JP2010533989A - 基板上に結晶ゲルマニウム層を形成する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ベース基板を洗浄して表面から汚染物および/または自然酸化物を除去する工程と、
ベース基板の表面上にアモルファスゲルマニウム層を形成する工程と、
ベース基板のアニールによりアモルファスゲルマニウム層を結晶化して、結晶ゲルマニウム層を形成する工程と、を含む。
ベース基板を洗浄して表面から汚染物および/または自然酸化物を除去する工程と、
ベース基板の表面上にアモルファスゲルマニウム層を形成する工程と、
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ベース基板を洗浄して表面から汚染物および/または自然酸化物を除去する工程と、
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シリコン基板のアニールによりアモルファスゲルマニウム層を結晶化して、結晶ゲルマニウム層を形成する工程と、を含む。
シリコン基板を洗浄して表面から汚染物および/または自然酸化物を除去する工程と、
シリコン基板の表面上にアモルファスゲルマニウム層を形成する工程と、
シリコン基板のアニールによりアモルファスゲルマニウム層を結晶化して、結晶ゲルマニウム層を形成する工程と、を含み、
アモルファスゲルマニウム層を形成する工程は、水素プラズマ、H2フラックス、またはGeH4の分解で得られる水素のような水素源、N2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、またはそれらの混合物のような非反応性ガス源、または水素と非反応性ガスの混合物にシリコン基板を露出させて行われる。
シリコン基板を洗浄して表面から汚染物および/または自然酸化物を除去する工程と、
シリコン基板の表面上にアモルファスゲルマニウム層を形成する工程と、
シリコン基板のアニールによりアモルファスゲルマニウム層を結晶化して、結晶ゲルマニウム層を形成する工程と、を含み、
アモルファスゲルマニウム層を形成する工程は、水素プラズマ、H2フラックス、またはGeH4の分解で得られる水素のような水素源にシリコン基板を露出させて行われる。
シリコン基板を洗浄して表面から汚染物および/または自然酸化物を除去する工程と、
シリコン基板の表面上にアモルファスゲルマニウム層を形成する工程と、
シリコン基板のアニールによりアモルファスゲルマニウム層を結晶化して、結晶ゲルマニウム層を形成する工程と、を含み、
アモルファスゲルマニウム層を形成する工程は、N2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、またはそれらの混合物のような非反応性ガス源にシリコン基板を露出させて行われる。
ベース基板を洗浄して表面から汚染物および/または自然酸化物を除去する工程と、
ベース基板の表面上にアモルファスゲルマニウム層を形成する工程と、
ベース基板のアニールによりアモルファスゲルマニウム層を結晶化して、結晶ゲルマニウム層を形成する工程と、を含み、
アモルファスゲルマニウム層を形成する工程は、水素プラズマ、H2フラックス、またはGeH4の分解で得られる水素のような水素源、N2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、またはそれらの混合物のような非反応性ガス源、または水素と非反応性ガスの混合物にベース基板を露出させて行われる。
a.例えば結晶表面のような表面を有するベース基板を得て、汚染物および/または酸化物を表面から除去するためにベース基板を洗浄する工程と、
b.ベース基板上にアモルファスゲルマニウム層を形成する工程と、
c.アモルファスゲルマニウム層を熱アニールして、アモルファスゲルマニウム層を結晶層に結晶化する工程と、を含み、
熱アニールは、窒素含有雰囲気で行われる。
a.例えば結晶表面のような表面を有するベース基板を得て、汚染物および/または酸化物を表面から除去するためにベース基板を洗浄する工程と、
b.例えば水素プラズマ、H2フラックス、またはGeH4の分解で得られる水素のような水素源、および/または例えばN2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、またはそれらの混合物のような非反応性ガス源に、ベース基板を露出させながら、ベース基板上にアモルファスゲルマニウム層を形成する工程と、
c.アモルファスゲルマニウム層を熱アニールして、アモルファスゲルマニウム層を結晶層に結晶化する工程と、を含む。
a.例えば結晶表面のような表面を有するベース基板を得て、汚染物および/または酸化物を表面から除去するためにベース基板を洗浄する工程と、
b.例えば水素プラズマ、H2フラックス、またはGeH4の分解で得られる水素のような水素源に、ベース基板を露出させながら、ベース基板上にアモルファスゲルマニウム層を形成する工程と、
c.アモルファスゲルマニウム層を熱アニールして、アモルファスゲルマニウム層を結晶層に結晶化する工程と、を含む。
a.例えば結晶表面のような表面を有するベース基板を得て、汚染物および/または酸化物を表面から除去するためにベース基板を洗浄する工程と、
b.例えばN2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、またはそれらの混合物のような非反応性ガス源に、ベース基板を露出させながら、ベース基板上にアモルファスゲルマニウム層を形成する工程と、
c.アモルファスゲルマニウム層を熱アニールして、アモルファスゲルマニウム層を結晶層に結晶化する工程と、を含む。
a.例えばSi(111)基板のような、六方対称または六面対称の結晶表面のような、少なくとも六方対称または六面対称の表面を有するSi基板を洗浄し、汚染物および/または自然酸化物を表面から除去する工程と、
b.例えばSi(111)基板のような、少なくとも六方対称または六面対称の表面を有するSi基板の表面上に、アモルファスゲルマニウム層を形成する工程と、
c.ベース基板をアニールしてアモルファスゲルマニウム層を結晶化し、結晶ゲルマニウム層を形成する工程と、を含む。
この例では、Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、〜50nmの厚さのa−Ge(アモルファスGe)が、Si(111)基板上にPECVDにより堆積された。次に、基板は、真空中で、〜1e−8torrのバックグラウンド圧力で、〜750℃の温度でアニールされた。
この実験は、真空中でアニールする代わりに、〜750℃のNプラズマ中(バックグラウンド圧力は〜2e−5torr)でアニールが行なわれたことを除いて、先の実験、即ち例N357と同様である。
(例N371)
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、〜12nmの厚さのa−Ge(アモルファスGe)が、真空装置中で堆積された。水素は添加されなかった。アニールは、真空中(〜5e−9tprrバックグラウンド圧力)で、〜750℃の温度で行われた。
例N373は、アニールが、真空中の代わりにNプラズマ中(〜2e−5tprrバックグラウンド圧力)で、〜750℃の温度で行われたことを除いて、例N371と同様である。
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、基板は直ぐに真空装置に入れられた。基板は脱ガスされた。58nm厚さのGe層が、〜150℃で、Ge源の熱蒸着により堆積された。堆積中、0.6sccmのH2フラックスが基板に向けられ、水素が層中取り込まれた。バックグラウンド圧力は、〜1e−4torrであった。
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、基板は直ぐに真空装置に入れられた。基板は脱ガスされた。58nm厚さのGe層が、〜150℃で、Ge源の熱蒸着により堆積された。堆積中、0.6sccmのH2フラックスが基板に向けられ、水素が層中取り込まれた。バックグラウンド圧力は、約1e−4torrであった。
(例NSG33−ASRTA1)
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、〜110nm厚さのnドープa−GeがSi(111)上にPECVDで堆積された。
この例は、アニールを除いて、NSG33−ASRTA1と同様である。この例では、アニールが、600℃まで10分の遅い傾斜(slow ramp)で行われ、600℃で1分間アニールした。
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、91nmの厚さのa−Ge(アモルファスGe)が、Si(111)基板上にPECVDにより堆積された。B2H6がプラズマに添加され、Bを含むa−Ge層が形成された。
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、91nmの厚さのa−Geが、Si(111)基板上にPECVDにより堆積された。PH3がプラズマに添加され、Pを含むa−Ge層が形成された。アニールは、真空中で、窒素プラズマ(〜2e−5torrのバックグラウンド圧力)の下で、〜750℃で行われた。
(例N499−A1)
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、基板は直ぐに真空装置に入れられた。基板は脱ガスされた。58nm厚さのGe層が、〜150℃で、Ge源の熱蒸着により堆積された。堆積中、0.6sccmのH2フラックスが基板に向けられ、アモルファスGe層の堆積中に水素が存在した。バックグラウンド圧力は、〜1e−4torrであった。アニールは、NH3雰囲気で、600℃で1分間行われた。
この例は、Geの堆積中にH2流が用いられないことを除いて、例N499−A1と同様である。バックグラウンド圧力は、〜1e−9torrであった。アニールは、N2雰囲気で、600℃で1分間行われた。
(例N525−A1)
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、基板は直ぐに真空装置に入れられた。基板は脱ガスされた。〜60nm厚さのGeが、〜150℃で、Ge源の熱蒸着により堆積された。堆積後、基板は〜750℃の温度に加熱され、その間に0.6sccmのH2フラックスが基板に照射された。バックグラウンド圧力は、〜1e−4torrであった。アニールは、N2雰囲気で、600℃で1分間行われた。
この例は、0.6sccmのH2フラックス(〜1e−4torrのバックグラウンド圧力)に代えて、0.3sccmのH2フラックス(〜5e−5torrのバックグラウンド圧力)を用いることを除いて、例N525−A1と同様である。
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、12nmの厚さのa−Geが、Si(111)基板上にPECVDにより堆積された。アニールは、真空中で、窒素プラズマ(〜2e−5torrのバックグラウンド圧力)の下で、〜750℃で行われた。
(例N377)
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、〜100nmの厚さのa−Ge層が、Si(111)基板上にPECVDにより堆積された。アニールは、真空中で、〜2e−5torrの窒素プラズマの下で、〜750℃で行われた。使用されたプラズマの設定は、1.2sccmN2および180WのRF(Radio Frequency)パワーであった。
例N378は、180Wに代えて、500WのRFパワーが使用された点を除いて、例N377と同じ条件で行われた。
(例N391)
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、〜88nmの厚さのa−Ge層が、Si(111)基板上にPECVDにより、〜200℃の基板温度で堆積された。アニールは、真空中で、窒素プラズマの下(〜2e−5torrのバックグラウンド圧力)、〜750℃の温度で行われた。
例N392は、玲得N391と同じ条件で行われたが、堆積中、基板は〜100℃に保持され、a−Ge層は80nmの厚さで形成された。
(例N526−A1)
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、基板は直ぐに真空装置に入れられた。基板は脱ガスされた。61nm厚さのGeが、〜150℃で、Ge源の熱蒸着により堆積された。堆積中、0.3sccmのH2フラックスが基板に照射され、a−Ge層の堆積中に水素が存在した。バックグラウンド圧力は、〜1e−4torrであった。アニールは、N2雰囲気で、600℃で1分間行われた。
堆積温度が、150℃に代えて300℃であったことを除き、例N527−A1は例N526−A1と同様である。
堆積温度が、150℃に代えて500℃であったことを除き、例N528−A1は例N526−A1と同様である。
堆積温度が、150℃に代えて0℃であったことを除き、例N530−A1は例N526−A1と同様である。上記例のXRDとXRR測定の結果は、以下のようにまとめられる。
(例N499−A1)
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、基板は直ぐに真空装置に入れられた。基板は脱ガスされた。58nm厚さのGeが、〜150℃で、Ge源の熱蒸着により堆積された。堆積中、0.6sccmのH2フラックスが基板に照射され、層中に水素が取り込まれた。バックグラウンド圧力は、〜1e−4torrであった。アニールは、N2雰囲気で、600℃で1分間行われた。
堆積前に、基板が〜750℃に加熱され、0.6sccmのH2フラックスが基板に照射されたことを除き、この例は例N499−A1と同様である。
(例N402)
GaAs(001)基板が熱洗浄され、自然酸化物が除去された。この後、〜100nm厚さで、pドープのa−Ge層がPECVDで堆積された。アニールは、真空中で、Nプラズマの下、〜750℃の温度(バックグラウンド圧力は〜2e−5torr)で行われた。
GaAs(001)基板が熱洗浄され、自然酸化物が除去された。この後、〜500nm厚さで、pドープのa−Ge層がPECVDで堆積された。アニールは、真空中で、Nプラズマの下、〜500℃の温度(バックグラウンド圧力は〜2e−5torr)で行われた。PHEED測定は、アニール後に結晶Geを示した。XRD測定から、GaAsとの小さな格子不整合にもかかわらず、500nmGeピークが識別された。XRDロッキングカーブは、129秒であった。結晶Ge層の表面は非常に平坦に見え、XRRの測定粗さは、2.2nmであった。HALL測定は41オーム/スクエア、p型ドーピング、1.5e19ホール/cm3、204cm2/Vsを示した。
本発明の具体例にかかる方法を用いて、GaAs基板上のa−Geが結晶化できる。
1.5e19ホール/cm3、204cm2/Vsが得られる。
本発明の具体例にかかる方法を用いて、〜500nmのa−Geが結晶化された。
(001)方位基板が、本発明の具体例にかかる方法を用いたGeの結晶化に用いられる。
Ge基板上の結晶化されたGeの結晶品質はチェックが困難であるため、GaN層をGe層上に成長させた。GaNの結晶が見られることは、下層の結晶化されたGe層が良好な品質であることを示す。これは「結晶化されたGe上のGaN成長」(他を参照)の実験で示されている。
(例NSG49−A)
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、〜500nmの厚さで、nドープのa−Ge層がPECVDにより堆積された。アニールは、真空中で、窒素雰囲気で、600℃で5分間行われた。
(例N403)
Ge(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、〜100nm厚さで、pドープのa−Ge層がPECVDで堆積された。アニールは、真空中で、Nプラズマの下、〜750℃の温度で5分間行われた。続いて、〜700℃の温度で、〜100nm厚さのGaNが堆積された。
Si(111)(4°オフカット)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、〜100nmの厚さで、pドープのa−Ge層がPECVDにより堆積された。アニールは、真空中で、Nプラズマの下で、〜750℃で5分間行われた。次に、〜200nm厚さのGaN層が、〜550°の温度で形成された。
(例N727−A1)
Si(111)基板が化学的に洗浄され、金属汚染物、粒子、および自然酸化物が除去された。この後、基板は直ぐに真空装置に入れられた。基板は脱ガスされた。58nm厚さのGeが、〜150℃で、Ge源の熱蒸着により堆積された。堆積中、1.2sccmのN2フラックスが基板に照射され、アモルファスGe層中に窒素が存在した。堆積中でのバックグラウンド圧力は、〜2.5e−5torrであった。次の工程で、N2雰囲気で、600℃で1分間行われた。Ge層の堆積中に、H2流に代えて、N2流が使用されたことを除き、この例は例N499−A1と同様である。
Claims (18)
- 結晶表面を有するベース基板上に結晶ゲルマニウム層を形成する方法であって、
ベース基板を洗浄して表面から汚染物および/または自然酸化物を除去する工程と、
ベース基板の表面上にアモルファスゲルマニウム層を形成する工程と、
ベース基板のアニールによりアモルファスゲルマニウム層を結晶化して、結晶ゲルマニウム層を形成する工程と、を含み、
アモルファスゲルマニウム層を形成する工程は、ベース基板を水素源および/または非反応性ガス源に露出させながら行われる方法。 - 基板は、少なくとの六方対称の表面を有するSi基板である請求項1に記載の方法。
- 基板の少なくとも一部は、六方対称を有するSi表面を有する請求項1に記載の方法。
- 基板は、Si(111)基板である請求項2または3に記載の方法。
- 結晶ゲルマニウム層は、単結晶ゲルマニウム層である請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- ベース基板を洗浄する工程は、HFまたはHFガスを用いて行われる請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 基板を水素源に露出させる工程は、水素プラズマ、H2フラックス、またはGeH4の分解で得られる水素に、基板を露出させて行われる請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- ベース基板を非反応性ガス源に露出させる工程は、N2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、またはそれらの混合物にベース基板を露出させて行われる請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- アモルファスゲルマニウム層を形成する工程、水素およびゲルマニウム含有ガスを用いた化学気相堆積で行われる請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- アモルファスゲルマニウム層を形成する工程、−196℃から500℃までの間の温度で行われる請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- アモルファスゲルマニウム層を結晶化する工程は、ベース基板を窒素雰囲気でアニールして行われる請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- アモルファスゲルマニウム層を結晶化する工程は、NH3、N2またはNプラズマを含む雰囲気で行われる請求項11に記載の方法。
- 更に、ドーパント元素をアモルファスゲルマニウム層中に供給する工程を含む請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
- アモルファスゲルマニウム層中にドーパント元素を供給する工程は、アモルファスゲルマニウム層の堆積中に、またはアモルファスゲルマニウム層を形成した後で、アモルファスゲルマニウム層の結晶化前に、ドーパント元素を注入することにより行われる請求項13に記載の方法。
- 光起電セルまたは光分解セルを形成する方法であって、請求項1〜14のいずれかに記載の方法で、ベース基板上に結晶ゲルマニウム層を形成する工程を含む方法。
- CMOSデバイスを形成する方法であって、請求項1〜14のいずれかに記載の方法で、ベース基板上に結晶ゲルマニウム層を形成する工程を含む方法。
- 500nmより薄い厚さを有する結晶ゲルマニウム層を含む基板であって、
X線回折ロッキングカーブまたはオメガ/2シータ特性が、500秒より小さい半値全幅(FWHM)を示し、結晶ゲルマニウム層が、5nmより小さいRMS表面粗さを有する基板。 - 結晶ゲルマニウム層は、単結晶ゲルマニウム層である請求項17に記載の基板。
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