JP2002525255A5 - - Google Patents
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Description
【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)単結晶シリコン基板の温度を、400〜500℃の第1の所定の温度(T1)に安定させる工程と、
(b)前記基板上に、所望の最終的な厚さ未満の所定の厚さのゲルマニウムベース層が得られるまで、前記第1の所定の温度(T1)で、ゲルマニウムの化学気相成長(CVD)を行う工程と、
(c)前記ゲルマニウムのCVDの温度を、前記第1の所定の温度(T1)から750〜800℃の第2の所定の温度(T2)に上昇させる工程と、
(d)前記所望の最終的な厚さの前記単結晶ゲルマニウム層が得られるまで、前記第2の所定の温度(T2)で前記ゲルマニウムのCVDを継続する工程とを含むことを特徴とする単結晶シリコン基板上に単結晶ゲルマニウム層を形成する方法。
【請求項2】
(a)単結晶シリコン基板の温度を、400〜500℃の第1の所定の温度(T1)に安定させる工程と、
(b)前記基板上に、所望の最終的な厚さ未満の所定の厚さのゲルマニウムベース層が得られるまで、前記第1の所定の温度(T1)で、ゲルマニウムの化学気相成長(CVD)を行う工程と、
(c)前記ゲルマニウムのCVDの温度を、前記第1の所定の温度(T1)から750〜850℃の第2の所定の温度(T2)に上昇させる工程と、
(c1)前記ゲルマニウムのCVDを停止し、その温度を前記第2の所定の温度(T2)から500〜600℃の第3の所定の温度(T3 まで下げる工程と、
(c2)所定の厚さのSi1-X GeX 合金(X≧0.9)の中間層が得られるまで、前記第3の所定の温度でSi1-X GeX 合金のCVDを行う工程と、
(c3)前記第3の所定の温度(T3)で前記Si1-X GeX 合金のCVDから純粋なゲルマニウムのCVDに移行する工程と、
(c4)前記ゲルマニウムベース層と、前記Si1-X GeX 合金の中間層およびゲルマニウム上層を有する、厚さが所望の最終的な厚さ未満の多層スタックを得るために前記第3の所定の温度(T3)で前記純粋なゲルマニウムのCVDを継続する工程と、
(c5)前記純粋なゲルマニウムのCVDの温度を、前記第3の所定の温度(T3)から750〜800℃の第4の所定の温度(T4)に上昇させる工程と、
(d)前記所望の最終的な厚さの前記単結晶ゲルマニウム層が得られるまで、前記第4の所定の温度(T4)でCVDを継続する工程とを含むことを特徴とする単結晶シリコン基板上に単結晶ゲルマニウム層を形成する方法。
【請求項3】
前記第3の所定の温度(T3)が、540〜560℃の温度範囲から選ばれることを特徴とする請求項2に記載の方法。
【請求項4】
前記第4の所定の温度(T4)が、800〜850℃の温度範囲から選ばれることを特徴とする請求項2または3に記載の方法。
【請求項5】
前記Si1-X GeX 合金(X≧0.9)の中間層が、5〜10nmの厚さを有することを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載の方法。
【請求項6】
前記Si1-X GeX 合金のCVDが、GeH4 およびSiH4 を含む前駆体ガスの混合物を用いて実施させることを特徴とする請求項2ないし5のいずれかに記載の方法。
【請求項7】
前記第2の所定の温度(T2)が、800〜850℃の温度範囲から選択されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の方法。
【請求項8】
前記第1の所定の温度(T1)が、430〜460℃の温度範囲から選択されることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の方法。
【請求項9】
前記ゲルマニウムのCVDに前駆体ガスとしてGeH4 を用いることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の方法。
【請求項10】
前記(a)ないし(d)の工程全てを水素の存在下で実施することを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の方法。
【請求項11】
前記の工程を全て大気圧下で実施することを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の方法。
【請求項12】
前記工程(a)の前に、500〜600℃の範囲の温度でシリコン含浸層のCVDを行う工程を含むことを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の方法。
【請求項13】
前記シリコン含浸層が、1〜5nmの厚さを有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
【請求項14】
前記シリコン含浸層のCVDを大気圧下で実施することを特徴とする請求項12または13に記載の方法。
【請求項15】
前記純粋な単結晶ゲルマニウム層を化学機械研磨する工程を含むことを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載の方法。
【請求項16】
枚葉式の反応装置で実施することを特徴とする請求項1ないし15のいずれかに記載の方法。
【請求項17】
(e)前記工程(d)で得られた前記ゲルマニウム層を安定化するためのアニール工程を含む請求項1ないし16のいずれかに記載の方法。
【請求項18】
前記アニール工程を650℃以上900℃未満の温度で実施することを特徴とする請求項17に記載の方法。
【請求項19】
前記アニール工程を少なくとも10分間継続することを特徴とする請求項17または18に記載の方法。
【請求項20】
さらに、周期表のIII族からV族の元素またはそれらの化合物をエピタキシャル再成長させる工程を含むことを特徴とする請求項17ないし19のいずれかに記載の方法。
【請求項21】
前記エピタキシャル再成長元素または化合物が、GeまたはGaAsであることを特徴とする請求項20に記載の方法。
【請求項22】
前記エピタキシャル再成長層を化学機械研磨する工程を含むことを特徴とする請求項20または21に記載の方法。
【請求項1】
(a)単結晶シリコン基板の温度を、400〜500℃の第1の所定の温度(T1)に安定させる工程と、
(b)前記基板上に、所望の最終的な厚さ未満の所定の厚さのゲルマニウムベース層が得られるまで、前記第1の所定の温度(T1)で、ゲルマニウムの化学気相成長(CVD)を行う工程と、
(c)前記ゲルマニウムのCVDの温度を、前記第1の所定の温度(T1)から750〜800℃の第2の所定の温度(T2)に上昇させる工程と、
(d)前記所望の最終的な厚さの前記単結晶ゲルマニウム層が得られるまで、前記第2の所定の温度(T2)で前記ゲルマニウムのCVDを継続する工程とを含むことを特徴とする単結晶シリコン基板上に単結晶ゲルマニウム層を形成する方法。
【請求項2】
(a)単結晶シリコン基板の温度を、400〜500℃の第1の所定の温度(T1)に安定させる工程と、
(b)前記基板上に、所望の最終的な厚さ未満の所定の厚さのゲルマニウムベース層が得られるまで、前記第1の所定の温度(T1)で、ゲルマニウムの化学気相成長(CVD)を行う工程と、
(c)前記ゲルマニウムのCVDの温度を、前記第1の所定の温度(T1)から750〜850℃の第2の所定の温度(T2)に上昇させる工程と、
(c1)前記ゲルマニウムのCVDを停止し、その温度を前記第2の所定の温度(T2)から500〜600℃の第3の所定の温度(T3 まで下げる工程と、
(c2)所定の厚さのSi1-X GeX 合金(X≧0.9)の中間層が得られるまで、前記第3の所定の温度でSi1-X GeX 合金のCVDを行う工程と、
(c3)前記第3の所定の温度(T3)で前記Si1-X GeX 合金のCVDから純粋なゲルマニウムのCVDに移行する工程と、
(c4)前記ゲルマニウムベース層と、前記Si1-X GeX 合金の中間層およびゲルマニウム上層を有する、厚さが所望の最終的な厚さ未満の多層スタックを得るために前記第3の所定の温度(T3)で前記純粋なゲルマニウムのCVDを継続する工程と、
(c5)前記純粋なゲルマニウムのCVDの温度を、前記第3の所定の温度(T3)から750〜800℃の第4の所定の温度(T4)に上昇させる工程と、
(d)前記所望の最終的な厚さの前記単結晶ゲルマニウム層が得られるまで、前記第4の所定の温度(T4)でCVDを継続する工程とを含むことを特徴とする単結晶シリコン基板上に単結晶ゲルマニウム層を形成する方法。
【請求項3】
前記第3の所定の温度(T3)が、540〜560℃の温度範囲から選ばれることを特徴とする請求項2に記載の方法。
【請求項4】
前記第4の所定の温度(T4)が、800〜850℃の温度範囲から選ばれることを特徴とする請求項2または3に記載の方法。
【請求項5】
前記Si1-X GeX 合金(X≧0.9)の中間層が、5〜10nmの厚さを有することを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載の方法。
【請求項6】
前記Si1-X GeX 合金のCVDが、GeH4 およびSiH4 を含む前駆体ガスの混合物を用いて実施させることを特徴とする請求項2ないし5のいずれかに記載の方法。
【請求項7】
前記第2の所定の温度(T2)が、800〜850℃の温度範囲から選択されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の方法。
【請求項8】
前記第1の所定の温度(T1)が、430〜460℃の温度範囲から選択されることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の方法。
【請求項9】
前記ゲルマニウムのCVDに前駆体ガスとしてGeH4 を用いることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の方法。
【請求項10】
前記(a)ないし(d)の工程全てを水素の存在下で実施することを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の方法。
【請求項11】
前記の工程を全て大気圧下で実施することを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の方法。
【請求項12】
前記工程(a)の前に、500〜600℃の範囲の温度でシリコン含浸層のCVDを行う工程を含むことを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の方法。
【請求項13】
前記シリコン含浸層が、1〜5nmの厚さを有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
【請求項14】
前記シリコン含浸層のCVDを大気圧下で実施することを特徴とする請求項12または13に記載の方法。
【請求項15】
前記純粋な単結晶ゲルマニウム層を化学機械研磨する工程を含むことを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載の方法。
【請求項16】
枚葉式の反応装置で実施することを特徴とする請求項1ないし15のいずれかに記載の方法。
【請求項17】
(e)前記工程(d)で得られた前記ゲルマニウム層を安定化するためのアニール工程を含む請求項1ないし16のいずれかに記載の方法。
【請求項18】
前記アニール工程を650℃以上900℃未満の温度で実施することを特徴とする請求項17に記載の方法。
【請求項19】
前記アニール工程を少なくとも10分間継続することを特徴とする請求項17または18に記載の方法。
【請求項20】
さらに、周期表のIII族からV族の元素またはそれらの化合物をエピタキシャル再成長させる工程を含むことを特徴とする請求項17ないし19のいずれかに記載の方法。
【請求項21】
前記エピタキシャル再成長元素または化合物が、GeまたはGaAsであることを特徴とする請求項20に記載の方法。
【請求項22】
前記エピタキシャル再成長層を化学機械研磨する工程を含むことを特徴とする請求項20または21に記載の方法。
上記方法は、それ故、シリコン上に、非常に高品質で、かつ周期表のIII族〜V族の元素ならびにGaAsのようなこれらの元素の化合物のヘテロエピタキシー(III−Vヘテロエピタキシー)によってさらなる堆積が可能な単結晶構造のゲルマニウム層を得ることができる。
しかし、得られたGe層は、わずかにひずんでおり(格子パラメータがバルクGeよりもわずかに小さい)、その後のヘテロエピタキシー層の堆積、例えばGe上でのGaAsの堆積に有害である可能性がある。Ge層は、このひずみをその後の温度上昇で緩和できるが、これは、表面を再び粗くするという残念な影響をもたらし、それゆえ、例えば、欠陥の発生により、その後のIII−Vへテロエピタキシー堆積を阻害する。
例えば、オゾン化水浴、希釈HF浴およびIPA存在下での乾燥を用いてウェハを洗浄した後、ヘテロエピタキシー層、例えばGeまたはGaAsを堆積させてもよい。
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