JP2008544556A

JP2008544556A - ゲルマニウム膜を堆積させる方法

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Publication number: JP2008544556A
Application number: JP2008518493A
Authority: JP
Inventors: ハナー，エス．ブラッド
Original assignee: サンディスクスリーディー，エルエルシー
Priority date: 2005-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2008-12-04
Also published as: CN101248209A; EP1893783A1; KR20080032066A; WO2007002569A1; US20060292301A1; US7678420B2

Abstract

化学気相堆積法により、連続的で滑らかなゲルマニウム膜層が提供される。このゲルマニウム膜層は十分に低い温度で金属基板上に堆積されて、アルミニウムおよび銅など、温度の影響を受けやすい材料と一緒に使用するのに適したゲルマニウムデバイスを提供する。別の化学気相堆積法により、連続的で滑らかなシリコン−ゲルマニウム膜層が提供される。このシリコン−ゲルマニウム膜層は十分に低い温度で二酸化シリコン基板上に堆積されて、アルミニウム、銅およびカルコゲナイドメモリ材料など、温度の影響を受けやすい材料と一緒に使用するのに適したゲルマニウムデバイスを提供する。

Description

本発明は、化学気相堆積法でゲルマニウム膜を堆積させる方法に関する。

化学気相堆積法によるゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウムの堆積は被着基板(receiving substrate) の影響を強く受けることが当業者に知られている。例えば、シリコン基板へのゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウムの堆積は比較的容易である。他方、従来、二酸化シリコン基板または金属基板へのゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウムの堆積は、結果的にヘテロジニアスまたはランピー(lumpy) な堆積とするのに多大なインキュベーション時間（堆積開始までの時間）を要し、基板によっては温度４５０℃未満でまったく堆積しない。したがって、温度４５０℃未満で非晶質ゲルマニウム膜を金属または二酸化シリコンの基板上に堆積させる新たな優れた方法が強く望まれている。
米国公開特許出願第２００５００１２１１９号 M. Cao, A. Wang, K. C. Saraswat 共著，「Low Pressure Chemical Vapor Deposition of Si1-x Gex Films On SiO2 （ＳｉＯ2 へのＳｉ1-x Ｇｅx 膜の低圧化学気相堆積）」，Journal of the Electrochemical Society 142, 1566-1572 (1995)

ある好ましい化学気相堆積法では、連続的で滑らかなゲルマニウム膜がシリコンシード付き金属基板上に十分に低い温度で堆積されて、アルミニウムおよび銅など、温度の影響を受けやすい材料と集積させるのに適したゲルマニウムデバイスが提供される。別の好ましい化学気相堆積法では、連続的で滑らかなゲルマニウム膜が二酸化シリコンシード付き基板に十分に低い温度で堆積されて、アルミニウム、銅、Ｇｅ₂ Ｓｂ₂ Ｔｅ₅ をはじめとするカルコゲナイドなど、温度の影響を受けやすい材料と一緒に使用するのに適したゲルマニウムデバイスが提供される。

添付図面と組み合わせて本発明の好ましい実施形態の以下の説明を参照することにより、本発明の前述した特徴およびステップならびにそれらを達成する態様が明らかとなり、本発明は最もよく理解される。

金属基板および二酸化シリコン基板上にゲルマニウム膜を堆積させる方法を開示する。以下の説明は、あらゆる当業者が本発明を作成および使用できるようにするために提供されるものである。説明に際し、本発明の十分な理解をもたらすために専門用語を記載する。具体的な用途および方法の説明は例として記載されるに過ぎない。当業者には、好ましい実施形態の種々の変形例がすぐに明らかになるであろう。本願明細書記載の一般原理は、本発明の精神および範囲から逸脱せずに他の実施形態および用途に適用することもできる。したがって、本発明は記載された実施形態に限定されるものではなく、本願明細書に開示されている原理およびステップに矛盾しない最も広い範囲が与えられるべきものである。

ここで、図、特にその中の図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態による化学気相堆積法１１２のフローチャートが示されている。開示されている方法１１２により、非晶質または多結晶のゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム均質膜を化学気相堆積により３２０℃未満というごく低い温度で二酸化シリコン基板および金属基板上に堆積させることが可能となる。これについて、この方法は、例えば、S. B. HernerおよびM. Mahajani による「Method for Making High Density Nonvolatile Memory （高密度の不揮発性メモリを作成する方法）」という米国公開特許出願第２００５００１２１１９号（特許文献１）などに記載されているメモリデバイスで使用される半導体デバイスに適用される。

この堆積法１１２を詳述するのに先立ち、ゲルマニウムおよびシリコン−ゲルマニウム（以下、個別にまたは総称して単にＧｅ膜と呼ぶこともある）を二酸化シリコン基板または金属基板上に堆積させるための現状技術を簡単に見直すことが有利である。これに関し、化学気相堆積によってＧｅ膜を二酸化シリコン基板上へ堆積させる標準的な方法は、最初にシード層としてシリコン薄膜が堆積させることである。シリコン膜シード層は所定最小厚で堆積され、シリコンとゲルマニウムを組み合わせた層またはシリコンとシリコン−ゲルマニウムを組み合わせた層の電気的性質にもたらされる影響を最小限とする役割を果たす。

シリコンシード層の堆積後、引き続き、化学気相堆積（ＣＶＤ）によって４５０℃より高いいずれかの温度でＧｅ膜層が堆積される。しかし、ＧｅＨ₄ プリカーサガスを用いてゲルマニウムを堆積させるＣＶＤ法には欠点がある。すなわち、Ｇｅ膜は、最後の膜をヘテロジニアスまたはランピーとしておくのに多大なインキュベーション時間（堆積開始までの時間）がかかることがあり、または基板によってはＧｅがまったく堆積しない。これは、ＧｅＨ₄ 分子を「分解(cracking)」して基板上にゲルマニウムを堆積させ且つ水素を除去することが難しいことに起因する。これに関し、（ＧｅＨ₄ 触媒を用いた）ＳｉＯ₂ 基板上へのゲルマニウム堆積は難しく、シリコン基板上へのゲルマニウム堆積の方が簡単であることが分かっている。

また、二酸化シリコン基板上へのシリコン−ゲルマニウム堆積が難しいことは当業者にとっては周知である。また、シリコン−ゲルマニウムが堆積しやすくなるように助けるために二酸化シリコン基板上にシリコン「シード」層を使用する方法も周知である。しかし、ＳｉのソースとしてＳｉＨ₄ を使う場合、これらのシリコンシード層の堆積は、いずれも５００℃を超える高温で実施される。例えば、その全体が本願明細書において参照により援用されている、M. Cao, A. Wang, K. C. Saraswat 共著，「Low Pressure Chemical Vapor Deposition of Si_1-x Ge_x Films On SiO₂ （ＳｉＯ₂ へのＳｉ_1-x Ｇｅ_x 膜の低圧化学気相堆積）」，Journal of the Electrochemical Society 142, 1566-1572 (1995)（非特許文献１）が参考となる。

ここで、図１を参照しながらこの堆積法１１２について詳細に考えると、このプロセスは、シリコンのシード膜を基板上に堆積させるために、シリコンガス源などの第１の触媒ガス源を、金属基板などの基板に流れさせる使用ステップ１１４から始まる。次に、使用ステップ１１６は、ゲルマニウム膜をシリコンのシード層上に堆積させるために、ゲルマニウムガス源などの第２の触媒ガス源をシード付き基板に流れさせる。以下に詳述されるように、採用されるシリコンガスのタイプおよび使用温度のため、シリコンのシード層は自己制限型のシード層である。これは、露出している下地層が完全に覆われるまでシリコン堆積反応が続行することを意味する。これにより、薄層の厚さが、例えば１〜３原子となり得る。また、第２の触媒ガスが十分に低い温度（３２０℃以下）で供給されるので、表面に膜層が堆積された金属基板は、他の方法による、より高温のゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム堆積に対応できない、温度の影響を受けやすい材料と一緒に使用するのに適している。

手短に述べると、この自己制限型のシリコンシード層は広く利用されている安価なプリカーサガスを使って形成され、従来技術で知られているよりもずっと低い温度（３２０℃未満）で基板上にＧｅを堆積させることを可能とする。さらには、このような低温堆積により、例えば、アルミニウム配線、カルコゲナイドメモリ材料および銅など、より高温（＞４７５℃）のＳｉまたはＳｉＧｅ堆積に対応できない、温度の影響を受けやすい材料を使用することが可能となる。また、この自己制限性によってＳｉの堆積が最小限となり、したがって、結果として得られるデバイスへのＳｉの影響が最小限となり、これは望ましいことである。最後に、従来技術を上回るこれらすべての利点は高価な特殊ガスを使用せずに達成される。

ここで、堆積法１１２をさらに詳細に考察すると、金属基板または二酸化シリコン基板上にＧｅ膜を堆積させる堆積法により、アルミニウム（Ａｌ）および銅（Ｃｕ）配線など、温度の影響を受けやすい他の材料と集積させることが可能となる。また、この方法１１２では、窒化チタン（ＴｉＮ）に関する「分解」のために、より低温のＳｉＨ₄ 触媒を利用して、自己制限型のシリコン層（約４Å）を作成する。Ｇｅ膜の堆積のためにそのようなシード層を使用することは独創性と新規性がある。また、シリコンシードの厚さを最小限にすることは非常に有利であり、自己制限性は操作者のミスを受けにくいため、本質的に生産性を高めるものである。

以下に詳述されるように、この堆積法１１２は、例えば温度３３０℃未満でＴｉＮまたはＳｉＯ₂ 基板上にＧｅ膜を堆積させる新規なプロセスを提供する。３３０℃（またはそれ以下）で非晶質Ｇｅ膜を堆積した後、この次のステップでこのＧｅ膜の結晶化が行なわれる。Ｇｅ膜の結晶化は、約３５０℃〜約４２５℃の温度で実施される。膜を非晶質に堆積した後、それに続くステップで、この非晶質Ｇｅ膜を、膜を結晶化させるのに十分な時間にわたって加熱するので、このようにして得られた結晶化半導体デバイスの性能は、結晶膜を堆積させた半導体デバイスと比べて優れている。Ｇｅ処理中の温度を４２５℃以下に保つことにより、Ｇｅ半導体デバイスを、アルミニウム相互接続またはカルコゲナイドメモリ材料など、温度の影響を受けやすい他の材料と集積させることができる。当業者には、これがその非晶質な状態でＧｅ膜を半導体として使用することを妨げるものではないことが分かるであろう。

本発明の化学気相堆積プロセスによってもたらされる利益の理解を深めるために、一連の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真または画像を示す（図２〜３、図５〜２３）。いずれのＳＥＭ写真においても、シリコンシード層は見えない。なお、シリコン膜が示される場合、このシリコン膜は別の堆積で堆積されたものである。図２４〜２５に示されるように、本発明のプロセス１１２では、１つの堆積中にＳｉＯ₂ 層Ｃ₂₄とＧｅ膜層Ａ₂₄が（２段階で）堆積される。Ｓｉシード層はＧｅ膜Ａ₂₄とＴｉＮ膜Ｂ₂₄の間に存在しているが見えないことに留意されたい。

ここで図２および３を参照すると、圧力１００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＧｅＨ₄ ガスを利用して、シード層を有しない２２ナノメータαシリコン基板１２に対して３０分間４００℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．１４８０μｍのゲルマニウム膜層Ａ₂ と、別途堆積された深さ約０．２１８０μｍのドープされたシリコンおよびドープされていないシリコンのシリコン膜層Ｂ₂ が示され、シリコン膜層Ｂ₂ は深さ約０．０９１０μｍの二酸化シリコン基板層Ｃ₂ 上に堆積されている。図４が最もよく見えるのだが、Ｘ線回折グラフ４１２は堆積されたＧｅ膜が多結晶であることを明確に裏付けるものである。別写真で示していないが、ＳＥＭ撮像から、前述した条件についてＳｉＯ₂ 基板およびＴｉＮ基板の両方で堆積が起こらなかったことも確認された。

ここで図５および６を参照すると、圧力４００ｍＴｏｒｒで供給される５００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＳｉＨ₄ ガスを利用して、αシリコン基板１５に対して６０分間３８０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０７５０μｍのゲルマニウム膜層Ａ₅ と、別途堆積された深さ約０．１５１０μｍのシリコン膜層Ｂ₅ が示され、シリコン膜層Ｂ₅ は深さ約０．０９５０μｍの二酸化シリコン基板層Ｃ₅ 上に堆積されている。

ここで図７および８を参照すると、圧力２００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＧｅＨ₄ ガスを利用して、二酸化シリコン基板１７に対して１０分間３８０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０９３０μｍのゲルマニウム膜層Ａ₇ と、別途堆積された深さ約０．０９３０μｍのＳｉＯ₂ 膜層Ｂ₇ が示されている。別写真で示していないが、ＳＥＭ撮像から、前述した条件についてＴｉＮ基板では堆積が起こらなかったことも確認された。

ここで図９および１０を参照すると、圧力８００ｍＴｏｒｒで供給される５００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＳｉＨ₄ ガスを利用して、αシリコン基板１９に対して６０分間３８０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０５７０μｍのゲルマニウム膜層Ａ₉ と、結果として得られた深さ約０．０５３０μｍのシリコン膜層Ｂ₉ が示され、シリコン膜層Ｂ₉ は深さ約０．１０００μｍの二酸化シリコン層Ｃ₉ 上に堆積されている。

ここで図１１を参照すると、圧力４００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＧｅＨ₄ ガスを利用して、ＳｉＯ₂ 基板２１に対して１０分間３８０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０７３０μｍのゲルマニウム膜層Ａ₁₁と、ＳｉＯ₂ 基板層２１上の、結果として得られた深さ約０．０８８０μｍのＳｉＯ₂ 膜層Ｂ₁₁が示されている。

ここで図１２を参照すると、圧力４００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＧｅＨ₄ ガスを利用して、ＴｉＮ基板２２に対して１０分間３８０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０８６０μｍのゲルマニウム膜層Ａ₁₂と、結果として得られた深さ約０．０２９０μｍのＴｉＮ膜層Ｂ₁₂が示され、ＴｉＮ膜層Ｂ₁₂は深さ約０．０９００μｍの二酸化シリコン層Ｃ₁₂上に堆積されている。

図９〜１２について、シリコンシード形成相のときに高圧力にすることにより、ＳｉＯ₂ 基板１９およびＴｉＮ基板２２の両方にＧｅをより良く堆積させることができたことが分かる。

ここで図１３および１４を参照すると、圧力８００ｍＴｏｒｒで供給される５００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＳｉＨ₄ ガスを利用して、αシリコン基板２３に対して６０分間３６０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０４００μｍのゲルマニウム膜層Ａ₁₃と、結果として得られた深さ約０．０６００μｍのシリコン膜層Ｂ₁₃が示され、シリコン膜層Ｂ₁₃は深さ約０．０９９０μｍの二酸化シリコン層Ｃ₁₃上に堆積されている。

ここで図１５を参照すると、圧力４００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＧｅＨ₄ ガスを利用して、ＳｉＯ₂ 基板２５に対して１０分間３６０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０４１０μｍのゲルマニウム膜層Ａ₁₅と、ＳｉＯ₂ 基板層２５上の、結果として得られた深さ約０．０９３０μｍのＳｉＯ₂ 膜層Ｂ₁₅が示されている。

ここで図１６を参照すると、圧力４００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＧｅＨ₄ ガスを利用して、ＴｉＮ基板２６に対して１０分間３６０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０４７０μｍのゲルマニウム膜層Ａ₁₆と、結果として得られた深さ約０．０３００μｍのＴｉＮ膜層Ｂ₁₆が示され、ＴｉＮ膜層Ｂ₁₆は深さ約０．０８６０μｍの二酸化シリコン層Ｃ₁₆上に堆積されている。

図１３〜１６に関し、基板を完全に覆うシード層を提供する温度が低温であるほど、その際のＳｉＨ₄ の分解の効率が最も下がるようであるため、温度を低くすることによってＳｉＯ₂ 基板上のＧｅ膜堆積が悪くなることが分かる。Ｇｅ膜は多結晶であるので、結果として得られるＧｅ膜を非晶質とするには堆積をもっと小さくする必要があることが分かる。

ここで図１７および１８を参照すると、圧力８００ｍＴｏｒｒで供給される５００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＳｉＨ₄ ガスを利用して、αシリコン基板２７に対して６０分間３４０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０４００μｍのゲルマニウム膜層Ａ₁₇と、別途堆積された深さ約０．０２６０μｍのシリコン膜層Ｂ₁₇が示され、シリコン膜層Ｂ₁₇は深さ約０．０９３０μｍの二酸化シリコン層Ｃ₁₇上に堆積されている。このプロセスにより、約４０Å／分のＧｅ膜堆積速度が得られる。

ここで図１９を参照すると、圧力８００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＧｅＨ₄ ガスを利用して、ＴｉＮ基板２９に対して１０分間３４０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０７００μｍのゲルマニウム膜層Ａ₁₉と、結果として得られた深さ約０．０３８０μｍのＴｉＮ膜層Ｂ₁₉が示され、ＴｉＮ膜層Ｂ₁₉は深さ約０．１０１０μｍの二酸化シリコン層Ｃ₁₉上に堆積されている。このプロセスにより、約７０Å／分のＧｅ膜堆積速度が得られる。別写真で示していないが、ＳＥＭ撮像により、前述した条件についてＳｉＯ₂ 基板では堆積が起こらなかったことも確認された。

図１７〜１９に関し、温度を下げるとＳｉＯ₂ 基板上にＧｅ膜がまったく堆積しなかったことが分かる。また、ＴｉＮ基板上のＧｅ膜堆積さえも悪くなった。シリコン膜およびゲルマニウム膜は依然として多結晶であるので、結果として得られるＧｅ膜を非晶質とするには堆積をもっと小さくする必要があることが分かる。

ここで図２０および２１を参照すると、圧力１，０００ｍＴｏｒｒで供給される５００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＳｉＨ₄ ガスを利用して、αシリコン基板３０に対して６０分間３２０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．１２８０μｍのゲルマニウム膜層Ａ₂₀と、ＴｉＮ基板層上の、別途堆積された深さ約０．０９８０μｍのシリコン膜層Ｂ₂₀が示されている。

ここで図２２および２３を参照すると、圧力１，０００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＧｅＨ₄ ガスを利用して、ＴｉＮ基板３２に対して２０分間３２０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０６４０μｍのゲルマニウム膜層Ａ₂₂と、結果として得られた深さ約０．０２７０μｍのＴｉＮ膜層Ｂ₂₂が示され、ＴｉＮ膜層Ｂ₂₂は深さ約０．０９３０μｍの二酸化シリコン層Ｃ₂₂上に堆積されている。このプロセスにより、約３２Å／分のＧｅ堆積速度が得られる。図２０〜２２についても、Ｇｅ膜堆積が非晶質となっていることが分かるが、ＴｉＮ基板３２上では堆積は幾分か不規則に見える。

ここで図２４と２５を参照すると、３８０℃および３２０℃を組み合わせたプロセスを用いたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、圧力１，０００ｍＴｏｒｒで供給される５００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＳｉＨ₄ ガスを利用して、ＴｉＮ基板３４に対して６０分間３８０℃でシリコンのシード層Ｃ₂₄が堆積される。次に、圧力１，０００ｍＴｏｒｒで供給される２００ｃｍ³ 毎分（標準状態下）のＧｅＨ₄ ガスを利用して、２０分間３２０℃でＧｅ膜層Ａ₂₄が堆積される。これに関し、結果として得られた深さ約０．０６４０μｍのゲルマニウム膜層Ａ₂₄と、結果として得られた深さ約０．０２７０μｍのＴｉＮ膜層Ｂ₂₄が示され、ＴｉＮ膜層Ｂ₂₄は深さ約０．０９３０μｍの二酸化シリコン層Ｃ₂₄上に堆積されている。

要約すれば、適用温度が、Ａｌ、Ｃｕ配線またはＧＳＴ材料に完全に対応できる十分に低い温度（３２０℃以下）のとき、２種類の温度を用いたプロセス（１回の堆積）によって連続的で滑らかな膜が得られる。また、ＳｉＨ₄ ガスはＴｉＮ上で、シリコン基板上または二酸化シリコン基板層上よりも低い温度でもっと速やかに分解すると結論できる。最後に、シリコン層が堆積されるとＳｉＨ₄ ガスはもう分解することはなく、自己制限型のプロセスとなる。この自己制限性によってシリコン堆積が最小限となり、したがって、結果として得られたＧｅまたはＳｉＧｅデバイスへのシリコンの影響が最小限となり、これは非常に望ましい。最も重要なのは、この自己制限型のプロセスが、特殊なガスを用いるのではなくて、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅ堆積のためにすぐに入手可能なガスを利用して実施される点である。

以上、本発明の特定の実施形態を開示したが、種々の他の変更が可能であり、また、そのような変更は添付の特許請求の範囲の真の精神および範囲内にあると考えられることを理解されたい。例えば、ＴｉＮ基板について効果を示したが、この効果はＴａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｗｎなどの他の金属基板のみならず、ＳｉＯ₂ 、ＳｉＮおよびＳｉＮ_x 基板などの他のシリコンタイプ基板にも有用であろうことが十分に予想される。好ましい実施形態について、ＳｉＨ₄ ガスなど、一般的なソース触媒ガス源を使用することを説明したが、より低温でＳｉシード層を堆積するために分解する、もっと高価格のＳｉガス源も利用可能であると考えられる。例えば、ジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）およびトリシラン（Ｓｉ₃ Ｈ₈ ）が利用可能である。同様に、ＧｅＦ₄ 、ＧｅＢｒ₄ 、またはＧｅＣｌ₄ のような別のＧｅガス源も利用可能である。したがって、本願明細書に示される正確な要約または開示に限定されることは一切ない。

本発明の好ましい実施形態による化学気相堆積法を示す説明的なフローチャートである。約４００℃の高温でＧｅＨ₄ の触媒ガスを用いた化学気相堆積プロセスを施された、シード層なしのαシリコン基板の写真である。図２に関して記載された化学気相堆積プロセスを施された後のαシリコン基板の写真である。図２に示された堆積ゲルマニウム膜層が多結晶であることを示すＸ線回折グラフである。約３８０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。図５に関して記載された化学気相堆積プロセスを施された後のαシリコン基板の写真である。約３８０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施された二酸化シリコン基板の写真である。図７に関して記載された化学気相堆積プロセスを施された後の二酸化シリコン基板の写真である。約３８０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。図９に関して記載された化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。約３８０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施された二酸化シリコンの写真である。約３８０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。約３６０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。図１３に関して記載された化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。約３６０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施された二酸化シリコン基板の写真である。約３６０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。約３４０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。図１７に関して記載された化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。約３４０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。約３２０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。図２０に関して記載された化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。約３２０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。図２２に関して記載された化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。本発明の好ましい実施形態による化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。図２４に関して記載された化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。

Claims

化学気相堆積プロセスであって、
金属基板上に自己制限型のシリコン膜層を堆積させるために第１の触媒ガスを温度３２０℃以下で用いるステップと、
前記自己制限型のシリコン膜層上にゲルマニウム膜層を堆積させるために第２の触媒ガスを温度３２０℃以下で用いるステップと、
を含む化学気相堆積プロセス。
化学気相堆積プロセスであって、
金属基板上に非晶質ゲルマニウム膜層を堆積させるために触媒ガスを約３２０℃の温度で用いるステップを含む化学気相堆積プロセス。
請求項２記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記金属基板上にシリコンシード層を堆積させるために触媒ガスを約３２０℃の温度で用いるステップをさらに含む化学気相堆積プロセス。
請求項３記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記金属基板が、ＴｉＮ基板である化学気相堆積プロセス。
請求項４記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記別の触媒ガスが、ＳｉＨ₄ である化学気相堆積プロセス。
請求項５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記シリコンシード層が、自己制限型のシード層である化学気相堆積プロセス。
化学気相堆積プロセスであって、
シリコン膜層を金属基板上に堆積させるために第１の触媒ガスを温度約３２０℃〜約３８０℃で用いるステップと、
前記シリコン膜層上にゲルマニウム膜層を堆積させるために第２の触媒ガスを温度３２０℃以下で用いるステップと、
を含む化学気相堆積プロセス。
請求項７記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記シリコン膜層が、厚さ約１原子〜厚さ約３原子の厚みを備えたシリコンの層である化学気相堆積プロセス。
請求項８記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記シリコンの層が、自己制限型の層である化学気相堆積プロセス。
請求項３記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記金属基板が、ＴｉＮ基板である化学気相堆積プロセス。
請求項１０記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記第１の触媒ガスが、ＳｉＨ₄である化学気相堆積プロセス。
請求項１０記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記第２の触媒ガスが、ＧｅＨ₄である化学気相堆積プロセス。
請求項７記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記ゲルマニウム膜層が、非晶質層である化学気相堆積プロセス。
請求項７記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記ゲルマニウム膜層が、多結晶層である化学気相堆積プロセス。
化学気相堆積プロセスであって、
基板上にシード膜層を堆積させるために第１の触媒ガスを約３２０℃〜約３８０℃の温度で用いるステップと、
前記シード膜層上にゲルマニウム膜層を堆積させるために第２の触媒ガスを温度３２０℃以下で用いるステップと、
を含む化学気相堆積プロセス。
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記基板が、金属基板である化学気相堆積プロセス。
請求項１６記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記基板が、ＴｉＮ基板である化学気相堆積プロセス。
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記基板が、Ｓｉ基板である化学気相堆積プロセス。
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記基板が、ＳｉＯ₂ 基板である化学気相堆積プロセス。
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記シード膜層が、シリコンの自己制限型のシード膜層である化学気相堆積プロセス。
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記ゲルマニウム膜層が、非晶質である化学気相堆積プロセス。
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記ゲルマニウム膜層が、多結晶ゲルマニウムである化学気相堆積プロセス。
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記ゲルマニウム膜が、均質なフィルム層である化学気相堆積プロセス。
請求項１７記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記第１の触媒ガスが、シリコンガス源である化学気相堆積プロセス。
請求項２４記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記シリコンガス源が、ＳｉＨ₄ 、Ｓｉ₂ Ｈ₆ およびＳｉ₃ Ｈ₈ からなる群から選択される化学気相堆積プロセス。
請求項１７記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記第２の触媒ガスが、ゲルマニウムガス源である化学気相堆積プロセス。
請求項２６記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記ゲルマニウムガス源が、ＧｅＨ₄ 、ＧｅＦ₄ 、ＧｅＢｒ₄ およびＧｅＣｌ₄ からなる群から選択される化学気相堆積プロセス。
請求項１６記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記金属基板が、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＷおよびＷｎからなる金属基板群から選択される化学気相堆積プロセス。
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記基板が、ＳｉＮ_x 基板である化学気相堆積プロセス。
請求項２１記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記非晶質ゲルマニウム膜を結晶化させるのに十分な時間にわたって前記非晶質ゲルマニウム膜を約３５０℃〜約４２５℃の温度に加熱するステップをさらに含む化学気相堆積プロセス。