KR20080032066A - 게르마늄 필름 증착법 - Google Patents

게르마늄 필름 증착법 Download PDF

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KR20080032066A KR1020087000112A KR20087000112A KR20080032066A KR 20080032066 A KR20080032066 A KR 20080032066A KR 1020087000112 A KR1020087000112 A KR 1020087000112A KR 20087000112 A KR20087000112 A KR 20087000112A KR 20080032066 A KR20080032066 A KR 20080032066A
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에스. 브래드 허너
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쌘디스크 3디 엘엘씨
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Abstract

본 발명에 따른 화학적 증기 증착법은 알루미늄 및 구리 등의 온도에 민감한 물질들과 함께 사용하기 적절한 게르마늄 디바이스를 제공하기에 충분히 낮은 온도에서 금속 기판 상에 증착되는 연성의 연속 게르마늄 필름층을 제공한다. 다른 화학적 증기 증착법은 알루미늄, 구리, 칼코겐화물 메모리 물질들 등의 온도에 민감한 물질들과 함께 사용하기 적절한 게르마늄 디바이스를 제공하기에 충분히 낮은 온도에서 실리콘 디옥사이드 기판 상에 증착되는 연성의 연속 실리콘 게르마늄 필름층을 제공한다.

Description

게르마늄 필름 증착법 {METHOD OF DEPOSTING GERMANIUM FILMS}
본 발명은 알루미늄 및 구리 등의 온도에 민감한 물질들과 함께 사용하기 적절한 게르마늄 디바이스를 제공하기에 충분히 낮은 온도에서 금속 기판 상에 증착되는 연성의 연속 게르마늄 필름층을 제공하는 화학적 증기 증착법에 관한 것이다.
화학적 증기 증착에 의한 게르마늄 또는 실리콘 게르마늄의 증착이 수용되는 기판에 상대적으로 극히 민감하다는 것은 당업계의 숙련자들에게 잘 공지되어 있다. 예를 들면, 실리콘 기판 상의 게르마늄 또는 실리콘 게르마늄 증착은 비교적 용이하다. 다른 한편, 지금까지 실리콘 디옥사이드(silicon dioxide) 또는 금속성 기판들 상의 게르마늄 또는 실리콘 게르마늄 증착은 결과의 불균질하거나 또는 울퉁불퉁한 증착과 함께 극히 긴 인큐베이션 시간(증착을 개시하기까지의 시간)을 요하거나, 또는 450℃ 미만의 온도에서 일부 기판들 상에서 전혀 증착되지 않았다. 따라서, 450℃ 미만의 온도에서 금속성 또는 실리콘 디옥사이드 기판들 상에 비정질 게르마늄 필름들을 증착하는 신규하고 개선된 방법을 갖는 것이 고도로 바람직할 수 있다.
하나의 바람직한 화학적 증기 증착법에서, 연성의(smooth) 연속 게르마늄 필름은 알루미늄 및 구리 등의 온도에 민감한 물질들과의 집적에 적절한 게르마늄 디바이스를 제공하기에 충분히 낮은 온도에서 실리콘 시드된 금속 기판 상에 증착된다. 다른 바람직한 화학적 증기 증착법에서, 연성의 연속 실리콘 게르마늄 필름은 알루미늄, 구리, 및 칼코겐화물들, 예를 들면 Ge2Sb2Te5 등의 온도에 민감한 물질들과 함께 사용하기 적절한 게르마늄 디바이스를 제공하기에 충분히 낮은 온도에서 시드된(seeded) 실리콘 디옥사이드 기판 상에 증착된다.
본 발명의 상기 특징들 및 단계들 및 이들을 달성하는 방식은 명백할 것이며, 본 발명 자체는 수반되는 도면들과 관련하여 본 발명의 하기 바람직한 실시예(들)을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이고, 여기서:
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학적 증기 증착법을 예시하는 개략적 흐름도.
도 2는 약 400℃의 승온(elevated temperature)에서 GeH4의 촉매 가스를 사용하는 화학적 증기 증착 공정에 적용된 어떠한 시드(seed) 층도 없는 α 실리콘 기판의 사진.
도 3은 도 2에 상대적으로 언급된 화학적 증기 증착 공정에 적용된 후 α 실리콘 기판의 사진.
도 4는 도 2에 나타낸 바의 증착된 게르마늄 필름층이 다결정질임을 예시하는 X-선 회절 그래프.
도 5는 약 380℃의 승온에서 화학적 증기 증착 공정에 적용된 α 실리콘 기판의 사진.
도 6은 도 5에 상대적으로 언급된 화학적 증기 증착 공정에 적용된 후 α 실리콘 기판의 사진.
도 7은 약 380℃의 승온에서 화학적 증기 증착 공정에 적용된 실리콘 디옥사이드 기판의 사진.
도 8은 도 7에 상대적으로 언급된 화학적 증기 증착 공정에 적용된 후 실리콘 디옥사이드 기판의 사진.
도 9는 약 380℃의 승온에서 화학적 증기 증착 공정에 적용된 α 실리콘 기판의 사진.
도 10은 도 9에 상대적으로 언급된 화학적 증기 증착 공정에 적용된 α 실리콘 기판의 사진.
도 11은 약 380℃의 승온에서 화학적 증기 증착 공정에 적용된 실리콘 디옥사이드 기판의 사진.
도 12는 약 380℃의 승온에서 화학적 증기 증착 공정에 적용된 TiN 기판의 사진.
도 13은 약 360℃의 승온에서 화학적 증기 증착 공정에 적용된 α 실리콘 기판의 사진.
도 14는 도 13에 상대적으로 언급된 화학적 증기 증착 공정에 적용된 α 실리콘 기판의 사진.
도 15는 약 360℃의 승온에서 화학적 증기 증착 공정에 적용된 실리콘 디옥사이드 기판의 사진.
도 16은 약 360℃의 승온에서 화학적 증기 증착 공정에 적용된 TiN 기판의 사진.
도 17은 약 340℃의 승온에서 화학적 증기 증착 공정에 적용된 α 실리콘 기판의 사진.
도 18은 도 17에 상대적으로 언급된 화학적 증기 증착 공정에 적용된 α 실리콘 기판의 사진.
도 19는 약 340℃의 승온에서 화학적 증기 증착 공정에 적용된 TiN 기판의 사진.
도 20은 약 320℃의 승온에서 화학적 증기 증착 공정에 적용된 α 실리콘 기판의 사진.
도 21은 도 20에 상대적으로 언급된 화학적 증기 증착 공정에 적용된 α 실리콘 기판의 사진.
도 22는 약 320℃의 승온에서 화학적 증기 증착 공정에 적용된 TiN 기판의 사진.
도 23은 도 22에 상대적으로 언급된 화학적 증기 증착 공정에 적용된 TiN 기판의 사진.
도 24는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학적 증기 증착 공정에 적용된 TiN 기판의 사진.
도 25는 도 24에 상대적으로 언급된 화학적 증기 증착 공정에 적용된 TiN 기판의 사진.
본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명
금속성 기판 및 실리콘 디옥사이드 기판 상의 게르마늄 필름 증착 방법이 개시된다. 다음 설명은 당업계의 통상의 기술을 가진자가 본 발명을 제조 및 사용할 수 있게 제공된다. 설명의 목적으로, 본 발명의 철저한 이해를 위해 특정 명명법이 사용된다. 특정 용도, 및 방법들의 설명이 단지 실시예들로서 제공된다. 바람직한 실시예들에 대한 여러 변형들은 당업계의 숙련자들에게 용이하게 명백할 것이고, 본원에 정의된 일반 원리들은 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않고 다른 실시예들 및 용도들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 도시된 실시예들로만 제한되도록 의도되지 않고, 본원에 개시된 원리들 및 단계들과 일치하는 광의의 범위에 일치되는 것이다.
이하, 도면들, 더욱 상세하게는 도 1을 언급하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학적 증기 증착법(112)의 흐름도가 도시된다. 개시된 방법(112)은 화학적 증기 증착에 의해 320℃ 미만의 매우 낮은 온도에서 실리콘 디옥사이드 및 금속성 기판들 상의 비정질 또는 다결정질 게르마늄 또는 실리콘 게르마늄 균질 필름들의 증착을 가능케 한다. 이러한 관점에서, 이 방법은 예를 들면 S.B. Herner 및 M. Mahajani의 "Method for Making High Density Nonvolatile Memory"라는 표제의 미합중국 특허 출원 제20050012119호에 나타낸 바의 메모리 디바이스들의 제조에 사용하기 위한 반도체 디바이스들에 적용된다.
증착법(112)을 더욱 상세히 고찰하기 전에, 이산화물 또는 금속성 기판들 상에 게르마늄 및 실리콘 게르마늄(이하 개별적으로 및 총괄적으로 때때로 간단히 Ge 필름이라 칭함)을 증착시키기 위해 당업계의 현재 상태를 간단히 검토하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 관점에서, 화학적 증기 증착법에 의해 실리콘 디옥사이드 기판 상에 Ge 필름들을 증착시키는 표준 방법은 시드 층으로서 박막 실리콘 필름을 최초로 증착시키는 것이다. 실리콘 필름 시드층은 조합된 실리콘 및 게르마늄 또는 조합된 실리콘 및 실리콘 게르마늄 필름의 전기적 특성들에 대한 충격을 최소화시키는데 유리한 소정의 최소화된 두께로 증착된다.
실리콘 시드층의 증착 후, 이어서, Ge 필름층은 화학적 증기 증착(CVD)에 의해 450℃를 다소 초과하는 승온에서 증착된다. 그러나, GeH4 전구체 가스를 사용하여 게르마늄을 증착하는 CVD법은 단점이 있다. 즉, Ge 필름들은 최종 필름을 불균질하거나 또는 울퉁불퉁하게 남기는 긴 인큐베이션 시간 (또는 증착을 개시하기까지의 시간)을 갖거나; 또는 Ge는 일부 기판들 상에 전혀 증착되지 않을 것이다. 이는 일부 기판들 상에 게르마늄을 증착시키고, 수소를 제거하기 위해 GeH4 분자룰 "크래킹(cracking)"하기 어려움으로 유발된다. 이러한 관점에서, SiO2 기판들 상에 게르마늄(GeH4 촉매 작용에 의해)을 증착시키는 것이 난해한 한편, 실리콘 기판들 상에 증착하는 것이 더 용이한 것으로 드러났다.
실리콘 디옥사이드 기판 상의 실리콘 게르마늄 증착의 곤란성은 당업계에 잘 공지되어 있다. 또한, 실리콘 게르마늄 증착을 촉진시키는데 유리하도록 실리콘 디옥사이드 기판 상에 실리콘 "시드"층을 사용하는 방법은 잘 공지되어 있다. 그러나, 이들 실리콘 시드층 증착들은 모두 Si에 대한 소스로서 SiH4를 사용할 때, 500℃를 초과하는 승온에서 수행된다. 예를 들면, 전문으로 개시되는 바의 본원에 인용된 다음 문헌을 참조할 수 있다: M. Cao, A.Wang, K.C. Saraswat의 "Low Pressure Chemical Vapor Deposition of Si1 - xGex Films On SiO2", 전기화학 학회지 142, 1566-1572 (1995).
이하, 도 1을 참조하여 증착법(112)을 더욱 상세히 고려하면, 이 공정은 기판 상에 실리콘의 시드 필름을 증착시킬 목적으로 실리콘 가스 소스 등의 제1 촉매 가스 소스를 금속성 기판 등의 기판을 가로질러 유동시키는 사용 단계(114)로 시작한다. 다음으로, 사용 단계(116)는 실리콘의 시드층 상에 게르마늄 필름을 증착시킬 목적으로 게르마늄 가스 소스 등의 제2 촉매 가스 소스를 시드된 기판을 가로질러 유동시킨다. 이하 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 사용된 실리콘 가스 유형 및 사용된 온도 때문에, 실리콘의 시드층은 자체-제한된 시드층이다. 이는 노출된 밑에 놓인 층의 완전 유효 범위가 달성될 때까지 반응은 실리콘을 증착시키도록 진행됨을 의미한다. 예를 들면, 박층에서 이러한 결과들은 1 내지 3개 원자의 두께로 이루어질 수 있다. 더욱이, 제2 촉매 가스는 그 위에 증착된 필름층들과 금속성 기판에 충분히 낮은 온도(320℃ 이하)에서 전달되기 때문에, 다른 방법들에 의해 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄의 고온 증착에 의해 제외될 수 있는 다른 온도 민감성 물질들과의 사용에 적절하다.
간단히 말하자면, 자체-제한된 실리콘 시드층은 저렴하고, 널리 사용되는 전구체 가스를 사용하여 형성되므로, 선행 기술에 공지된 것보다 훨씬 더 낮은 온도(< 320℃)에서 기판 상의 Ge 증착을 가능케 한다. 다시, 그러한 낮은 온도 증착은 알루미늄 와이어링, 칼코겐화물 메모리 물질들 등의 열에 민감한 물질들, 및 예로서 고온 Si 또는 SiGe 증착(> 475℃)에 의해 제외될 수 있는 구리를 사용할 수 있게 한다. 자체-제한된 피처는 또한 Si 증착을 최소화시키고, 따라서 바람직한 결과의 디바이스에 대한 Si 충격을 최소화시킨다. 마지막으로, 선행 기술에 비해 이들 장점들 모두는 특별한 고가의 가스들의 사용 없이 수행된다.
이하 증착법(112)을 훨씬 더 상세히 고려하면, 금속성 기판 및 이산화물 기판 상에 Ge 필름들을 증착하는 증착법은 알루미늄(Al) 및 구리(Cu) 와이어링 등의 다른 온도 민감성 물질들과의 집적을 가능케 한다. 또한, 이 방법(112)은 실리콘의 자체 제한된 ~ 층(~ 4Å)을 생산하기 위해 질화티탄(TiN) 상의 "크래킹"을 위한 저온 SiH4 촉매 작용을 이용한다. Ge 필름 증착을 위한 그러한 시드층의 사용은 독특하고 새롭다. 더욱이, 실리콘 시드의 두께를 최소화하는 것은 매우 유리하고, 자체-제한은 더 적은 오퍼레이터 오류를 가져오기 때문에 본래 더 잘 제조할 수 있다.
이하 더 상세히 설명되는 바와 같이 증착법(112)은 330℃ 미만의 온도에서 예를 들면 TiN 또는 SiO2 기판들 상에 Ge 필름을 증착시키기 위한 신규 공정을 제공 한다. 330℃(또는 미만)에서 비정질 Ge 필름을 증착시킨 후, Ge 필름은 후속 단계에서 결정화된다. Ge 필름의 결정화는 약 350℃ 내지 약 425℃의 온도에서 발생한다. 비정질 필름을 증착시키고, 이어서, 이후의 단계에서, 필름의 결정화를 유발하기에 충분한 시간 동안 비정질 Ge 필름을 가열함으로써 결정화된 반도체 디바이스 성능은 결정질 필름을 증착하는 것에 비교하여 개선된다. Ge 공정에 대해 온도를 425℃ 이하로 유지함으로써, Ge 반도체 디바이스들은 알루미늄 인터커넥트 또는 칼코겐화물 메모리 물질들과 같은 다른 열에 민감한 물질들과 집적될 수 있다. 그러나, 당업계의 숙련자들이라면, 이것이 비정질 상태의 반도체로서 Ge 필름의 사용을 제외하지 않음을 인식해야 한다.
본 발명의 화학적 증기 증착 공정으로부터 유도된 장점들을 독자가 더 잘 이해할 수 있도록, 일련의 주사 전자 현미경(SEM) 사진들 또는 영상들이 제공된다(도 2-3, 및 도 5-23). SEM 사진들 각각에서, 실리콘 시드층은 가시화되지 않는다. 이러한 관점에서, 실리콘 필름이 지시될 때, 실리콘 필름은 별개의 증착으로 증착되어 있다. 도 24-25에 예시된 바의 본 발명의 공정(112)에서, SiO2 층 C24 및 Ge 필름층 A24은 하나의 증착(2단계)으로 증착된다. Si 시드층은 Ge 필름 A24와 TiN 필름 B24 사이에 존재하지만, Si 시드층은 가시화되지 않음이 주지되어야 한다.
이하, 도 2 및 3을 참조하여, 어떠한 시드층도 없는 220 나노미터의 α 실리콘 기판(12) 상에서 30분 동안 100 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 100 표준 입방 센티미터의 유동률의 GeH4 가스를 이용하여, 400℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 한 세트의 주사 전자 현미경 사진이 제공된다. 이러한 관점에서, 약 0.1480㎛ 깊이의 결과적인 게르마늄 필름층 A2, 실리콘 도핑 및 도핑되지 않은 약 0.2180㎛ 깊이의 별개로 증착된 실리콘 필름층 B2으로, 이는 약 0.0910㎛ 깊이를 갖는 실리콘 디옥사이드의 C2 층 상에 증착되었음이 도시된다. 도 4에서 잘 알 수 있듯이, x-선 회절 그래프(412)는 증착된 Ge 필름이 다결정질임을 분명히 확인한다. 그것은 별개의 사진들에 도시되지 않았지만, SiO2 기판 및 TiN 기판 모두에 의해, 상기 조건에 상대적으로 어떠한 증착도 발생되지 않는 SEM 영상에 의해 결정되었다.
이하, 도 5-6을 참조하면, α 실리콘 기판(15) 상에서 60분 동안 400 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 500 표준 입방 센티미터의 유동률의 SiH4 가스를 이용하여, 380℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 한 세트의 사진이 제공된다. 이러한 관점에서, 약 0.0750㎛ 깊이의 결과적인 게르마늄 필름층 A5, 약 0.1510㎛ 깊이의 별개로 증착된 실리콘 필름층 B5으로, 이는 약 0.0950㎛ 깊이를 갖는 실리콘 디옥사이드 층 C5 상에 증착되었음이 도시된다.
이하, 도 7-8을 참조하면, 실리콘 디옥사이드 기판(17) 상에서 10분 동안 200 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 100 표준 입방 센티미터의 유동률의 GeH4 가스를 이용하여, 380℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 한 세트의 사진이 제 공된다. 이러한 관점에서, 약 0.0930㎛ 깊이를 갖는 별개로 증착된 SiO2 필름층 B7, 약 0.0930㎛ 깊이인 결과의 게르마늄 필름층 A7이 도시된다. 그것은 별개의 사진들에 도시되지 않았지만, TiN 기판에 의해, 상기 조건에 상대적으로 어떠한 증착도 발생되지 않는 SEM 영상에 의해 결정되었다.
이하, 도 9-10을 참조하면, α 실리콘 기판(19) 상에서 60분 동안 800 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 500 표준 입방 센티미터의 유동률의 SiH4 가스를 이용하여, 380℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 한 세트의 사진이 제공된다. 이러한 관점에서, 약 0.0570㎛ 깊이인 결과의 게르마늄 필름층 A9,약 0.0530㎛ 깊이의 결과의 실리콘 필름층 B9으로, 이는 약 0.1000㎛ 깊이인 실리콘 디옥사이드층 C9 상에 증착되었음이 도시된다.
이하, 도 11을 참조하면, SiO2 기판(21) 상에서 10분 동안 400 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 100 표준 입방 센티미터의 유동률의 GeH4 가스를 이용하여, 380℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 사진이 제공된다. 이러한 관점에서, 약 0.0730㎛ 깊이인 결과의 게르마늄 필름층 A11과 SiO2 기판층(21) 상에 약 0.0880㎛ 깊이의 결과의 SiO2 필름층 B11이 도시된다.
이하, 도 12를 참조하면, TiN 실리콘 기판(22) 상에서 10분 동안 400 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 100 표준 입방 센티미터의 유동률의 GeH4 가스를 이용 하여, 380℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 사진이 제공된다. 이러한 관점에서, 약 0.0860㎛ 깊이인 결과의 게르마늄 필름층 A12, 약 0.0290㎛ 깊이의 결과의 TiN 필름층 B12으로, 이는 약 0.0900㎛ 깊이를 갖는 실리콘 디옥사이드 층 C12 상에 증착되었음이 도시된다.
도 9-12에 관하여, 실리콘-시딩 기간 동안 증가된 압력은 SiO2 기판(19) 및 TiN 기판(22) 모두 위에서 Ge 증착을 더 양호하게 하는 것으로 밝혀졌다.
이하, 도 13-14를 참조하면, α 실리콘 기판(23) 상에서 60분 동안 800 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 500 표준 입방 센티미터의 유동률의 SiH4 가스를 이용하여, 360℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 한 세트의 사진이 제공된다. 이러한 관점에서, 약 0.0400㎛ 깊이인 결과의 게르마늄 필름층 A13, 약 0.0600㎛ 깊이의 결과의 실리콘 필름층 B13으로, 이는 약 0.0990㎛ 깊이를 갖는 실리콘 디옥사이드층 C13 상에 증착되었음이 도시된다.
이하, 도 15를 참조하면, SiO2 기판(25) 상에서 10분 동안 400 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 100 표준 입방 센티미터의 유동률의 GeH4 가스를 이용하여, 360℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 사진이 제공된다. 이러한 관점에서, 약 0.0410㎛ 깊이인 결과의 게르마늄 필름층 A15와 SiO2 기판층(25) 상에 약 0.0930㎛ 깊이의 결과의 SiO2 필름층 B15이 도시된다.
이하, 도 16을 참조하면, TiN 기판(26) 상에서 10분 동안 400 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 100 표준 입방 센티미터의 유동률의 GeH4 가스를 이용하여, 360℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 사진이 제공된다. 이러한 관점에서, 약 0.0470㎛ 깊이인 결과의 게르마늄 필름층 A16, 약 0.0300㎛ 깊이의 결과의 TiN 필름층 B16으로, 이는 약 0.0860㎛ 깊이를 갖는 실리콘 디옥사이드 층 C16 상에 증착되었음이 도시된다.
도 13-16에 관련하여, SiH4 분해는 낮은 온도에서 기판을 완전히 커버하는 시드층을 제공하는데 가장 효과가 적어지게 하기 때문에, 온도의 감소는 SiO2 기판 상의 Ge 필름 증착을 저하시키는 것을 알 수 있다. 또한, Ge 필름들은 다결정질이므로, 결과의 비정질 Ge 필름을 갖도록 증착을 더욱 감소시킬 필요가 있음을 알 수 있다.
이하, 도 17-18을 참조하면, α 실리콘 기판(27) 상에서 60분 동안 800 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 500 표준 입방 센티미터의 유동률의 SiH4 가스를 이용하여, 340℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 한 세트의 사진이 제공된다. 이러한 관점에서, 약 0.0400㎛ 깊이인 결과의 게르마늄 필름층 A17, 약 0.0260㎛ 깊이의 별개로 증착된 실리콘 필름층 B17으로, 이는 약 0.0930㎛ 깊이인 실리콘 디옥사이드층 C17 상에 증착되었음이 도시된다. 이 공정은 분당 약 40Å의 Ge 필름 증착률을 초래한다.
이하, 도 19를 참조하면, TiN 기판(29) 상에서 10분 동안 800 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 100 표준 입방 센티미터의 유동률의 GeH4 가스를 이용하여, 340℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 사진이 제공된다. 이러한 관점에서, 약 0.0700㎛ 깊이인 결과의 게르마늄 필름층 A19, 약 0.0380㎛ 깊이의 결과의 TiN 필름층 B19으로, 이는 약 0.1010㎛ 깊이인 실리콘 디옥사이드층 C19 상에 증착되었음이 도시된다. 이 공정은 분당 약 70Å의 Ge 필름 증착률을 초래한다. 그것은 별개의 사진들에 도시되지 않았지만, SiO2 기판에 의해, 상기 조건에 상대적으로 어떠한 증착도 발생되지 않는 SEM 영상에 의해 결정되었다.
도 17-19와 관련하여, 온도의 감소에 의해 SiO2 기판 상에 Ge 필름을 증착시키는데 현재 완전히 실패하였음을 보여준다. 더욱이, TiN 기판 상의 균일한 Ge 필름 증착이 저하된다. 실리콘 필름 및 게르마늄 필름은 여전히 다결정질이므로, 결과의 비정질 Ge 필름을 갖도록 증착을 추가로 감소시킬 필요가 여전히 있음을 알 수 있다.
이하, 도 20-21을 참조하면, α 실리콘 기판(30) 상에서 60분 동안 1000 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 500 표준 입방 센티미터의 유동률의 SiH4 가스를 이용하여, 320℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 한 세트의 사진이 제공된다. 이러한 관점에서, TiN 기판층 상에서 약 0.0980㎛ 깊이의 별개로 증착된 실리 콘 필름층 B20, 약 0.1280㎛ 깊이인 결과의 게르마늄 필름층 A20이 도시된다.
이하, 도 22-23을 참조하면, TiN 기판(32) 상에서 20분 동안 1000 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 100 표준 입방 센티미터의 유동률의 GeH4 가스를 이용하여, 320℃에서 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 한 세트의 사진이 제공된다. 이러한 관점에서, 약 0.0640㎛ 깊이인 결과의 게르마늄 필름층 A22, 약 0.0270㎛ 깊이의 결과의 TiN 필름층 B22으로, 이는 약 0.0930㎛ 깊이를 갖는 실리콘 디옥사이드층 C22 상에 증착되었음이 도시된다. 이 공정은 분당 약 32Å의 Ge 필름 증착률을 초래한다. 또한, 도 20-22에 관련하여, Ge 필름 증착은 현재 비정질이지만, 그 증착은 TiN 기판(32) 상에서 다소 불규칙적으로 나타남을 알 수 있다.
이하, 도 24-25을 참조하면, 조합된 380℃ 및 320℃ 공정을 사용하여 게르마늄 증착의 결과를 예시하는 한 세트의 사진이 제공된다. 그 관점에서, 실리콘 시드층 C24는 TiN 기판(34) 상에서 60분 동안 1000 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 500 표준 입방 센티미터의 유동률의 SiH4 가스를 이용하여, 380℃에서 증착된다. 다음으로, Ge 필름층 A24는 20분 동안 1000 mTorr의 압력으로 전달되는, 분당 200 표준 입방 센티미터의 유동률의 GeH4 가스를 이용하여, 320℃에서 증착된다. 이러한 관점에서, 약 0.0640㎛ 깊이인 결과의 Ge 필름층 A24, 약 0.0270㎛ 깊이의 결과의 TiN 필름층 B24으로, 이는 약 0.0930㎛ 깊이를 갖는 실리콘 디옥사이드층 C24 상 에 증착되었음이 도시된다.
요약하자면, 연성의 연속 필름은 2-온도 공정(1 증착)으로 초래되고, 여기서 적용된 온도는 Al, Cu 와이어링 또는 GST 물질과 완전히 호환되기에 충분히 낮다(320℃ 이하). 또한, SiH4 가스는 실리콘 또는 실리콘 디옥사이드 기판들 상에서보다 더 낮은 온도에서 TiN 상에서 더욱 용이하게 분해될 것이라 결론내릴 수도 있다. 마지막으로, 일단 실리콘층이 증착되면, SiH4 가스는 더 이상 분해되지 않아서 자체-제한된 공정을 초래한다. 이러한 자체-제한된 특징은 실리콘 분해를 최소화하고, 따라서 결과의 Ge 또는 SiGe 디바이스에 대한 실리콘 영향을 최소화하고, 이는 매우 바람직하다. 가장 중요하게는, 자체-제한된 공정은 특수 가스들의 사용 없이 수행되고, 대신에 Si, Ge, 및 SiGe 증착을 위해 용이하게 입수할 수 있는 가스들을 이용한다.
본 발명의 특정 실시예들이 개시되었지만, 여러가지 상이한 변형들이 첨부된 특허 청구의 범위의 진정한 정신 및 범위 내에서 가능하고 예상됨을 이해해야 한다. 예를 들면, 그 효과는 TiN 기판들에 대해 나타냈지만, 그 효과는 SiO2, SiN 및 SiNx 기판들 등의 다른 실리콘 타입 기판들 뿐만 아니라, Ta, TaN, W 및 WN 등의 다른 금속성 기판들에 대해 유용할 것으로 예상된다. SiH4 가스와 같은 통상의 촉매 가스 소스의 사용이 바람직한 실시예에 상대적으로 개시되었지만, 더 낮은 온도에서 Si 시드층들을 증착시키기 위해 분해되는 더욱 고가의 Si 가스 소스들이 이용될 수도 있음이 예상된다. 예를 들면, 디실란(Si2H6) 및 트리실란(Si3H8)이 이용될 수 있다. 마찬가지로, 대안의 Ge 가스 소스들이 GeF4, GeBr4 또는 GeCl4과 같이 이용될 수도 있다. 따라서, 본원에 제공된 정확한 요약서 또는 개시 내용들에 대한 어떠한 제한도 의도되지 않는다.

Claims (30)

  1. 금속성 기판 상에 자체-제한된 실리콘 필름층을 증착시키기 위해 320℃ 이하의 온도에서 제1 촉매 가스를 사용하는 단계; 및
    상기 자체-제한된 실리콘 필름층 상에 게르마늄 필름층을 증착시키기 위해 320℃ 이하의 온도에서 제2 촉매 가스를 사용하는 단계를 포함하는, 화학적 증기 증착 방법.
  2. 금속성 기판 상에 비정질 게르마늄 필름층을 증착시키기 위해 약 320℃의 온도에서 촉매 가스를 사용하는 단계를 포함하는, 화학적 증기 증착 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속성 기판 상에 실리콘 시드 층을 증착시키기 위해 약 320℃의 온도에서 다른 촉매 가스를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 화학적 증기 증착 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속성 기판이 TiN 기판인 화학적 증기 증착 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 다른 촉매 가스가 SiH4인 화학적 증기 증착 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 실리콘 시드층이 자체-제한된 시드층인 화학적 증기 증착 방법.
  7. 금속성 기판 상에 실리콘 필름층을 증착시키기 위해 약 320℃ 내지 약 380℃의 온도에서 제1 촉매 가스를 사용하는 단계; 및
    상기 실리콘 필름층 상에 게르마늄 필름층을 증착시키기 위해 320℃ 이하의 온도에서 제2 촉매 가스를 사용하는 단계를 포함하는, 화학적 증기 증착 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 실리콘 필름층이 약 1 원자 두께 내지 약 3 원자 두께를 갖는 실리콘 층인 화학적 증기 증착 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 실리콘 층이 자체-제한된 층인 화학적 증기 증착 방법.
  10. 제3항에 있어서, 상기 금속성 기판이 TiN 기판인 화학적 증기 증착 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 촉매 가스가 SiH4인 화학적 증기 증착 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제2 촉매 가스가 GeH4인 화학적 증기 증착 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 게르마늄 필름층이 비정질 층인 화학적 증기 증착 방법.
  14. 제7항에 있어서, 상기 게르마늄 필름층이 다결정질 층인 화학적 증기 증착 방법.
  15. 기판 상에 시드 필름층을 증착시키기 위해 약 320℃ 내지 약 380℃의 온도에서 제1 촉매 가스를 사용하는 단계; 및
    상기 시드 필름층 상에 게르마늄 필름층을 증착시키기 위해 320℃ 이하의 온도에서 제2 촉매 가스를 사용하는 단계를 포함하는, 화학적 증기 증착 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기판이 금속성 기판인 화학적 증기 증착 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 기판이 TiN 기판인 화학적 증기 증착 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 기판이 Si 기판인 화학적 증기 증착 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 기판이 SiO2 기판인 화학적 증기 증착 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 시드 필름층이 실리콘의 자체-제한된 시드 필름층인 화학적 증기 증착 방법.
  21. 제15항에 있어서, 상기 게르마늄 필름층이 비정질인 화학적 증기 증착 방법.
  22. 제15항에 있어서, 상기 게르마늄 필름층이 다결정질 게르마늄인 화학적 증기 증착 방법.
  23. 제15항에 있어서, 상기 게르마늄 필름이 균질한 필름층인 화학적 증기 증착 방법.
  24. 제17항에 있어서, 상기 제1 촉매 가스가 실리콘 가스 소스인 화학적 증기 증착 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 실리콘 가스 소스는 SiH4, Si2H6 및 Si3H8로 구성된 군으로부터 선택된 것인 화학적 증기 증착 방법.
  26. 제17항에 있어서, 상기 제2 촉매 가스는 게르마늄 가스 소스인 화학적 증기 증착 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 게르마늄 가스 소스는 GeH4, GeF4, GeBr4 및 GeCl4로 구성된 군으로부터 선택된 것인 화학적 증기 증착 방법.
  28. 제16항에 있어서, 상기 금속성 기판은 TiN, Ta, TaN, W 및 WN으로 구성된 금속성 기판들의 그룹으로부터 선택되는 것인 화학적 증기 증착 방법.
  29. 제15항에 있어서, 상기 기판은 SiNx 기판인 화학적 증기 증착 방법.
  30. 제21항에 있어서, 상기 비정질 게르마늄 필름을 결정화시키기에 충분한 시간 동안 약 350℃ 내지 약 425℃의 온도로 상기 비정질 게르마늄 필름을 가열하는 단계를 추가로 포함하는 화학적 증기 증착 방법.
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KR20180059474A (ko) * 2015-09-24 2018-06-04 도요 알루미늄 가부시키가이샤 페이스트 조성물 및 실리콘 게르마늄 층의 형성 방법

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