JP2011223020A - 高品質の緩和シリコンゲルマニウム層の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Si前駆体と、分解温度がゲルマンより高いGe前駆体とを含む雰囲気中に基板を設けるステップ、および最終Ge含有量が約0.15より大きくかつパーティクル密度が約0.3パーティクル/cm2より小さいSi1−xGex層を前記基板上に堆積するステップを含む。
【選択図】図8
Description
・堆積時間を最短化しかつ製造速度を最大化し、これによりSiGe層の製造コストを低減するのに必要とされる高い成長速度。成長速度の増加は、典型的には、基板温度および前駆体ガス濃度を増加させることによって達成される。
・堆積されたSiGe層が、小さな貫通転位密度を有しており、堆積SiGe層の品質が高くなっている。貫通転位密度の減少は、典型的には、堆積温度を増加させることによって達成される。
・堆積SiGe層が、小さなパーティクル欠陥密度を有していて、高品質のSiGe層が製造される。エピタキシャル堆積中のパーティクル欠陥の主な原因は、反応器壁部の堆積物が剥がれ落ちることである。したがって、反応器壁部の被覆積層物を減少させることによって、一般には、SiGe層上に続いて堆積するパーティクル数が減少する。
・RSiGe≒FGeRGe+FSiRSi 式1
・RSiGe≒RGe/FGe 式2
式中、Rは成長速度であり、Fは原子分率である。様々なSi前駆体に対するSiの成長速度(RSi)の報告値を、図7の2番目の列に示す。GeCl4の成長速度(RGe)は、0.75ミクロン/分と推定され、この値は、SiH4およびSiH2Cl2の分解温度および得られる成長速度の比較に基づいている。図7に示すように、SiH2Cl2およびGeCl4を組合せた場合の達成可能な成長速度は、1.1ミクロン/分であり、SiHCl3およびGeCl4の組合せでは、3.8ミクロン/分である。これらの達成可能ないずれの成長速度によっても、製造時間を著しく短縮することができる。
1.反応器内での半導体材料上への傾斜Si1−xGex層の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であって、
(a)Si前駆体と、分解温度がゲルマンより高いGe前駆体とを含む雰囲気中に基板を設けるステップと、
(b)基板上に、xが約0.15より大きな最終Ge含有量を有しておりかつパーティクル密度が約0.3パーティクル/cm2未満である傾斜Si1−xGex層を堆積させるステップと
を含む方法。
2.前記Ge前駆体がハロゲン化ゲルマニウムを含む、上項1に記載の方法。
3.前記傾斜Si1−xGex層を約600℃を超える温度で堆積させる、上項1に記載の方法
4.前記傾斜Si1−xGex層を約800℃を超える温度で堆積させる、上項1に記載の方法。
5.前記傾斜Si1−xGex層を約1000℃を超える温度で堆積させる、上項1に記載の方法。
6.前記傾斜Si1−xGex層を約1100℃を超える温度で堆積させる、上項1に記載の方法。
7.前記傾斜Si1−xGex層の最終Ge含有量が、x≧0.20であるxの値を有する、上項1に記載の方法。
8.前記傾斜Si1−xGex層の最終Ge含有量が、実質的に1.0にひとしいx値を有する、上項1に記載の方法。
9.前記傾斜Si1−xGex層上に、実質的に緩和されたSi1−yGey層を設けるステップであって、yが傾斜Si1−xGex層の最終Ge含有量にほぼ等しくなっているステップをさらに含む、上項1に記載の方法。
10.前記傾斜Si1−yGey層上に、薄い歪み半導体層を設けることをさらに含む、上項9に記載の方法。
11.前記薄い歪み半導体層が、Si、GeおよびSiGeからなる群から選択される、上項10に記載の方法。
12.前記Ge含有量が、1ミクロン当たり約25%より小さい率で増加していて、これにより、前記傾斜Si1−xGex層の表面を横切る貫通転位密度が約1×106/cm2未満となっている、上項1に記載の方法。
13.前記Ge含有量が、1ミクロン当たり約25%より大きい率で増加していて、これにより、前記傾斜Si1−xGex層の表面を横切る貫通転位密度が、約1×l06/cm2未満となっている、上項1に記載の方法。
14.前記傾斜Si1−xGex層の堆積速度が、1分当たり約0.3ミクロンより大きい、上項1に記載の方法。
15.前記傾斜Si1−xGex層の堆積速度が、1分当たり約1ミクロンより大きい、上項1に記載の方法。
16.前記傾斜Si1−xGex層の堆積速度が、1分当たり約3ミクロンより大きい、上項1に記載の方法。
17.前記Ge前駆体が、GeCl4、GeHCl3およびGeH2C12からなる群から選択される、上項2に記載の方法。
18.前記Si前駆体が、SiH2Cl2、SiHCl3、SiH4およびSiCl4からなる群から選択される、上項1に記載の方法。
19.前記傾斜Si1−xGex層の堆積中に、基板を回転させることをさらに含む、上項1に記載の方法。
20.前記傾斜Si1−xGex層を、40×40ミクロン走査で、約5nm未満の表面粗さを有するように堆積させることをさらに含む、上項1に記載の方法。
21.前記傾斜Si1−xGex層を約1.01×105〜約1.33Pa(760torr〜0.010torr)の圧力で堆積させることをさらに含む、上項1に記載の方法。
22.前記ステップ(b)が、
前記基板上に傾斜Si1−xGex層を堆積する場合、反応器内の内側表面での厚みが約1ミクロンより大きな被覆部の堆積を防止し、当該Si1−xGex層が、xが0.15より大きな最終Ge含有量を有し、かつ約0.3パーティクル/cm2未満のパーティクル密度を有していることを含む、上項22に記載の方法。
23.反応器内での半導体材料上への傾斜Si1−xGex層の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であって、
(a)Si前駆体、Ge前駆体およびエッチャントガスを含む雰囲気中に基板を設けるステップであって、エッチャントガスが、ハロゲン化物源を含み、かつ反応器壁部への堆積物の蓄積を減少させるステップと、
(b)基板上に傾斜Si1−xGex層を堆積させるステップであって、該Si1−xGex層が、xが約0.15より大きな最終Ge含有量を有しており、約0.3パーティクル/cm2より小さなパーティクル密度を有している、方法。
24.前記エッチャントガスが、HCl、HBr、HF、HI、C12、Br2、F2およびI2からなる群から選択される、上項23に記載の方法。
25.上項1に記載の方法によって形成された半導体材料。
26.前記傾斜Si1−xGex層が、約0.3欠陥/cm2より小さな局所的光散乱欠陥レベルを有しており、該パーティクル欠陥が、約0.13ミクロンより大きな寸法を有している、上項25に記載の半導体材料。
27.前記傾斜Si1−xGex層が、約0.2欠陥/cm2より小さな局所的光散乱欠陥レベルを有しており、該パーティクル欠陥が、約0.16ミクロンより大きな寸法を有している、上項25に記載の半導体材料。
28.前記傾斜Si1−xGex層が、約0.1欠陥/cm2より小さな局所的光散乱欠陥レベルを有しており、該パーティクル欠陥が、約0.1ミクロンより大きな寸法を有している、上項25に記載の半導体材料。
29.前記傾斜Si1−xGex層が、約0.03欠陥/cm2より小さな局所的光散乱欠陥レベルを有しており、該パーティクル欠陥が、約1ミクロンより大きな寸法を有している、上項25に記載の半導体材料。
30.前記傾斜Si1−xGex層内の各層が、基板を通して実質的に均一な組成を有している、上項25に記載の半導体材料。
31.半導体材料の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であって、
(a)SiH2Cl2およびGeCl4を含む雰囲気中に基板を設けるステップと、
(b)基板上にx≧0.02であるSi1−xGex層を堆積させるステップであって、該Si1−xGex層のパーティクル密度が、約0.3パーティクル/cm2未満であるステップと
を含む、方法。
32.追加のSi1−xGex層を堆積させることをさらに含み、続いて堆積させたSi1−xGex層のGe含有量が増加している、上項31に記載の方法。
33.前記の続いて堆積させたSi1−xGex層が、パーティクル密度が約0.3パーティクル/cm2未満である傾斜Si1−xGex層を含む、上項32に記載の方法。
34.前記Si1−xGex層を、約600℃を超える温度で堆積させる、上項31に記載の方法。
35.前記Si1−xGex層を、約1100℃を超える温度で堆積させる、上項31に記載の方法。
36.前記傾斜Si1−xGex層の最終Ge含有量が、x>0.20となる値を有している、上項33に記載の方法。
37.傾斜Si1−xGex層上に設けられた薄い歪み半導体層を設けることをさらに含む、上項33に記載の方法。
38.前記薄い歪み半導体層が、Si、GeおよびSiGeからなる群から選択される、上項37に記載の方法。
39.前記Ge含有量が、1ミクロン当たり約25%より大きな率で増加しており、これにより、前記傾斜Si1−xGex層の表面を横切る貫通転位密度が約1×106/cm2未満となる、上項39に記載の方法。
40.前記Ge含有量が、1ミクロン当たり約25%より小さな率で増加しており、これにより、前記傾斜Si1−xGex層の表面を横切る貫通転位密度が約1×106/cm2未満となる、上項33に記載の方法。
41.前記Si1−xGex層の堆積速度が、1分当たり約0.3ミクロンより大きい、上項31に記載の方法。
Claims (11)
- 半導体材料の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であって、
(a)SiH2Cl2およびGeCl4を含む雰囲気中に基板を設けるステップと、
(b)基板上にx≧0.02であるSi1−xGex層を堆積させるステップであって、該Si1−xGex層のパーティクル密度が、約0.3パーティクル/cm2未満であるステップと
を含む、方法。 - 追加のSi1−xGex層を堆積させることをさらに含み、続いて堆積させたSi1−xGex層のGe含有量が増加している、請求項1に記載の方法。
- 前記の続いて堆積させたSi1−xGex層が、パーティクル密度が約0.3パーティクル/cm2未満である傾斜Si1−xGex層を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記Si1−xGex層を、約600℃を超える温度で堆積させる、請求項1に記載の方法。
- 前記Si1−xGex層を、約1100℃を超える温度で堆積させる、請求項1に記載の方法。
- 前記傾斜Si1−xGex層の最終Ge含有量が、x>0.20となる値を有している、請求項3に記載の方法。
- 傾斜Si1−xGex層上に設けられた薄い歪み半導体層を設けることをさらに含む、請求項3に記載の方法。
- 前記薄い歪み半導体層が、Si、GeおよびSiGeからなる群から選択される、請求項7に記載の方法。
- 前記Ge含有量が、1ミクロン当たり約25%より大きな率で増加しており、これにより、前記傾斜Si1−xGex層の表面を横切る貫通転位密度が約1×106/cm2未満となる、請求項2に記載の方法。
- 前記Ge含有量が、1ミクロン当たり約25%より小さな率で増加しており、これにより、前記傾斜Si1−xGex層の表面を横切る貫通転位密度が約1×106/cm2未満となる、請求項3に記載の方法。
- 前記Si1−xGex層の堆積速度が、1分当たり約0.3ミクロンより大きい、請求項1に記載の方法。
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