JP4782670B2 - エピタキシャルGe含有膜の成長方法及びエピタキシャル半導体成膜システム - Google Patents
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Description
単結晶Si構造を第1の温度に加熱するステップと、
冷却期間において前記単結晶Si構造を第2の温度に冷却するステップと、
前記冷却期間の少なくとも一部の期間において前記単結晶Si構造を表面活性化合物と接触させるステップと、
前記第2の温度で前記単結晶Si構造上にエピタキシャル膜を成長させるステップとを含むことを特徴とする。
前記基板上に緩和エピタキシャルGe膜を形成するステップと、
前記緩和エピタキシャルGe膜上に、該緩和エピタキシャルGe膜との界面からの距離と比例して増大するSi含有率を有する緩和エピタキシャルSiGe合金膜を成長させるステップと、
前記緩和エピタキシャルSiGe合金膜上に、歪んだエピタキシャル半導体膜を成長させるステップとを含むことを特徴とする。
単結晶Si構造と、
前記単結晶Si構造上に成長させたエピタキシャルGe膜と、
前記エピタキシャルGe膜上に成長させたSiGe合金膜とを備えることを特徴とする。
少なくとも1つの加工物を保持するように構成された成膜チャンバーと、
表面活性化合物を収容し、該表面活性化合物が前記チャンバーに流入することができるように前記チャンバーと動作可能に連結された表面活性化合物ソース容器と、
ゲルマニウム前駆体を収容し、該ゲルマニウム前駆体が前記チャンバーに流入することできるように前記チャンバーと動作可能に連結されたゲルマニウムソース容器と、
少なくとも1つの前記加工物を加熱するように構成されたヒーターと、
前記表面活性化合物及びゲルマニウム前駆体の流入を制御し、且つ、高温処理ステップ、冷却ステップ、及び低温Ge含有エピタキシャル成膜ステップの一連の処理を行うために前記加工物の温度を制御するように動作可能に連結され、設定された制御手段と、を備え、
前記制御手段が、前記冷却ステップの少なくとも低い温度部分において、前記表面活性化合物を少なくとも1つの前記加工物に供給することを特徴とする。
反応器に配置され、単結晶半導体面を有する基板を提供するステップと、
前記基板を約450℃以上の第1の温度に加熱するステップと、
冷却期間において前記基板を第2の温度に冷却するステップと、前記冷却期間中に前記反応器が、約0.001Torr〜約760Torrの範囲の反応器圧力を有し、
前記冷却期間の少なくとも一部の期間において前記単結晶半導体面を、Si前駆体及びGe前駆体からなるグループより選択される表面活性化合物と接触させるステップと、
前記第2の温度で前記単結晶半導体面上にエピタキシャルGe膜を成長させるステップとを備えることを特徴とする。
枚葉式反応器に配置される単結晶Si基板を提供するステップと、
前記単結晶Si基板を約600℃以上の第1の温度に加熱するステップと、
冷却期間において前記単結晶Si基板を約450℃以下の第2の温度に冷却するステップと、前記冷却期間中に前記反応器が、約1Torr〜約100Torrの範囲の反応器圧力を有し、
前記第2の温度で前記単結晶Si基板上にエピタキシャルGe膜を成長させるステップとを備えることを特徴とする。
下の単結晶シリコン構造と、
少なくとも10ミクロン×10ミクロンの窓において、EPD法によって計測された場合約107欠陥/cm2以下の成膜直後の貫通転位密度、及び原子間力顕微鏡によって計測された場合約20Årms以下の成膜直後の表面粗さを有する、前記シリコン構造の直上のエピタキシャルゲルマニウム被覆膜と、を備えることを特徴とする。
* 基板に表面活性化合物を送りながら冷却(例えば、DCS)
・ より低い温度での緩和Ge膜のエピタキシャル成長
・ Geから50%のGe含有率のSiGeまで後退するような、SiGe緩和膜のエピタキシャル成長
・ 欠陥の除去及び滑らかな組成傾斜のためにオプションとしてのその場でのアニール
* 基板に表面活性化合物を送りながら冷却(例えば、DCS)
* より低い温度での歪んだGe膜のエピタキシャル成長
* トリシランを用いたSi保護膜の成長(デュアルチャンネル素子の歪んだエピタキシャルSiとして機能しうる)
上記オプションとしてのアニールがスパイクアニールであってもよい。例えば、エプシロン反応器内に、950〜1150℃のピーク温度に到達するまで温度を200℃/秒の速さで増大させることができる。プラトーアニーリングを行なわなくても、このようなスパイクアニールは、特に下部界面で高いGe含有率を有する場合、欠陥を充分に回復することができる。ただし、バッファ膜が薄く、且つ急激に傾斜化されている(例えば、50nm)とき、このような急速なアニールでも、下部種膜よりGeを被覆のSiGe合金に拡散し、Geプロファイルを徐々に平坦化する。より厚いバッファ膜(例えば、500nm)が、このような急速なアニーリングの後でも、Ge種膜及び顕著な後退プロファイルを維持する。
Claims (43)
- 単結晶シリコン構造を450℃以上の第1の温度に加熱するステップと、
冷却期間において前記単結晶シリコン構造を、450℃以下であり且つ前記第1の温度よりも低い第2の温度に冷却するステップと、
前記冷却期間の少なくとも一部の期間において前記単結晶シリコン構造を、Si化合物及びGe化合物からなるグループより選択される表面活性化合物と接触させるステップと、
前記第2の温度で前記単結晶シリコン構造上にエピタキシャル膜を成長するステップとを含み、前記エピタキシャル膜を前記表面活性化合物と異なり、且つSi化合物及びGe化合物からなるグループより選択される前駆体又は前駆体の混合物を用いて成長し、前記エピタキシャル膜が50原子%〜100原子%の範囲のGe含有率を有することを特徴とするエピタキシャルGe含有膜の成長方法。 - 前記単結晶シリコン構造を加熱するステップが、表面汚染物を除去するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記表面汚染物を除去するステップが、600度以上の水素ベイキングを含むことを特徴とする請求項2に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記エピタキシャル膜を成長させるステップが、ヘテロエピタキシャル成膜を含むことを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記エピタキシャル膜が、99原子%以上のGe含有率を有することを特徴とする請求項4に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記エピタキシャル膜上に緩和SiGe合金膜を成長させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記SiGe合金膜が、前記エピタキシャル膜との界面での高いGe含有率から、上側表面での低いGe含有率に傾斜化されることを特徴とする請求項6に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記エピタキシャル膜を成長させるステップが、前記単結晶シリコン構造を、ゲルマン、ジゲルマン及びトリゲルマンからなるグループより選択されたゲルマニウムソースと接触させるステップを含むことを特徴とする請求項4に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記エピタキシャル膜が、SixGe1−xであって、xがゼロ〜1の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記SixGe1−x膜が緩和された膜であって、
前記緩和SixGe1−x膜の上に、歪んだエピタキシャル半導体膜をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。 - 前記第1の温度が、600℃以上であることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記第2の温度が、300℃〜450℃の範囲にあることを特徴とする請求項11に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記表面活性化合物が、シラン、ジシラン、トリシラン、クロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、及びテトラクロロシランからなるグループより選択されることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記表面活性化合物が、クロロゲルマン、ジクロロゲルマン、トリクロロゲルマン、及びテトラクロロゲルマンからなるグループより選択されることを特徴とする請求項13に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記表面活性化合物が、ジクロロシランであることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記単結晶シリコン構造を加熱する際に、前記単結晶シリコン構造に前記エピタキシャル膜を成膜することをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記単結晶シリコン構造を冷却するステップを、枚葉式反応器内で行うことを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記単結晶シリコン構造を冷却するステップを、バッチ炉内で行うことを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記接触させるステップが、1sccm〜500sccmの流量で前記表面活性化合物を供給するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記接触させるステップが、1sccm〜50sccmの流量で前記表面活性化合物を供給するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記単結晶シリコン構造を冷却するステップを、200mTorr〜760Torrの圧力の下で行うことを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記単結晶シリコン構造を冷却するステップを、1Torr〜100Torrの圧力の下で行うことを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記冷却するステップが、前記第1の温度から中間温度に冷却することを含み、
前記接触させるステップが、前記中間温度で前記表面活性化合物を前記単結晶シリコン構造へ導入し、前記中間温度から前記第2の温度に冷却し続けることを含むことを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。 - 前記中間温度が、600℃〜800℃であることを特徴とする請求項23に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記中間温度が、650℃以上であることを特徴とする請求項23に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記表面活性化合物が、Si前駆体及びGe前駆体からなるグループより選択されることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記表面活性化合物が、シラン、ゲルマン、オルガノシラン、ハロゲルマン及びハロシランからなるグループより選択されることを特徴とする請求項26に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 前記接触させるステップが、前記エピタキシャル膜を成長させる前の冷却期間中に、500Å以下の成膜を含むことを特徴とする請求項26に記載のエピタキシャルGe含有膜の成長方法。
- 少なくとも1つのシリコンを備える加工物を保持するように構成された成膜チャンバーと、
Si化合物及びGe化合物からなるグループより選択される表面活性化合物を収容し、該表面活性化合物を前記チャンバーに流入することができるように前記チャンバーと動作可能に連結された表面活性化合物ソース容器と、
ゲルマニウム前駆体を収容し、該ゲルマニウム前駆体を前記チャンバーに流入することができるように前記チャンバーと動作可能に連結されたゲルマニウムソース容器と、
前記チャンバー内の少なくとも1つの前記加工物を加熱するように構成されたヒーターと、
前記表面活性化合物及びゲルマニウム前駆体の流入を制御し、且つ、450℃以上の温度で前記加工物を処理する高温処理ステップ、冷却ステップ、及び、450℃以下であり且つ前記高温処理ステップよりも低い温度でエピタキシャルGe膜を成長させる低温Ge含有エピタキシャル成膜ステップの一連処理を行うために前記加工物の温度を制御するように動作可能に連結され、設定された制御手段と、を備え、
前記制御手段が、前記冷却ステップの少なくとも一部の期間において、前記表面活性化合物を少なくとも1つの前記加工物に供給し、
前記制御手段が、前記低温Ge含有エピタキシャル成膜ステップにおいて、前記表面活性化合物と異なり、且つSi化合物及びGe化合物からなるグループより選択される前駆体又は前駆体混合物を供給することを特徴とするエピタキシャル半導体成膜システム。 - シリコンソース容器をさらに備え、
前記シリコン前駆体が、シラン、ジシラン及びトリシランからなるグループより選択される化合物を含むことを特徴とする請求項29に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。 - 前記シリコン前駆体の前記チャンバーへの流入を制御して前記第1の高温ステップでSi含有膜を成長させるように、前記制御手段がさらに連結され、設定されることを特徴とする請求項30に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
- 前記シリコン前駆体の前記チャンバーへの流入を制御して冷却後の前記加工物上にエピタキシャルSiGe合金膜を成長させるように、前記制御手段がさらに連結され、設定されることを特徴とする請求項30に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
- 冷却後の前記加工物上にエピタキシャルGe膜を成長させ、且つ、前記エピタキシャルGe膜上に前記エピタキシャルSiGe合金膜を成長させるように、前記制御手段がさらに設定されることを特徴とする請求項32に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
- 前記表面活性化合物が、クロロゲルマン、ジクロロゲルマン、トリクロロゲルマン、テトラクロロゲルマン、クロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、及びテトラメチルシランからなるグループより選択されることを特徴とする請求項29に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
- 前記表面活性化合物が、Si前駆体及びGe前駆体からなるグループより選択されることを特徴とする請求項29に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
- 前記表面活性化合物が、ジクロロシランであることを特徴とする請求項35に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
- 前記ゲルマニウム前駆体が、ゲルマン、ジゲルマン、及びトリゲルマンからなるグループより選択されることを特徴とする請求項29に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
- 前記チャンバーが、複数の加工物のバッチを同時に収容するように構成されていることを特徴とする請求項29に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
- 前記チャンバーが、50〜100枚のウェーハを同時に収容するように構成されていることを特徴とする請求項38に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
- 前記制御手段が、0.001Torr〜760Torrの成膜圧力を維持するように設定されることを特徴とする請求項38に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
- 前記制御手段が、前記冷却ステップの少なくとも低い温度部分において1sccm〜500sccmの前記表面活性化合物を供給するように設定されることを特徴とする請求項29に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
- 前記チャンバーが、一度に1枚のウェーハを処理するように構成されることを特徴とする請求項29に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
- 前記制御手段が、1Torr〜100Torrの成膜圧力を維持するように設定されることを特徴とする請求項42に記載のエピタキシャル半導体成膜システム。
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