KR20140031210A - 에피택셜 게르마늄 스트레서 합금들의 선택적 증착을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

에피택셜 게르마늄 스트레서 합금들의 선택적 증착을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

이질 접합(heterojunction) 스트레서 층들을 형성하기 위한 방법 및 장치가 설명된다. 게르마늄 전구체 및 금속 전구체가 챔버에 공급되고, 게르마늄-금속 합금의 에피택셜 층이 기판 상에 형성된다. 금속 전구체는 전형적으로 금속 할로겐화물이며, 이는 고체 금속 할로겐화물을 승화시킴으로써 또는 순수 금속을 할로겐 가스에 접촉시킴으로써 공급될 수 있다. 전구체들은 샤워헤드 또는 측면 입구점을 통하여 공급될 수 있고, 챔버에 결합된 배기 시스템은 배기 컴포넌트들의 응결을 관리하도록 개별적으로 가열될 수 있다.

Description

에피택셜 게르마늄 스트레서 합금들의 선택적 증착을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR THE SELECTIVE DEPOSITION OF EPITAXIAL GERMANIUM STRESSOR ALLOYS}
본 명세서에서 설명된 기술은 반도체 디바이스들의 제조에 관한 것이다. 보다 명확하게는, 변형된(strained) 물질들을 이용한 전계 효과 트랜지스터들을 형성하는 방법들이 설명된다.
게르마늄은 CMOS 트랜지스터들과 같은 반도체 애플리케이션들을 위해 사용된 첫 번째 물질 중 하나였다. 게르마늄과 비교하여 굉장히 풍부한 실리콘에 기인하여, 실리콘은 CMOS 제조를 위한 선택의 압도적인 반도체 물질이었다. 디바이스 기하형상들이 무어의 법칙(Moore's Law)에 따라 감소함에 따라, 트랜지스터 컴포넌트들의 크기는 더 작고, 더 빠르며 더 적은 전력을 사용하고 더 적은 열을 발생시키는 디바이스들을 만들기 위해 노력하는 기술자들에게 도전을 제시한다. 예를 들면, 트랜지스터의 크기가 감소함에 따라, 트랜지스터의 채널 구역은 더 작아지고, 채널의 전자 속성들은 더 큰 저항성 및 더 높은 임계 전압들에 의해 덜 실용적이다. 일부 제조사들이 45㎚ 노드를 이룸에 따라, 캐리어 이동도는 소스/드레인 영역들에 매립된 실리콘-게르마늄 스트레서(stressor)들을 이용함으로써 실리콘 채널 영역에서 증가한다. 미래의 노드들에 대하여, 그러나, 여전히 더 높은 이동도 디바이스들이 요구된다. 따라서, 고 이동도 반도체 디바이스들을 형성하기 위한 방법 및 장치들에 대한 지속적인 요구가 있다.
반도체 기판 상에 스트레서 층들을 형성하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 게르마늄 스트레서 층은 상기 기판을 처리 챔버에 위치시키는 단계, 게르마늄 전구체를 상기 처리 챔버 안으로 유동시키는 단계, 스트레서 전구체를 상기 처리 챔버 밖에서 형성하는 단계, 상기 스트레서 전구체를 상기 처리 챔버 안으로 유동시키는 단계, 및 상기 게르마늄 스트레서 층을 상기 기판 상에 에피택셜적으로 성장시키는 단계에 의해 기판 상에 형성될 수 있다. 이런 층들을 형성하기 위한 장치는 인클로저(enclosure)에 배치되는 회전 기판 지지체, 상기 인클로저의 벽에 형성되는 다수의 가스 유입구들, 상기 인클로저의 벽에 형성되는 적어도 하나의 가스 배출구, 제 1 도관에 의해 하나의 가스 유입구에 결합되는, 스트레서 전구체를 발생시키기 위한 반응성 또는 비-반응성 소스, 제 2 도관에 의해 하나의 가스 유입구에 결합되는, 게르마늄 전구체를 공급하기 위한 비-반응성 소스, 및 가열된 배기 시스템을 포함한다. 가열된 배기 가스는 배기 컴포넌트들의 접착력을 감소시키도록 적용된 코팅을 가질 수 있고, 응결 트랩(condensation trap)을 포함할 수 있다.
게르마늄 전구체는 수소화물일 수 있고, 스트레서 전구체는 금속 염화물일 수 있다. 선택도 제어 종들, 예를 들면, 할로겐화물 가스는 기판의 반도체 및 유전체 구역들 상의 증착 선택도를 제어하기 위한 반응 혼합물과 함께 포함될 수 있다.
위에서 열거된 본 발명의 특징들이 상세히 이해될 수 있도록 하기 위하여, 위에서 간략히 요약한 본 발명의 더욱 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어지며, 이들 실시예 중 일부는 첨부된 도면들에 도시된다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 도시할 뿐이며, 따라서 본 발명은 다른 균등하게 효과적인 실시예에 대해서도 허용할 수 있기 때문에, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되지 않음에 유의해야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 방법을 요약한 흐름도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 방법을 요약한 흐름도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 장치의 개략적 다이어그램이다.
이해를 돕기 위해, 동일 참조 부호들이 가능하면 도면들에 공통인 동일 부재들을 표시하기 위해 사용되었다. 일 실시예에 개시된 엘리먼트들은 구체적인 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 활용될 수 있음이 고려된다.
도 1은 일 실시예에 따른 방법(100)을 요약한 흐름도이다. 102에서, 반도체 기판은 처리 챔버에 위치된다. 반도체 기판은 스트레서 층이 그 위에 형성될 임의의 반도체 물질일 수 있다. 트랜지스터 구조체가 그 위에 형성될 실리콘 기판이 일 예에서 사용될 수 있다. 반도체 기판은 일부 실시예들에서 그의 표면상에 형성된 유전체 영역들을 가질 수 있다. 예를 들면, 실리콘 기판은 반도체 소스/드레인 구역들 근처에 형성된 트랜지스터 게이트 구조체들 및 유전체 스페이서들을 가질 수 있는데, 이는 도핑된 실리콘의 구역들 또는 소스/드레인 물질들이 그 위에 형성될 구역들일 수 있다. 따라서, 소스/드레인 구역들은 도핑된 실리콘 층들에 더하여 또는 그 대신에 본 명세서에서 설명된 스트레서 층들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 스트레서 층들은 전형적으로 게르마늄 매트릭스, GexMy에 도핑된 금속 원자들을 포함한다. 큰 금속 원자들, 예를 들면, 주석 또는 납과 같은 게르마늄보다 큰 Ⅳ족 금속들은 게르마늄 매트릭스에 압축 응력을 부가하기 위해 유용하다. 게르마늄 결정체는 보통 약 570pm의 단위 셀 치수를 갖는 등방 구조(cubic structure)를 갖는다. 각 게르마늄 원자는 약 125pm의 반경을 갖는데, 주석 원자들은 약 145pm의 반경을 갖고, 납은 155 내지 180 pm의 반경을 갖는다. 더 큰 금속 원자들을 게르마늄 결정체 매트릭스에 부가하는 것은 측면(lateral) 게르마늄 원자들에 단축(uniaxial) 압축 응력을 및/또는 그 위에 놓인 게르마늄 원자들에 인장 변형을 가하는 더 큰 격자 크기를 초래한다. 이런 변형은 국부 전자들의 에너지를 증가시키고 게르마늄의 밴드 갭을 감소시키며, 변형되지 않은(unstrained) 게르마늄에 비교하여 더 높은 캐리어 이동도를 초래한다.
일 양상에서, 실리콘 기판은 스트레서 층이 트랜지스터 게이트 구조체의 일부로서 그 근처에 형성될 게르마늄 채널 층을 가질 수 있다. GexMy 스트레서는 이런 경우에 2축 응력을 이웃하는 게르마늄 층에 가한다. 다른 양상에서, 게르마늄 채널 층은 스트레서 층 위에 증착되므로, 2축 인장 변형은 게르마늄 채널 층에 가해진다.
104에서, 게르마늄 전구체가 반도체 기판을 포함하는 처리 챔버에 공급된다. 게르마늄 전구체는 전형적으로 게르만(GeH4), 디게르만(Ge2H6), 또는 더 높은 수수화물들(GexH2x +2), 또는 이의 조합들과 같은 게르마늄 수소화물이다. 게르마늄 전구체는 캐리어 가스와 함께 혼합될 수 있는데, 캐리어 가스는 질소 가스 또는 수소 가스와 같은 비-반응성 가스, 또는 헬륨 또는 아르곤과 같은 귀금속 가스, 또는 이의 조합일 수 있다. 캐리어 가스 유량에 대한 게르마늄 전구체 용적 유량의 비가 챔버를 통한 가스 유동 속도를 제어하도록 사용될 수 있다. 상기 비는 원하는 유동 속도에 따라 약 1%에서 약 99%까지의 임의의 비율일 수 있다. 일부 실시예들에서, 비교적 높은 속도가 형성된 층의 균일성을 개선할 수 있다. 300㎜ 단일-웨이퍼 실시예에서, 게르마늄 전구체의 유량은 약 0.1 sLm 내지 약 2.0 sLm일 수 있다. 약 50L의 용적을 갖는 챔버에 대하여, 게르마늄 전구체에 대한 위의 유량들에서, 약 5 sLm 내지 약 40 sLm의 캐리어 가스 유량은 균일한 층 두께를 제공한다.
106에서, 금속 할로겐화물이 게르마늄 전구체와 반응하도록 그리고 금속 도핑된 게르마늄의 층을 증착하도록 처리 챔버에 공급된다. 금속 할로겐화물은 주석 또는 납 할로겐화물 가스, 예를 들면, SnCl4, SnCl2, PbCl4, 또는 PbCl2 또는 화학식 RxMCly를 갖는 유기금속 염화물일 수 있고, 여기서 R은 메틸 또는 t-부틸이며, x는 1 또는 2이고, M은 Sn 또는 Pb이며, y는 2 또는 3이므로, 형성된 층은 주로 Ⅳ족 성분들이 포함된다.
이웃하는 게르마늄 층에서 달성된 이동도 향상의 정도는 격자 불일치 및 그 결과에 따른 스트레서 층에 의해 부여되는 응력에 의존한다. 이는 결국 스트레서 매트릭스의 금속 원자들의 농도에 대략 선형적으로 의존한다. 금속의 농도가 스트레서에서 증가함에 따라, 이웃하는 응력을 받은(stressed) 게르마늄의 원자가 전자들의 에너지는 궤도들의 굽힘(bending) 및 변형(straining)에 기인하여 증가하고, 전도대의 에너지는 감소한다. 충분히 높은 농도에서, 반도체-금속 합금은 직접 밴드 갭(direct bandgap) 물질(즉, 금속성의)로 된다. 그것은, 일부 실시예들에서, 금속 농도를 제한하기 위해 유용할 수 있고, 그래서 합금은 여전히 간접 밴드 갭 물질(indirect bandgap)이다. 트랜지스터 애플리케이션들에서, 소스/드레인 구역들에서 간접 밴드 갭 물질을 유지하는 것은 누설을 감소할 수 있다.
금속 할로겐화물이 약 10 sccm 내지 약 300 sccm, 예를 들면, 약 50 sccm 내지 약 200 sccm, 예를 들면, 100 sccm의 유량으로 처리 챔버에 공급된다. 금속 할로겐화물은 또한 처리 챔버에서의 원하는 공간 속도 및/또는 혼합 성능을 달성하기 위해 캐리어 가스와 혼합될 수 있다. 금속 할로겐화물은 N2, H2, Ar, 또는 He과 같은 유동 캐리어 가스 스트림으로 승화되는 금속 할로겐화물 결정체들의 고체 소스로부터 얻어질 수 있거나, 금속 할로겐화물은 반응 M + 2Cl2 → MCl4(여기서, M은 Sn 또는 Pb이다)를 수행하기 위해 할로겐 가스를 위의 캐리어 가스들 중 하나와 함께 선택적으로 접촉 챔버에서 고체 금속 위를 통과함으로써 발생될 수 있다. 접촉 챔버는 금속 할로겐화물 입자들이 도관에 증착하는 가능성을 감소시키기 위해 바람직하게는 짧은 도관에 의해 그에 결합되는 처리 챔버 근처일 수 있다.
금속 할로겐화물 및 게르마늄 전구체는 통상 상이한 경로들을 통하여 처리 챔버에 공급된다. 게르마늄 전구체는 제 1 경로를 통하여 공급되고, 금속 할로겐화물은 제 2 경로를 통하여 공급된다. 2개의 경로들은 일반적으로 상이하고 처리 챔버 안으로의 입구점까지 분리된다. 일 실시예에서, 양쪽 스트림들은 기판 지지체의 가장자리에 근접한 챔버의 측벽을 통하여 유입되고, 기판 지지체를 가로질러 일측에서 그의 대향 측으로 그리고 배기 시스템 안으로 이동한다. 기판 지지체는 균일성을 개선하기 위해 응력을 받은 층의 형성 동안 회전할 수 있다. 제 1 경로는 일반적으로 처리 챔버 안으로의 제 1 입구점과 연통하는데, 처리 챔버는 챔버의 벽의 하나 또는 둘 이상의 개구들 또는 챔버의 벽에 결합되는, 샤워헤드와 같은 가스 분배기를 포함할 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 개구들은 위에서 설명된 바와 같이, 기판 지지체의 가장자리 부근일 수 있거나, 이중 또는 다중 경로 가스 분배기의 입구점들일 수 있다. 제 2 경로는 유사하게 제 1 입구점과 유사한 제 2 입구점과 연통한다. 제 1 및 제 2 입구점들은 2개의 스트림들이 혼합되도록 배치되고 기판 지지체 위의 구역에 증착 또는 층 성장 혼합물을 공급한다. 가스 분배기의 사용은, 일부 실시예들에서, 처리 동안 기판을 회전할 필요를 감소하거나 제거할 수 있다.
스트레서 층의 성장은 일반적으로 높은 구조적 품질을 위한 에피택셜이다. 처리 챔버 내의 압력은 약 5 Torr 내지 200 Torr, 예를 들면, 약 20 Torr 내지 약 80 Torr, 예를 들면, 약 40 Torr로 유지된다. 온도는 약 150 ℃ 내지 약 500 ℃, 예를 들면, 약 200 ℃ 내지 약 400 ℃, 예를 들면, 약 300 ℃이다. 온도들은 금속 할로겐화물 전구체의 분해 온도 미만으로, 일반적으로 약 600℃ 이하로 유지된다. 압력들은 일부 실시예들에서 약 5 Torr 미만일 수 있지만, 감소된 압력은 또한 증착률을 감소시킨다. 이런 조건들에서의 증착률은 약 50 Å/min 내지 약 500 Å/min 이다.
108에서, 게르마늄 스트레서 층, 또는 게르마늄 금속 합금 층이 다음의 반응들에 따라 형성된다:
MCl4 + GeH4 → MH2Cl2 + GeH2Cl2
MH2Cl2 + H2 → M + 2HCl + H2
GeH2Cl2 + H2 → Ge + 2HCl + H2
여기서, M은 Sn 또는 Pb이다. 유사한 반응들이 위에 설명된 유기금속 염화물들과 함께 발생한다. 더 높은 자릿수의 게르만들은 클로로게르만(chlorogermane)의 중간물(intermediate)들의 혼합을 산출하는데, 이는 유사하게 게르마늄 침전물들로 분해된다. 수소 가스가 증착 반응들을 촉진하기 위해 챔버로 공급된다. 약 5 sLm 내지 약 40 sLm의 수소 가스의 유량이 주변 수소 농도를 제공하기 위해 전구체들 중 어느 하나 또는 전체와 함께 포함될 수 있다.
층은 전형적으로 약 300 Å 내지 약 800 Å의 두께로 증착된다. 게르마늄 매트릭스의 주석 원자들의 농도는 방법(100)에 따라 약 1% 내지 약 12%, 예를 들면, 약 3% 내지 약 9%, 예를 들면, 약 6%일 수 있다. 납이 사용되는 경우, 게르마늄 매트릭스에서 납 원자들의 농도는 약 0.2% 내지 약 5%, 예를 들면, 약 1% 내지 약 3%, 예를 들면, 약 2%일 수 있다. 원하는 경우, 납과 주석의 혼합물이 사용될 수 있다. 납은 주석보다 낮은 투여량으로 높은 밴드 갭 감소를 달성할 수 있고, 납과 주석의 혼합물의 사용은 밴드 갭 감소의 약간의 향상을 갖는 가공성(processability)(즉, 주석 할로겐화물들이 상승된 온도들에서 납 할로겐화물보다 더 안정적이다)을 전달하기 위한 일부 실시예들에서 유리할 수 있다.
도 2는 다른 실시예에 따른 방법(20)을 요약하는 흐름도이다. 방법(200)은 방법(100)과 많은 점에서 유사하고, 처리 기판들이 반도체 및 유전체 구역들을 갖는 경우, 유사한 결과들을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 202에서, 반도체 및 유전체 피쳐들을 갖는 기판이 도 1과 관련하여 위에서 설명된 바와 같은 특성들을 갖는 챔버에 배치된다. 204에서, 도 1과 관련하여 설명된 게르마늄 전구체들 중 어느 하나일 수 있는 게르마늄 전구체가 제 1 경로를 통하여 처리 챔버에 공급된다. 206에서, 도 1과 관련하여 위에서 설명된 주석 또는 납 전구체들 중 어느 하나일 수 있는 주석 또는 납 전구체, 또는 주석 및 납 전구체들의 혼합물이 제 2 경로를 통하여 처리 챔버에 공급된다.
208에서, 증착 제어 종들이 처리 챔버로 공급된다. 증착 제어 종들은 기판의 표면 상의 게르마늄, 주석, 및/또는 납의 증착을 제어하기 위해 공급된다. 증착 제어 종들은 증착된 종들을 반도체 구역들에서보다 빠르게 기판의 유전체 구역들에서 선택적으로 제거한다. 따라서, 일부 실시예들에서, 선택도가 반응 혼합물의 반응성 종들에 관한 선택도 제어 종들의 양을 조정함으로써 제어될 수 있기 때문에, 증착 제어 종들은 선택도 제어 종들일 수 있다.
증착 제어 종들은 전형적으로 할로겐화물과 같은 할로겐 함유 종들, 예를 들면, HCl, HF, 또는 HBr이다. 일 실시예에서, 증착 제어 종들은 HCl이다. 증착 제어 종들은 약 10 sccm 내지 약 1000 sccm, 예를 들면, 약 100 sccm 내지 약 500 sccm, 예를 들면, 약 200 sccm의 유량으로 공급될 수 있다. 층 성장 선택도 및 증착률은 게르마늄 전구체에 대한 증착 제어 종들의 용적비를 조정함으로써 제어될 수 있다. 더 높은 비는 증착률을 전반적으로 감소시키지만, 선택도를 개선한다. 게르마늄 전구체에 대한 증착 제어 종들의 용적 유량은 대부분의 실시예들에 대하여 약 0.01 내지 약 0.1, 예를 들면, 약 0.02 내지 약 0.06, 예를 들면, 0.04 범위이다. 범위의 상한에서, 증착률이 약 50 Å/min인 반면, 범위의 하한에서, 증착률은 500Å/min이다. 그러나, 범위의 상한에서, 기판의 유전체 구역들 상의 막 성장이 관찰되지 않는 반면, 범위의 하한에서, 반도체 구역들 상의 증착률은 유전체 구역들 상의 증착률의 약 50배이다.
스트레서 층에 의해 유도되는 압축 응력의 양은 낮은 금속 농도들에서 스트레서 매트릭스에 통합된 금속의 농도를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 금속 농도는 반응 혼합물에서 게르마늄 전구체에 대한 금속 전구체의 비를 조정함으로써 제어될 수 있다. 대부분의 실시예들에 대하여, 처리 챔버에 공급된 게르마늄 전구체에 대한 금속 전구체의 용적 유량들의 비는 약 1% 내지 약 20%, 예를 들면, 약 4% 내지 약 12%, 예를 들면, 약 8%일 것이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 장치(300)의 개략적 다이어그램이다. 장치(300)는 응력을 받은 층들을 형성하기 위해 본 명세서에서 설명된 방법들을 실시하기 위해 이용가능하다. 처리 챔버(302)는 기판 지지체(308)를 갖는데, 기판 지지체는 회전 기판 지지체일 수 있고, 처리 챔버의 내부에 배치될 수 있다. 가열원(306)은 기판 지지체(308)의 일측에 대향하여 배치된다. 대안적으로, 가열원은 기판 지지체(308)에 내장될 수 있다. "Method for forming a high quality low temperature silicon nitride film"이란 명칭으로 2007년 2월 6일자로 출원되고 공동으로 양도된 미국 특허 제7172792호에 설명된 바와 같은 가열된 기판 지지체를 갖는 챔버가 본 명세서에서 설명된 장치들을 구성하도록 그리고 본 명세서에서 설명된 방법들을 실시하도록 적응될 수 있다. "Modular CVD Epi 300㎜ Reactor"라 명칭으로 2008월 3월 27일자로 공개되고 공동으로 양도된 미국 특허공개 제2008/0072820호에 설명된 바와 같은 램프 가열 모듈을 갖는 챔버가 또한 본 명세서에서 설명된 장치들을 구성하도록 그리고 본 명세서에서 설명된 방법들을 실시하도록 적응될 수 있다. 둘 모두가 캘리포니아, 산타클라라의 Applied Materials Inc.로부터 구입가능한 Epi™ 300㎜ 반응기 또는 300㎜ xGen™ 챔버가 본 명세서에서 설명된 실시예들을 구성하고 이용하도록 적응될 수 있다. 처리 챔버(302)는 챔버 안으로의 가스 유입을 위한 샤워헤드(304)를 가질 수 있다. 대안적으로, 가스는 챔버(302)의 측벽(360)에 결합된 측면 입구(320)를 통하여 처리 챔버로 제공될 수 있다.
화학물질 전달 시스템(310) 및 금속 전구체 접촉 시스템(312)을 포함하는 공급 시스템(328)이 다양한 도관들을 통하여 챔버(302)에 결합된다. 제 1 도관(322) 및 제 2 도관(324)은 공급 시스템(328)을 선택적인 샤워헤드(304)에 결합할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 방법들을 수행하기 위해, 샤워헤드(304)는 챔버(302) 안으로 유입 이전에 전구체들의 혼합을 방지하기 위한 이중-경로 샤워헤드일 수 있다. 예시적인 이중-경로 샤워헤드는 "Gas distribution showerhead for semiconductor processing"이란 제목으로 2006년 1월 10일자로 출원되고 공동으로 양도된 미국 특허 제6,983,892호에 설명된다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 교차-유동(cross-flow) 가스 주입은 제 1 및 제 2 교차-유동 가스 도관들(316 및 318)을 측면 입구점(320)에 제공함으로써 실시될 수 있다. 교차-유동 주입 구성의 예는 미국 특허 제6,500,734호에 설명된다. 장치(300)는 샤워헤드 구성 및 교차-유동 주입 구성 모두를 포함하거나, 단지 하나만 포함하거나 다른 구성을 포함할 수 있다.
화학물질 전달 시스템(310)은 게르마늄 전구체들을 질소 및/또는 수소와 같은 캐리어 가스들과 함께 선택적으로 챔버(302)로 전달한다. 화학물질 전달 시스템(310)은 또한 증착 또는 선택도 제어 종들을 챔버(302)로 전달할 수 있다. 화학물질 전달 시스템(310)은 액체 또는 기체 소스들 및 제어부들(미도시)을 포함할 수 있는데, 제어부들은 가스 패널에 구성될 수 있다.
접촉 챔버(312)는 금속 전구체를 챔버(302)로 운반하도록 배치된 도관(314)을 통하여 측면 입구점(320) 또는 샤워헤드(304) 중 어느 하나에 결합될 수 있다. 도관들(314, 316, 및 322)은 본 명세서에서 설명된 금속 할로겐화물 종들의 응결을 제어하거나 방지하기 위해 약 50℃ 내지 약 200℃의 온도로 가열될 수 있다. 접촉 챔버(312)는 전형적으로 고체 금속 또는 금속 할로겐화물 결정체들의 층을 포함한다. 금속 할로겐화물 결정체들은 가스 공급 도관들(362 및 364) 중 하나 또는 둘 모두를 통하여 공급된 캐리어 가스로 승화될 수 있다. 고체 금속은 가스 공급 도관들(362 및 364) 중 하나 또는 둘 모두를 통하여 공급된 할로겐 가스 소스와 접촉될 수 있다. 일 실시예에서, 할로겐 가스 소스는 제 1 가스 공급 도관(362)을 통하여 공급되는 반면, 캐리어 가스는 제 2 가스 공급 도관(364)을 통하여 공급된다. 승화 또는 반응 중 어느 하나를 위한 가스들은 접촉을 향상시키기 위해 분말로 만든 금속 또는 금속 할로겐화물 유동층(fluidized bed)을 통하여 유동될 수 있다. 메시 스트레이너(mesh strainer) 또는 필터가 입자들의 챔버(302) 안으로의 엔트레인먼트(entrainment)를 방지하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 가스들은 고정된 고체 금속 또는 금속 할로겐화물 층을 가로질러 유동할 수 있다.
배기 시스템(330)이 챔버(302)에 결합된다. 배기 시스템(330)은 임의의 편리한 위치에서 챔버에 결합되는데, 이런 위치는 챔버 안으로의 가스 유입의 위치에 의존할 수 있다. 샤워헤드(304)를 통한 가스 유입을 위해 배기 시스템은 예를 들면, 하나 또는 둘 이상의 입구들에 의해 또는 환형 개구를 통하여 가열원(306) 부근에서 챔버의 저벽(bottom wall)에 결합될 수 있다. 환형 매니폴드가 기판 지지체의 가장자리 부근에 배치될 수 있고, 일부 실시예들에서 배기 시스템(330)에 결합될 수 있다. 교차-유동 실시예들에 대하여, 배기 시스템(330)은 측면 입구점(320)에 대향하는 챔버의 측벽에 결합될 수 있다.
배기 도관(340)은 배기 컵(332)을 스로틀 밸브(throttle valve)(366)를 통하여 진공 펌프(352)에 결합한다. 재킷(jacket)(368)은 배기 컵(332)에서 진공 펌프(352)의 유입구(350)까지 배기 도관(340) 및 스로틀 밸브(366)를 둘러싼다. 재킷(368)은 배기 도관(340)의 열 제어가 라인에서 배기 종들의 응결을 방지하게 할 수 있다. 증기, 또는 열풍, 물, 또는 다른 열 유체와 같은 임의의 가열 매체가 배기 도관을 배기 가스의 이슬점(dew point) 위의 온도에서 유지하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 재킷은 저항성 가열 부재들(즉, 전기 담요)을 포함할 수 있다. 응결 트랩(336)은 원하는 경우, 배기 시스템(330)의 임의의 응결물들의 포획을 더 개선하기 위해 밸브(338)에 의해 배기 도관(340)에 결합될 수 있다. 진공 펌프(352)는 저감(abatement) 도관(354)을 통하여 저감 시스템(356)으로 페이 오프(pay off)하는데, 저감 도관은 전형적으로 가열되지 않거나 재킷형이 아니고, 세정된 가스가 358에서 배출된다. 배기 도관(340)에서 습윤(wetting) 또는 핵형성(nucleation)을 더 감소시키기 위해, 배기 도관(340)은 석영 또는 불활성 폴리머 물질로 코팅될 수 있다.
플라즈마 또는 자외선 활성화된 세정제들이 활성 소스(334)에 의해 배기 시스템(330) 안으로 결합될 수 있는데, 활성 소스는 활성 세정 종들을 발생시키기 위해 마이크로파 또는 RF 챔버에 결합될 수 있다. 세정 가스 라인(326)은 세정 가스들을 화학물질 전달 시스템(310)에서 배기 도관(340)으로 공급할 수 있고, 원하는 경우 활성 소스(334)를 통하여 진행한다. 세정을 위한 활성종들의 사용은 세정이 감소된 온도들에서 진행되도록 한다.
본 명세서에서 설명된 방법들을 수행하기 위해 사용된 챔버(302)와 같은 챔버 또는 방법들(100 및 200)을 수행하기 위해 사용된 임의의 챔버를 세정하기 위한 방법은 할로겐 가스를 챔버에 공급하는 단계, 잔여물들을 휘발성 할로겐화물들로 전환하는 단계를 포함한다. 챔버의 온도는 전형적으로 세정 동안 약 600℃ 미만으로 유지되고, 금속 침전물들은 MClx, 전형적으로 SnClx 또는 PbClx로 전환된다. 할로겐 가스는 염소 가스, 불소 가스, HCl, 또는 HF일 수 있다. 챔버는 특히 배기 도관이 절연된 경우에 배기 도관의 개별적인 가열이 필요하지 않을 정도로 가열될 수 있다. 대안적으로, 챔버 온도는 원하는 경우, 약 400℃ 미만으로 유지될 수 있고, 배기 도관(340)은 응결을 방지하기 위해 가열된다.
스트레서 층을 형성하는 대안적인 실시예들은 실질적으로 순수한 에피택셜 게르마늄 층을 형성하고 그 다음 금속-도핑된 에피택셜 게르마늄 층을 형성하는 주기적인 프로세스들을 포함할 수 있고, 순수 및 도핑된 층들은 일반적으로 위에서 설명된 처리법들에 따라 게르마늄 전구체의 유동을 유지하면서 금속 전구체의 유동을 개시 및 정지함으로써 형성된다. 다른 실시예들에서, 그레이드된(graded) 응력을 갖는 층이 실질적으로 순수 게르마늄의 에피택셜 초기 층을 형성하기 위한 시간의 주기 동안 게르마늄 전구체의 유동을 구축하고, 초기 유량으로 금속 전구체의 유동을 개시하며, 그 다음 금속 전구체의 유량을 선형 또는 비-선형의 임의의 원하는 패턴에 따라 최종 유량으로 증가시킴으로써 형성될 수 있다. 이런 그레이드된 응력 층은 증가한 전자 이동도를 제공하면서 그 아래의 층들에 더 강력하게 부착될 수 있다.
상술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가 실시예들이 그의 기본 범위를 벗어나지 않고 안출될 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판 상에 게르마늄 스트레서 층(stressor layer)들을 형성하는 방법으로서,
    상기 기판을 처리 챔버에 위치시키는 단계;
    게르마늄 전구체를 상기 처리 챔버 안으로 유동시키는 단계;
    금속 할로겐화물(halide) 스트레서 전구체를 상기 처리 챔버에 결합되는 반응 용적에서 형성하는 단계;
    상기 스트레서 전구체를 상기 처리 챔버 안으로 유동시키는 단계; 및
    상기 게르마늄 스트레서 층을 상기 기판 상에 에피택셜적으로(epitaxially) 성장시키는 단계
    를 포함하는,
    기판 상에 게르마늄 스트레서 층들을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 안으로 선택도(selectivity) 제어 종을 유동시키는 단계를 더 포함하는,
    기판 상에 게르마늄 스트레서 층들을 형성하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판은 유전체 구역들 및 반도전성 구역들을 포함하고, 상기 선택도 제어 종은 상기 유전체 및 반도전성 구역들 상의 상기 게르마늄 스트레서 층의 상대적 성장률(relative growth rate)을 제어하는,
    기판 상에 게르마늄 스트레서 층들을 형성하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트레서 전구체를 형성하는 단계는 할로겐-함유 캐리어 가스를 고체 금속 물질 위로 유동시키는 단계를 포함하는,
    기판 상에 게르마늄 스트레서 층들을 형성하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트레서 전구체는 일반식 RxSnCly를 갖는 유기주석 염화물들(organotin chlorides)을 포함하고, 여기서, R은 메틸 또는 t-부틸이며, x는 1 또는 2이고, 그리고 y는 2 또는 3이며, 상기 스트레서 전구체는 무수 고체 결정체(anhydrous solid crystal)들로부터 N2, H2, Ar, 또는 He를 포함하는 캐리어 가스 스트림으로 승화되는,
    기판 상에 게르마늄 스트레서 층들을 형성하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 게르마늄 전구체는 게르만(germane) 또는 디게르만(digermane)이고, 상기 스트레서 전구체는 유기주석 염화물인,
    기판 상에 게르마늄 스트레서 층들을 형성하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 게르마늄 전구체 및 상기 스트레서 전구체는 상기 챔버의 일측으로부터 상기 챔버의 반대 측으로 상기 챔버를 가로질러 유동되는,
    기판 상에 게르마늄 스트레서 층들을 형성하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 게르마늄 전구체 및 상기 스트레서 전구체는 샤워헤드를 통하여 상기 챔버 안으로 유동되는,
    기판 상에 게르마늄 스트레서 층들을 형성하는 방법.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 선택도 제어 종은 상기 기판의 상기 유전체 구역들 상에 증착된 물질을 선택적으로 제거하는,
    기판 상에 게르마늄 스트레서 층들을 형성하는 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 게르마늄 스트레서 층을 상기 기판 상에 에피택셜적으로 성장시키는 단계는 상기 처리 챔버를 약 5 Torr 내지 약 80 Torr의 압력 및 약 150℃ 내지 약 400℃의 온도로 유지하는 단계를 포함하는,
    기판 상에 게르마늄 스트레서 층들을 형성하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스트레서 전구체 대 상기 선택도 제어 종의 유량비는 약 2:1 내지 약 100:1인,
    기판 상에 게르마늄 스트레서 층들을 형성하는 방법.
  12. 기판 상에 스트레서 층을 형성하기 위한 장치로서,
    인클로저(enclosure)에 배치되는 회전 기판 지지체;
    상기 인클로저의 벽에 형성되는 다수의 가스 유입구들;
    상기 인클로저의 벽에 형성되는 적어도 하나의 가스 배출구;
    제 1 도관에 의해 가스 유입구에 결합되는 반응성 전구체 발생기;
    제 2 도관에 의해 가스 유입구에 결합되는 비-반응성 전구체 소스; 및
    응결 트랩(condensation trap)을 포함하는 가열형 배기 시스템
    을 포함하는,
    기판 상에 스트레서 층을 형성하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    적어도 하나의 가스 유입구는 상기 기판 지지체 부근의 상기 인클로저의 벽에 형성되고, 상기 반응성 소스는 할로겐화물 소스에 결합되는,
    기판 상에 스트레서 층을 형성하기 위한 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 가열형 배기 시스템은 재킷형 배관(jacketed piping) 및 밸브들, 및 접착력 감소 코팅(adhesion reducing coating)을 포함하는,
    기판 상에 스트레서 층을 형성하기 위한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가열형 배기 시스템은 진공 펌프를 더 포함하고, 상기 재킷형 배관 및 밸브들은 상기 진공 펌프의 유입구에서 종지되는(end),
    기판 상에 스트레서 층을 형성하기 위한 장치.
  16. 기판 상에 스트레서 층을 형성하기 위한 장치로서,
    인클로저에 배치되는 회전 기판 지지체;
    상기 인클로저에서 상기 기판 지지체 아래에 배치되는 가열원;
    상기 기판 지지체의 가장자리에 근접한 상기 인클로저의 측벽에 형성되고 상기 기판 지지체의 상부면에 실질적으로 평행한 유동 방향을 갖는 가스 유입구;
    상기 가스 유입구에 대향하고 상기 기판 지지체의 상기 가장자리에 근접한 측벽에 형성되는 가스 배출구;
    상기 가스 유입구 및 게르마늄 수소화물 소스에 결합되는 제 1 전구체 경로(pathway);
    상기 가스 유입구 및 금속 할로겐화물 또는 유기금속 할로겐화물 소스에 결합되는 제 2 전구체 경로; 및
    상기 가스 배출구를 진공 펌프에 결합하는 재킷형 배관 및 밸브들을 포함하는 배기 시스템
    을 포함하는,
    기판 상에 스트레서 층을 형성하기 위한 장치.
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