔ₁ の温度を
成膜開始温度と称し、時刻Ｔ₂ の温度を成膜終了温度と
称する。クリーニング期間Ｉで６２５℃に保っておき、
時刻Ｔ₁ から所定の昇温速度で温度を上げていき、時刻
Ｔ₂ になったら成膜終了温度をある時間一定に保つ。こ
のように、成膜終了温度を一定に保持することによって
結晶中の欠陥あるいは歪みが調整される。このとき、成
膜開始温度６２５℃から成膜終了温度７００℃までの昇
温速度を５〜３０℃／分の間の適当な昇温速度とするの
が良い。また、昇温速度を２０℃／分とするのが成長速
度をほぼ一定にできるので最適である。

【００３３】次に、薄膜形成装置のバルブ８０を開けた
後、ガス供給部７０のバルブを開き、排気手段３２側に
シリコン含有のＩＶ族系水素ガス（例えばＳｉＨ₄ ガ
ス）を流す。このとき、ＳｉＨ₄ ガスを反応炉１０に供
給したとき、炉内圧力が例えば１Ｐａ程度の減圧状態に
なるように自動流量コントローラ６０を用いて予めＳｉ
Ｈ₄ ガス流量を調整しておくにおが良い。その後、バル
ブ８０を閉じて、バルブ５０を開けてＳｉＨ₄ ガスを反
応炉１０内に供給する。このとき、好ましくは、ＳｉＨ
₄ ガス流量を１５ｓｃｃｍとするのが良い。

【００３４】次に、ＳｉＨ₄ ガスのときと同様な方法を
用いてバルブ５２及びガス供給部７２を開き、ＳｉＨ₄
ガスに加えてゲルマニウム含有ＩＶ族系水素ガス（例え
ばゲルマン（ＧｅＨ₄ ガス））を排気手段２３側へ流
す。その後、バルブ５２を開いて反応炉１０へＧｅＨ₄
ガスを供給する。このとき、好ましくは、成膜開始時Ｔ
₁ のＧｅＨ₄ ガス流量を例えば４ｓｃｃｍとするのが良
い。このとき、流量比に換算すると０．２７になる。こ
こで、流量比は、ＧｅＨ₄ ガス流量／ＳｉＨ₄ ガス流量
で表す。なお、ＳｉＨ₄ ガス流量はＳｉＧｅ混晶薄膜形
成期間（期間ＩＩ）は一定にしておく。成膜形成開始時
Ｔ₁ は、流量比を大きくし、成膜形成終了時Ｔ₂ へ時間
が移行すると共に順次流量比を小さくする。このとき、
成膜形成終了時Ｔ₂ のＧｅＨ₄ ガスの流量を１ｓｃｃｍ
とするのが良い。このとき、流量比は０．１３となる。
このときのＧｅＨ₄ ガス流量の制御は、マスフローコン
トローラの設定流量を１ｓｃｃｍ／分で行った。このと
き、ＳｉＧｅ混晶ベース層９１の膜厚は、例えば２００
Å〜４００Åになる。

【００３５】また、この実施例の成長速度は、反応炉１
０内の残留不純物及び各種ガスの酸素（Ｏ₂ ）及び水
（Ｈ₂ Ｏ）量により以下のように設定するのが良い。す
なわち、不純物の量が１ｐｐｍの場合は、成長速度を１
００Å／分以上とし、不純物の量が１０ｐｐｂ〜１ｐｐ
ｍの場合は、２５Å／分以上にするのが好適である。ま
た、成長速度を１００Å／分とした場合、好ましくは、
成膜温度を６２５〜７２５℃の範囲に設定したおくのが
良い。

【００３６】その後、ドープしたポリシリコン層９２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９２上に電極９６を形成する。このようにして、
ＳｉＧｅ−ＨＢＴのコレクタ層９０、ベース層９１及び
エミッタ層９２を有するＳｉＧｅ−ＨＢＴが完成する
（図３参照）。なお、この実施例の説明では、ポリシコ
ン層９３、ｐ ⁺ポリシリコン層９４及びシリコン酸化膜
９５の形成方法は、省略してある。

【００３７】図４は、ＧｅＨ₄ ガス流量とＧｅ組成比と
の関係を説明するために供する実験データを示す。この
ときのＧｅＨ₄ ガスに混合するガスは、ＳｉＨ₄ ガスを
用い、成膜温度は６７５℃とする。図中、横軸にＧｅＨ
₄ ガス流量（ｓｃｃｍ）を取り、縦軸にＧｅ組成／Ｓｉ
Ｇｅ混晶、すなわちＧｅ組成比（％）の関係をプロット
して表している。図４から理解できるようにＧｅＨ₄ ガ
ス流量が１ｃｃｍ以上になるとほぼ直線的にＧｅ組成比
は増大する。すなわち、ＧｅＨ₄ ガス流量が、１、２、
３、４、及び５ｓｃｃｍのときＧｅ組成比はそれぞれ１
５％、２０％、３０％、３５％、及び４０％になる。

【００３８】また、図５は、Ｇｅ組成比とＳｉＧｅ混晶
の成長速度の関係を説明するために供する実験データを
示す。なお、横軸はＧｅ組成比（％）を取り、縦軸は成
長速度（Å／分）を取って表している。

【００３９】図５から理解できるように、成膜温度が６
２５℃の場合、１０％、２０％、３０％及び４０％のＧ
ｅ組成比に対して成長速度は、５０、７０、１２０、１
５０Å／分となり、これをプロットすれば黒丸で結んだ
直線となる。一方、成膜温度が７００℃の場合、１０
％、２０％及び３０％のＧｅ組成比に対して成長速度
は、１２０、１４０、及び１７０Å／分となり、これを
プロットするば白丸で結んだ直線になる。このため、従
来のＳｉＧｅ混晶べース層を形成する際に成膜温度を一
定（例えば６７５℃）にして、Ｇｅ組成比を変化させた
場合、特に、Ｇｅ組成比が大きい領域では成長速度も大
きくなる。したがって、マスフローメータが追随でき
ず、精密がガス流量制御ができなかった。これに対し
て、この発明の実施例では、成膜開始時（Ｔ₁ ）の成膜
開始温度と成膜終了時（Ｔ₂ ）の成膜終了温度間に温度
傾斜を設けてある。したがって、時間Ｔ₁ 時に成膜開始
温度が低くても順次直線的、或いは段階的に温度を高く
してあるので、ＳｉＧｅの成長速度は大きくなる。一
方、成膜終了時（Ｔ₂ ）では、ＧｅＨ₄ ガス流量（Ｇｅ
組成比）が小さいので成長速度は小さくなるが、成膜温
度を高くしてあるため、成長速度は低下しない。したが
って、成膜形成開始時から成膜形成終了時までの成長速
度をほぼ一定にすることができる。このため、従来のよ
うに成膜温度を低温化したため、成長速度が小さくなる
ことはなくなり、成膜時間は短縮される、このため、Ｓ
ｉＧｅ混晶ベース層に不純物が混入する確率が少なくな
り、したがってＳｉＧｅ混晶ベース層の膜質が均一なも
のとなる。また、成膜時間は短縮されることによって、
スループットが向上するため、ＳｉＧｅ−ＨＢＴの量産
化が可能となる。

【００４０】図６は、図３のコレクタ層（下地）、ベー
ス層及びエミッタ層部分の断面部分をＸ線回折で測定
し、Ｇｅ組成に換算したときのＧｅ組成を模式的に描い
た分布図である。なお、縦軸にＧｅ組成比（％）を取
り、横軸に膜厚（Å）をとって表している。このとき、
コレクタ層とべース層との境界を起点（０Å）としてエ
ミッタ層側の膜厚の方向には、マイナス符号をつけて表
している。

【００４１】図６から理解できるように、起点（０Å）
ではＧｅ組成比の値が２５％になり、その後、順次Ｇｅ
組成比は直線的に減少して、ベース層の膜厚が３００Å
になったとき、Ｇｅ組成比の値が１０％になり、その
後、急激にＧｅ組成比は０％になる。ここでは、Ｇｅ組
成比の立ち上がり及び立ち下がりの値は直線で示してあ
るが、実際は、曲線で表される。図６のＧｅ組成プロフ
ァイルを従来の文献Ｉと比較した場合、文献Ｉでは、ベ
ース層のＧｅ組成比の傾斜がエミッタ側からコレクタ側
に三角形状に傾斜しているのに対して（文献Ｉ、図８．
４４参照）、この発明の実施例では台形の傾斜になる。
このため、こ発明の実施例では、エネルギーバンド的に
見ると、ベース層からエミッタ層に注入される正孔に対
する障壁の高さを、エミッタ層からベース層へ注入され
る電子に対する障壁の高さより大きくすることができ
る。したがって、エミッタ層のキャリヤ濃度を低くし、
ベース層のキャリヤ濃度を高くしてもエミッタ側の注入
効率が低下することはないという利点もある。

【００４２】また、この発明の実施例では、ＳｉＧｅ−
ＨＢＴの例について説明したが、なんらこのＨＢＴに限
定されるものではなく、例えばＳｉＧｅ−ＭＯＳなどに
応用しても良い。

【００４３】また、この発明では、ＳｉＧｅ混晶薄膜形
成期間の温度傾斜を５〜３０℃／分とすることにより、
成膜開始温度を低くできるので、ＧｅＨ₄ ガスのマスフ
ローメータの制御が容易になる。

【００４４】また、この発明の実施例では、ＳｉＨ₄ ガ
スを用いたが、ジシランを用いても良い。この場合、ジ
シランを用いた場合、成膜温度に対して成長速度を大き
くできるので、成膜時間が更に短縮される。

【００４５】また、この実施では、加熱手段として赤外
線ランプを用いたが、ヒータを反応炉の外部にセットし
て輻射熱を利用して加熱しても良い。

【００４６】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の半導体薄膜の形成方法は、成膜開始温度と成膜
終了温度間に温度傾斜を設ける。このとき、成膜開始温
度は、成膜終了温度より低くしてある。そして、成膜開
始時の流量比は成膜終了時より大きくしておき、成膜終
了時へ時間が移行するとともに流量比を順次小さくす
る。このため、ＳｉＧｅ混晶薄膜形成期間の成長速度が
ほぼ一定とすることができ、成膜時間を長くかけずにＧ
ｅ組成比の傾斜を有するＳｉＧｅ混晶ベース層を形成す
ることができる。したがって、ベース層中に反応炉中の
残留不純物などの混入が抑制されるので、ＳｉＧｅ混晶
ベース層の膜質が均一になる。また、成膜時間が短縮さ
れる分、スループットが低減するので、半導体薄膜素子
を製造する場合、素子の量産化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｂ）は、この発明のＳｉＧｅ混晶ベ
ース層の成膜条件を説明するために供する加熱サイクル
図及び流量特性図である。

【図２】この発明に用いたＣＶＤ薄膜形成装置の概略的
構成図である。

【図３】この発明の傾斜型ＳｉＧｅ−ＨＢＴの構造を説
明するための断面図である。

【図４】ＧｅＨ₄ ガス流量とＧｅ組成比の関係を説明す
るための説明図である。

【図５】Ｇｅ組成比と成長速度の関係を説明するための
説明図である。

【図６】この発明のＳｉＧｅ−ＨＢＴのＧｅ組成プロフ
ァイルを説明するために供する説明図である。

【図７】（Ａ）〜（Ｂ）は、従来のＳｉＧｅ混晶ベース
層の成膜条件を説明するための加熱サイクル図及び流量
特性図である。

【符号の説明】

９０：下地（コレクタ層）９１：ＳｉＧｅ混晶ベース層（ベース層）９２：ｎ⁺ ポリシリコン層（エミッタ層）９３：ポリシリコン層９４：ｐ⁺ ポリシリコン層９５：シリコン酸化膜９６：電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/331

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＶＤ法を用いて下地上にＳｉＧｅ混晶
薄膜を形成するにあたり、成膜形成開始時から成膜形成終了時までの期間をＳｉＧ
ｅ混晶薄膜形成期間とし、該期間の成膜形成開始時の温
度（成膜開始温度と称す。）を、成膜形成終了時の温度
（成膜終了温度と称す。）より低くし、かつ前記成膜開
始温度と前記成膜終了温度間に温度傾斜を設け、前記成膜開始温度のシリコン（Ｓｉ）含有のＩＶ族系水
素ガスの流量に対するゲルマニウム（Ｇｅ）含有のＩＶ
族系水素ガスの流量（流量比という。）を前記成膜終了
温度の流量比より大きくし、かつ前記成膜形成開始時か
ら前記成膜形成終了時へ時間が移行すると共に、前記流
量比を順次小さくすることを特徴とする半導体薄膜の形
成方法。
【請求項２】請求項１に記載の半導体薄膜を形成する
方法において、前記成膜開始温度と前記成膜終了温度間の前記温度傾斜
を、５℃／分〜３０℃／分の範囲としたことを特徴とす
る半導体薄膜の形成方法。
【請求項３】請求項１に記載の半導体薄膜を形成する
方法において、前記ゲルマニウムを含むＩＶ族系水素ガスを、シラン
（ＳｉＨ₄ ）又はジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）とすることを
特徴とする半導体薄膜の形成方法。