JP2008506617A5

JP2008506617A5 -

Info

Publication number: JP2008506617A5
Application number: JP2007520787A
Authority: JP
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2012-11-29

Description

この課題は、特許請求の範囲に規定された発明によって解決される。請求項１は、第１の原料がシリコンを含有し、第２の原料がゲルマニウムを含有することを実質的に意図するものである。さらに、個々のインジェクションユニットを介して流量の時間経過を決定する、インジェクション圧、インジェクション周波数、パルス／ポーズの比、及び、１つ以上の他のインジェクションユニットのパルス／ポーズに対するパルス／ポーズの位相関係等の、流量パラメータが、それぞれ制御又は変化されるように構成される。

本発明は、Ｓｉ、Ｇｅ及び／又はＣを含有する１つ又は複数の液体の原料を不連続に吐出して使用し、引き続いて少なくとも加熱された空間で気相にする方法を提供する。これは、ＳｉＧｅ、歪ＳｉＧｅ，又はＳｉＧｅ：Ｃの製造に使用される。この方法は、原料を無接触で蒸発させて再現可能で粒のない膜の堆積を可能とするのみならず、膜形成中に付加的な液状前駆体インジェクションユニットを介して、インジェクションレート又はパルス／ポーズの比、あるいは互いの位相関係も、相互に独立に制御可能な、Ｓｉ、Ｇｅ及びＣの添加量の正確な制御を可能にする。それゆえ、この方法は、付加的な一群の原料を調節することによって組成勾配層の形成を可能とする。これは、技術的には、個々のインジェクション周波数又はパルス／ポーズの比、あるいはインジェクション圧も、調節することによって制御される。例えば、Ｓｉ表面上への歪シリコン膜の形成において、組成勾配を有するＳｉＧｅバッファー層、歪ＳｉＧｅ層、及び歪を緩和するＳｉ層の全てを、気相成分又はプロセス条件をその場で変化させることによって堆積可能であるという、開発された方法の長所が明らかである。それゆえ、この新しい方法の長所は、高いスループット、良好な化学量論の制御、プロセス条件の大いなる柔軟性、原子層レベルの精度での堆積、ナノレーヤ及びヘテロ構造の作成、組成勾配層等の核形成膜の制御された堆積である。特に、この不連続な吐出とガス拡散器との組み合わせにおいて、プロセス室内に導入されたガス状の原料物質が、広い基板面上に均一に拡散する。これは、堆積において、高い均一性を有効面積についての高い柔軟性と同時に可能とする。好ましくは、プロセス室は、真空室であることが重要である。そこでは、圧力は１０００ｍｂａｒ未満に設定可能になっている。プロセス室は加熱可能になっている。単一のプロセスステップ中に、基板上に複数の連続する膜が堆積可能となっている。膜の堆積は、実質的に流量パラメータだけを変化させることによって行われる。インジェクション圧若しくはインジェクション周波数、又はパルス／ポーズの比は、相互に引続く層間で中断を必要とせずに異なる品質の膜が直接相互に堆積されるように、変化可能になっている。さらに、本発明の方法を用いることにより、組成勾配層を堆積することができる。これは、少なくとも１つの膜を堆積する間に流量パラメータを連続的に変化させることによって形成される。これにより、垂直方向に連続的に変化する膜組成が形成される。また、この方法を用いて、堆積される２つの膜の間の連続的な移行も達成可能である。インジェクションユニットへの原料の流量を計測によって検出することは、好ましい。流量は、インジェクション周波数、パルス／ポーズの比、及び／又はインジェクション圧を変化させることによって、制御可能となっている。原材料としては、特に、シリコン及びゲルマニウムの四メチル化合物又はこれらの四エチル化合物が考慮される。特に、四塩化ゲルマニウム、四塩化シリコン、テトラエトキシゲルマニウム、テトラエトキシシリコン等の、室温で液体の前駆体が好ましい。前駆体は、高純度で使用可能となっている。しかしながら、有機溶媒もまた使用可能になっている。原料としては、液体の他に、液体に溶解した固体もまた可能になっている。膜は、窒化物を含有するのでもよい。基板ホルダーは、回転可能になっている。各インジェクションユニットには、個々に流量計が割り当てられる。複数のインジェクションユニットが単一のマルチチャネルインジェクションユニットに割り当て可能になっている。そして、各マルチチャネルインジェクションユニットが個々に蒸発室に割り当てられるのは、好ましい。これらの各蒸発室は、温度制御可能になっている。また、蒸発室とプロセス室と間のガス管も、温度制御可能になっている。プロセス室内には、シャワーヘッド状のガス拡散器が配置可能になっている。このシャワーヘッド状のガス拡散器は、基板の上方に設けられる。ガス拡散器の下方に設けられた開口から、基板面の上方で反応するために、プロセス室内にプロセスガスが流れ、そこで膜が形成される。本装置は、電子制御ユニットを有する。この電子制御ユニットを介して、個々の流量パラメータが制御され、調節される。

図１は、本方法を実施するための装置の構成を示す模式図である。本装置は、マルチチャネルインジェクションユニット６を介して、液体の又は液体に溶解した金属原料を不連続に吐出して使用し、一元又は多元の材料を堆積することに使用され、インジェクション周波数、インジェクション圧、パルス／ポーズの比、及び相互の位相関係において各チャネル５がそれぞれ流量制御のために調節可能となっている。本装置は、Ｓｉ薄膜とＧｅ薄膜又はＳｉＧｅ薄膜をＳｉ基板又はＧｅ基板上に堆積するために特に使用される。

Claims

プロセス室（２）内において少なくとも１つの半導体膜を少なくとも１つの基板上に堆積する膜の堆積方法であって、
パルス的に開閉するノズル弁を有する複数のインジェクションユニット（５）を用いて、液体の又は液体に溶解したＳｉを含有する第１の原料及び／又はＧｅを含有する第２の原料を温度制御された蒸発室（４）にパルス状に不連続に吐出し、前記第１の原料と前記第２の原料を前記蒸発室（４）内で蒸発させ、当該蒸気をキャリアガス（７）と共に前記プロセス室（２）に導入し、
インジェクション圧と、インジェクション周波数と、パルス／ポーズの比と、１つ以上の他のインジェクションユニット（５）のパルス／ポーズに対するパルス／ポーズの位相関係と、を含む前記各インジェクションユニット（５）に関する流量パラメータを制御することによって、前記第１の原料と前記第２の原料（３）の流量の時間経過を個々に制御し、
前記蒸発した原料を４族の基板上に堆積して、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳｉＧｅの膜のうちの少なくとも１つを形成する、
ことを特徴とする膜の堆積方法。
前記プロセス室（２）内の圧力が１０００ｍｂａｒ未満であることを特徴とする請求項１に記載の膜の堆積方法。
前記プロセス室（２）が温度制御されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の膜の堆積方法。
単一のプロセス工程で複数の連続した膜が前記基板（１）上に堆積されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
連続した膜の堆積において、前記各インジェクションユニット（５）に関する流量パラメータだけを変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
少なくとも１つの膜を堆積中に、垂直方向の連続的な組成変化又は相互に堆積される膜間での連続的な推移を形成するように、前記各インジェクションユニット（５）に関する流量パラメータを連続的に変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
前記各インジェクションユニット（５）への前記第１の原料及び前記第２の原料の流量が流量計（９）を介して検出され、前記流量が、前記インジェクション周波数、前記パルス／ポーズの比、及び前記インジェクション圧のうちのいずれか１つ以上を変化させることによって制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
ナノレーヤ、ヘテロ接合、核形成膜、及び組成勾配層のうちのいずれか１つ以上を堆積することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
液体に溶解した固体原料を使用することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
実質的に前記第１の原料のみが吐出されて膜の堆積が始まり、次に、引続いて前記第１の原料の流量を連続的に減らすと共に前記第２の原料の流量を前記第１の原料が実質的に０になるまで増やすことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
成膜すべき表面が、垂直構造の壁及び底に均一に堆積するように蒸発した原料が拡散するトレンチ、を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
堆積された膜が、炭素、ホウ素、りん、砒素、又はその他のドーパントを含有することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
少なくとも前記第１の原料及び前記第２の原料のうちの１つが、四塩化ゲルマニウム、四塩化シリコン、テトラエトキシゲルマニウム、テトラエトキシシリコン、又はシリコン若しくはゲルマニウムの同様の有機金属化合物を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
プロセスが、３００〜１２００℃の間の処理温度で行われることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
結晶面上に、少なくともＳｉ、Ｇｅ、及びＳｉＧｅの膜のうちの少なくとも１つの膜がエピタキシャルに堆積されることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
前記基板が、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、及びＧｅの基板のうちのいずれか１つ以上からなることを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
ＳｉＧｅをＳｉ_{（１−ｘ）}Ｇｅ_ｘ（０≦ｘ≦１）とするとき、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅ：Ｃ、ＳｉとＧｅとのヘテロ構造、ＳｉＧｅとＳｉＧｅとのヘテロ構造、及びＳｉＧｅバッファーのうち、少なくとも１つの膜が堆積されることを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
前記第１の原料及び前記第２の原料が同時又は交互に吐出されることを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
気体で導入された前記第１の原料及び／又は前記第２の原料が、前記ガス拡散器（１５）によって基板によって占められた面上に均一に拡散されることを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
堆積プロセス中に、１枚以上の堆積すべき基板を回転させることを特徴とする請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
堆積する膜の少なくとも一部が歪み又は歪みが緩和されることを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
異なる種類の膜を堆積する原料を並行に導入するための、少なくとも２つの制御可能な前記インジェクションユニット（５）を有することを特徴とする請求項１乃至請求項２１のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。
前記第１の原料及び／又は前記第２の原料の複数のパルス状の吐出によって時間的に平均された流量が、シリコンとゲルマニウムの重量比率が基板上に堆積される膜内において膜厚方向に変化するように、連続的又はステップ状に調節されることを特徴とする請求項１乃至請求項２２のいずれか１項に記載の膜の堆積方法。