(57)【要約】  化学気相堆積法により、連続的で滑らかなゲルマニウム膜層が提供される。このゲルマニウム膜層は十分に低い温度で金属基板上に堆積されて、アルミニウムおよび銅など、温度の影響を受けやすい材料と一緒に使用するのに適したゲルマニウムデバイスを提供する。別の化学気相堆積法により、連続的で滑らかなシリコン−ゲルマニウム膜層が提供される。このシリコン−ゲルマニウム膜層は十分に低い温度で二酸化シリコン基板上に堆積されて、アルミニウム、銅およびカルコゲナイドメモリ材料など、温度の影響を受けやすい材料と一緒に使用するのに適したゲルマニウムデバイスを提供する。
2008544556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学気相堆積プロセスであって、
金属基板上に自己制限型のシリコン膜層を堆積させるために第１の触媒ガスを温度３２０℃以下で用いるステップと、
前記自己制限型のシリコン膜層上にゲルマニウム膜層を堆積させるために第２の触媒ガスを温度３２０℃以下で用いるステップと、
を含む化学気相堆積プロセス。
【請求項２】
化学気相堆積プロセスであって、
金属基板上に非晶質ゲルマニウム膜層を堆積させるために触媒ガスを約３２０℃の温度で用いるステップを含む化学気相堆積プロセス。
【請求項３】
請求項２記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記金属基板上にシリコンシード層を堆積させるために触媒ガスを約３２０℃の温度で用いるステップをさらに含む化学気相堆積プロセス。
【請求項４】
請求項３記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記金属基板が、ＴｉＮ基板である化学気相堆積プロセス。
【請求項５】
請求項４記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記別の触媒ガスが、ＳｉＨ4 である化学気相堆積プロセス。
【請求項６】
請求項５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記シリコンシード層が、自己制限型のシード層である化学気相堆積プロセス。
【請求項７】
化学気相堆積プロセスであって、
シリコン膜層を金属基板上に堆積させるために第１の触媒ガスを温度約３２０℃〜約３８０℃で用いるステップと、
前記シリコン膜層上にゲルマニウム膜層を堆積させるために第２の触媒ガスを温度３２０℃以下で用いるステップと、
を含む化学気相堆積プロセス。
【請求項８】
請求項７記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記シリコン膜層が、厚さ約１原子〜厚さ約３原子の厚みを備えたシリコンの層である化学気相堆積プロセス。
【請求項９】
請求項８記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記シリコンの層が、自己制限型の層である化学気相堆積プロセス。
【請求項１０】
請求項３記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記金属基板が、ＴｉＮ基板である化学気相堆積プロセス。
【請求項１１】
請求項１０記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記第１の触媒ガスが、ＳｉＨ4である化学気相堆積プロセス。
【請求項１２】
請求項１０記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記第２の触媒ガスが、ＧｅＨ4である化学気相堆積プロセス。
【請求項１３】
請求項７記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記ゲルマニウム膜層が、非晶質層である化学気相堆積プロセス。
【請求項１４】
請求項７記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記ゲルマニウム膜層が、多結晶層である化学気相堆積プロセス。
【請求項１５】
化学気相堆積プロセスであって、
基板上にシード膜層を堆積させるために第１の触媒ガスを約３２０℃〜約３８０℃の温度で用いるステップと、
前記シード膜層上にゲルマニウム膜層を堆積させるために第２の触媒ガスを温度３２０℃以下で用いるステップと、
を含む化学気相堆積プロセス。
【請求項１６】
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記基板が、金属基板である化学気相堆積プロセス。
【請求項１７】
請求項１６記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記基板が、ＴｉＮ基板である化学気相堆積プロセス。
【請求項１８】
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記基板が、Ｓｉ基板である化学気相堆積プロセス。
【請求項１９】
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記基板が、ＳｉＯ2 基板である化学気相堆積プロセス。
【請求項２０】
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記シード膜層が、シリコンの自己制限型のシード膜層である化学気相堆積プロセス。
【請求項２１】
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記ゲルマニウム膜層が、非晶質である化学気相堆積プロセス。
【請求項２２】
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記ゲルマニウム膜層が、多結晶ゲルマニウムである化学気相堆積プロセス。
【請求項２３】
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記ゲルマニウム膜が、均質なフィルム層である化学気相堆積プロセス。
【請求項２４】
請求項１７記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記第１の触媒ガスが、シリコンガス源である化学気相堆積プロセス。
【請求項２５】
請求項２４記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記シリコンガス源が、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 およびＳｉ3 Ｈ8 からなる群から選択される化学気相堆積プロセス。
【請求項２６】
請求項１７記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記第２の触媒ガスが、ゲルマニウムガス源である化学気相堆積プロセス。
【請求項２７】
請求項２６記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記ゲルマニウムガス源が、ＧｅＨ4 、ＧｅＦ4 、ＧｅＢｒ4 およびＧｅＣｌ4 からなる群から選択される化学気相堆積プロセス。
【請求項２８】
請求項１６記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記金属基板が、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＷおよびＷｎからなる金属基板群から選択される化学気相堆積プロセス。
【請求項２９】
請求項１５記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記基板が、ＳｉＮx 基板である化学気相堆積プロセス。
【請求項３０】
請求項２１記載の化学気相堆積プロセスにおいて、
前記非晶質ゲルマニウム膜を結晶化させるのに十分な時間にわたって前記非晶質ゲルマニウム膜を約３５０℃〜約４２５℃の温度に加熱するステップをさらに含む化学気相堆積プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学気相堆積法でゲルマニウム膜を堆積させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学気相堆積法によるゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウムの堆積は被着基板(receiving substrate) の影響を強く受けることが当業者に知られている。例えば、シリコン基板へのゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウムの堆積は比較的容易である。他方、従来、二酸化シリコン基板または金属基板へのゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウムの堆積は、結果的にヘテロジニアスまたはランピー(lumpy) な堆積とするのに多大なインキュベーション時間（堆積開始までの時間）を要し、基板によっては温度４５０℃未満でまったく堆積しない。したがって、温度４５０℃未満で非晶質ゲルマニウム膜を金属または二酸化シリコンの基板上に堆積させる新たな優れた方法が強く望まれている。
【特許文献１】米国公開特許出願第２００５００１２１１９号
【非特許文献１】M. Cao, A. Wang, K. C. Saraswat 共著，「Low Pressure Chemical Vapor Deposition of Si1-x Gex Films On SiO2 （ＳｉＯ2 へのＳｉ1-x Ｇｅx 膜の低圧化学気相堆積）」，Journal of the Electrochemical Society 142, 1566-1572 (1995)
【発明の開示】
【０００３】
ある好ましい化学気相堆積法では、連続的で滑らかなゲルマニウム膜がシリコンシード付き金属基板上に十分に低い温度で堆積されて、アルミニウムおよび銅など、温度の影響を受けやすい材料と集積させるのに適したゲルマニウムデバイスが提供される。別の好ましい化学気相堆積法では、連続的で滑らかなゲルマニウム膜が二酸化シリコンシード付き基板に十分に低い温度で堆積されて、アルミニウム、銅、Ｇｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 をはじめとするカルコゲナイドなど、温度の影響を受けやすい材料と一緒に使用するのに適したゲルマニウムデバイスが提供される。
【０００４】
添付図面と組み合わせて本発明の好ましい実施形態の以下の説明を参照することにより、本発明の前述した特徴およびステップならびにそれらを達成する態様が明らかとなり、本発明は最もよく理解される。
【０００５】
金属基板および二酸化シリコン基板上にゲルマニウム膜を堆積させる方法を開示する。以下の説明は、あらゆる当業者が本発明を作成および使用できるようにするために提供されるものである。説明に際し、本発明の十分な理解をもたらすために専門用語を記載する。具体的な用途および方法の説明は例として記載されるに過ぎない。当業者には、好ましい実施形態の種々の変形例がすぐに明らかになるであろう。本願明細書記載の一般原理は、本発明の精神および範囲から逸脱せずに他の実施形態および用途に適用することもできる。したがって、本発明は記載された実施形態に限定されるものではなく、本願明細書に開示されている原理およびステップに矛盾しない最も広い範囲が与えられるべきものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
ここで、図、特にその中の図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態による化学気相堆積法１１２のフローチャートが示されている。開示されている方法１１２により、非晶質または多結晶のゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム均質膜を化学気相堆積により３２０℃未満というごく低い温度で二酸化シリコン基板および金属基板上に堆積させることが可能となる。これについて、この方法は、例えば、S. B. HernerおよびM. Mahajani による「Method for Making High Density Nonvolatile Memory （高密度の不揮発性メモリを作成する方法）」という米国公開特許出願第２００５００１２１１９号（特許文献１）などに記載されているメモリデバイスで使用される半導体デバイスに適用される。
【０００７】
この堆積法１１２を詳述するのに先立ち、ゲルマニウムおよびシリコン−ゲルマニウム（以下、個別にまたは総称して単にＧｅ膜と呼ぶこともある）を二酸化シリコン基板または金属基板上に堆積させるための現状技術を簡単に見直すことが有利である。これに関し、化学気相堆積によってＧｅ膜を二酸化シリコン基板上へ堆積させる標準的な方法は、最初にシード層としてシリコン薄膜が堆積させることである。シリコン膜シード層は所定最小厚で堆積され、シリコンとゲルマニウムを組み合わせた層またはシリコンとシリコン−ゲルマニウムを組み合わせた層の電気的性質にもたらされる影響を最小限とする役割を果たす。
【０００８】
シリコンシード層の堆積後、引き続き、化学気相堆積（ＣＶＤ）によって４５０℃より高いいずれかの温度でＧｅ膜層が堆積される。しかし、ＧｅＨ4 プリカーサガスを用いてゲルマニウムを堆積させるＣＶＤ法には欠点がある。すなわち、Ｇｅ膜は、最後の膜をヘテロジニアスまたはランピーとしておくのに多大なインキュベーション時間（堆積開始までの時間）がかかることがあり、または基板によってはＧｅがまったく堆積しない。これは、ＧｅＨ4 分子を「分解(cracking)」して基板上にゲルマニウムを堆積させ且つ水素を除去することが難しいことに起因する。これに関し、（ＧｅＨ4 触媒を用いた）ＳｉＯ2 基板上へのゲルマニウム堆積は難しく、シリコン基板上へのゲルマニウム堆積の方が簡単であることが分かっている。
【０００９】
また、二酸化シリコン基板上へのシリコン−ゲルマニウム堆積が難しいことは当業者にとっては周知である。また、シリコン−ゲルマニウムが堆積しやすくなるように助けるために二酸化シリコン基板上にシリコン「シード」層を使用する方法も周知である。しかし、ＳｉのソースとしてＳｉＨ4 を使う場合、これらのシリコンシード層の堆積は、いずれも５００℃を超える高温で実施される。例えば、その全体が本願明細書において参照により援用されている、M. Cao, A. Wang, K. C. Saraswat 共著，「Low Pressure Chemical Vapor Deposition of Si1-x Gex Films On SiO2 （ＳｉＯ2 へのＳｉ1-x Ｇｅx 膜の低圧化学気相堆積）」，Journal of the Electrochemical Society 142, 1566-1572 (1995)（非特許文献１）が参考となる。
【００１０】
ここで、図１を参照しながらこの堆積法１１２について詳細に考えると、このプロセスは、シリコンのシード膜を基板上に堆積させるために、シリコンガス源などの第１の触媒ガス源を、金属基板などの基板に流れさせる使用ステップ１１４から始まる。次に、使用ステップ１１６は、ゲルマニウム膜をシリコンのシード層上に堆積させるために、ゲルマニウムガス源などの第２の触媒ガス源をシード付き基板に流れさせる。以下に詳述されるように、採用されるシリコンガスのタイプおよび使用温度のため、シリコンのシード層は自己制限型のシード層である。これは、露出している下地層が完全に覆われるまでシリコン堆積反応が続行することを意味する。これにより、薄層の厚さが、例えば１〜３原子となり得る。また、第２の触媒ガスが十分に低い温度（３２０℃以下）で供給されるので、表面に膜層が堆積された金属基板は、他の方法による、より高温のゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム堆積に対応できない、温度の影響を受けやすい材料と一緒に使用するのに適している。
【００１１】
手短に述べると、この自己制限型のシリコンシード層は広く利用されている安価なプリカーサガスを使って形成され、従来技術で知られているよりもずっと低い温度（３２０℃未満）で基板上にＧｅを堆積させることを可能とする。さらには、このような低温堆積により、例えば、アルミニウム配線、カルコゲナイドメモリ材料および銅など、より高温（＞４７５℃）のＳｉまたはＳｉＧｅ堆積に対応できない、温度の影響を受けやすい材料を使用することが可能となる。また、この自己制限性によってＳｉの堆積が最小限となり、したがって、結果として得られるデバイスへのＳｉの影響が最小限となり、これは望ましいことである。最後に、従来技術を上回るこれらすべての利点は高価な特殊ガスを使用せずに達成される。
【００１２】
ここで、堆積法１１２をさらに詳細に考察すると、金属基板または二酸化シリコン基板上にＧｅ膜を堆積させる堆積法により、アルミニウム（Ａｌ）および銅（Ｃｕ）配線など、温度の影響を受けやすい他の材料と集積させることが可能となる。また、この方法１１２では、窒化チタン（ＴｉＮ）に関する「分解」のために、より低温のＳｉＨ4 触媒を利用して、自己制限型のシリコン層（約４Å）を作成する。Ｇｅ膜の堆積のためにそのようなシード層を使用することは独創性と新規性がある。また、シリコンシードの厚さを最小限にすることは非常に有利であり、自己制限性は操作者のミスを受けにくいため、本質的に生産性を高めるものである。
【００１３】
以下に詳述されるように、この堆積法１１２は、例えば温度３３０℃未満でＴｉＮまたはＳｉＯ2 基板上にＧｅ膜を堆積させる新規なプロセスを提供する。３３０℃（またはそれ以下）で非晶質Ｇｅ膜を堆積した後、この次のステップでこのＧｅ膜の結晶化が行なわれる。Ｇｅ膜の結晶化は、約３５０℃〜約４２５℃の温度で実施される。膜を非晶質に堆積した後、それに続くステップで、この非晶質Ｇｅ膜を、膜を結晶化させるのに十分な時間にわたって加熱するので、このようにして得られた結晶化半導体デバイスの性能は、結晶膜を堆積させた半導体デバイスと比べて優れている。Ｇｅ処理中の温度を４２５℃以下に保つことにより、Ｇｅ半導体デバイスを、アルミニウム相互接続またはカルコゲナイドメモリ材料など、温度の影響を受けやすい他の材料と集積させることができる。当業者には、これがその非晶質な状態でＧｅ膜を半導体として使用することを妨げるものではないことが分かるであろう。
【００１４】
本発明の化学気相堆積プロセスによってもたらされる利益の理解を深めるために、一連の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真または画像を示す（図２〜３、図５〜２３）。いずれのＳＥＭ写真においても、シリコンシード層は見えない。なお、シリコン膜が示される場合、このシリコン膜は別の堆積で堆積されたものである。図２４〜２５に示されるように、本発明のプロセス１１２では、１つの堆積中にＳｉＯ2 層Ｃ24とＧｅ膜層Ａ24が（２段階で）堆積される。Ｓｉシード層はＧｅ膜Ａ24とＴｉＮ膜Ｂ24の間に存在しているが見えないことに留意されたい。
【００１５】
ここで図２および３を参照すると、圧力１００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＧｅＨ4 ガスを利用して、シード層を有しない２２ナノメータαシリコン基板１２に対して３０分間４００℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．１４８０μｍのゲルマニウム膜層Ａ2 と、別途堆積された深さ約０．２１８０μｍのドープされたシリコンおよびドープされていないシリコンのシリコン膜層Ｂ2 が示され、シリコン膜層Ｂ2 は深さ約０．０９１０μｍの二酸化シリコン基板層Ｃ2 上に堆積されている。図４が最もよく見えるのだが、Ｘ線回折グラフ４１２は堆積されたＧｅ膜が多結晶であることを明確に裏付けるものである。別写真で示していないが、ＳＥＭ撮像から、前述した条件についてＳｉＯ2 基板およびＴｉＮ基板の両方で堆積が起こらなかったことも確認された。
【００１６】
ここで図５および６を参照すると、圧力４００ｍＴｏｒｒで供給される５００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＳｉＨ4 ガスを利用して、αシリコン基板１５に対して６０分間３８０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０７５０μｍのゲルマニウム膜層Ａ5 と、別途堆積された深さ約０．１５１０μｍのシリコン膜層Ｂ5 が示され、シリコン膜層Ｂ5 は深さ約０．０９５０μｍの二酸化シリコン基板層Ｃ5 上に堆積されている。
【００１７】
ここで図７および８を参照すると、圧力２００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＧｅＨ4 ガスを利用して、二酸化シリコン基板１７に対して１０分間３８０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０９３０μｍのゲルマニウム膜層Ａ7 と、別途堆積された深さ約０．０９３０μｍのＳｉＯ2 膜層Ｂ7 が示されている。別写真で示していないが、ＳＥＭ撮像から、前述した条件についてＴｉＮ基板では堆積が起こらなかったことも確認された。
【００１８】
ここで図９および１０を参照すると、圧力８００ｍＴｏｒｒで供給される５００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＳｉＨ4 ガスを利用して、αシリコン基板１９に対して６０分間３８０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０５７０μｍのゲルマニウム膜層Ａ9 と、結果として得られた深さ約０．０５３０μｍのシリコン膜層Ｂ9 が示され、シリコン膜層Ｂ9 は深さ約０．１０００μｍの二酸化シリコン層Ｃ9 上に堆積されている。
【００１９】
ここで図１１を参照すると、圧力４００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＧｅＨ4 ガスを利用して、ＳｉＯ2 基板２１に対して１０分間３８０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０７３０μｍのゲルマニウム膜層Ａ11と、ＳｉＯ2 基板層２１上の、結果として得られた深さ約０．０８８０μｍのＳｉＯ2 膜層Ｂ11が示されている。
【００２０】
ここで図１２を参照すると、圧力４００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＧｅＨ4 ガスを利用して、ＴｉＮ基板２２に対して１０分間３８０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０８６０μｍのゲルマニウム膜層Ａ12と、結果として得られた深さ約０．０２９０μｍのＴｉＮ膜層Ｂ12が示され、ＴｉＮ膜層Ｂ12は深さ約０．０９００μｍの二酸化シリコン層Ｃ12上に堆積されている。
【００２１】
図９〜１２について、シリコンシード形成相のときに高圧力にすることにより、ＳｉＯ2 基板１９およびＴｉＮ基板２２の両方にＧｅをより良く堆積させることができたことが分かる。
【００２２】
ここで図１３および１４を参照すると、圧力８００ｍＴｏｒｒで供給される５００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＳｉＨ4 ガスを利用して、αシリコン基板２３に対して６０分間３６０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０４００μｍのゲルマニウム膜層Ａ13と、結果として得られた深さ約０．０６００μｍのシリコン膜層Ｂ13が示され、シリコン膜層Ｂ13は深さ約０．０９９０μｍの二酸化シリコン層Ｃ13上に堆積されている。
【００２３】
ここで図１５を参照すると、圧力４００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＧｅＨ4 ガスを利用して、ＳｉＯ2 基板２５に対して１０分間３６０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０４１０μｍのゲルマニウム膜層Ａ15と、ＳｉＯ2 基板層２５上の、結果として得られた深さ約０．０９３０μｍのＳｉＯ2 膜層Ｂ15が示されている。
【００２４】
ここで図１６を参照すると、圧力４００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＧｅＨ4 ガスを利用して、ＴｉＮ基板２６に対して１０分間３６０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０４７０μｍのゲルマニウム膜層Ａ16と、結果として得られた深さ約０．０３００μｍのＴｉＮ膜層Ｂ16が示され、ＴｉＮ膜層Ｂ16は深さ約０．０８６０μｍの二酸化シリコン層Ｃ16上に堆積されている。
【００２５】
図１３〜１６に関し、基板を完全に覆うシード層を提供する温度が低温であるほど、その際のＳｉＨ4 の分解の効率が最も下がるようであるため、温度を低くすることによってＳｉＯ2 基板上のＧｅ膜堆積が悪くなることが分かる。Ｇｅ膜は多結晶であるので、結果として得られるＧｅ膜を非晶質とするには堆積をもっと小さくする必要があることが分かる。
【００２６】
ここで図１７および１８を参照すると、圧力８００ｍＴｏｒｒで供給される５００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＳｉＨ4 ガスを利用して、αシリコン基板２７に対して６０分間３４０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０４００μｍのゲルマニウム膜層Ａ17と、別途堆積された深さ約０．０２６０μｍのシリコン膜層Ｂ17が示され、シリコン膜層Ｂ17は深さ約０．０９３０μｍの二酸化シリコン層Ｃ17上に堆積されている。このプロセスにより、約４０Å／分のＧｅ膜堆積速度が得られる。
【００２７】
ここで図１９を参照すると、圧力８００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＧｅＨ4 ガスを利用して、ＴｉＮ基板２９に対して１０分間３４０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０７００μｍのゲルマニウム膜層Ａ19と、結果として得られた深さ約０．０３８０μｍのＴｉＮ膜層Ｂ19が示され、ＴｉＮ膜層Ｂ19は深さ約０．１０１０μｍの二酸化シリコン層Ｃ19上に堆積されている。このプロセスにより、約７０Å／分のＧｅ膜堆積速度が得られる。別写真で示していないが、ＳＥＭ撮像により、前述した条件についてＳｉＯ2 基板では堆積が起こらなかったことも確認された。
【００２８】
図１７〜１９に関し、温度を下げるとＳｉＯ2 基板上にＧｅ膜がまったく堆積しなかったことが分かる。また、ＴｉＮ基板上のＧｅ膜堆積さえも悪くなった。シリコン膜およびゲルマニウム膜は依然として多結晶であるので、結果として得られるＧｅ膜を非晶質とするには堆積をもっと小さくする必要があることが分かる。
【００２９】
ここで図２０および２１を参照すると、圧力１，０００ｍＴｏｒｒで供給される５００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＳｉＨ4 ガスを利用して、αシリコン基板３０に対して６０分間３２０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．１２８０μｍのゲルマニウム膜層Ａ20と、ＴｉＮ基板層上の、別途堆積された深さ約０．０９８０μｍのシリコン膜層Ｂ20が示されている。
【００３０】
ここで図２２および２３を参照すると、圧力１，０００ｍＴｏｒｒで供給される１００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＧｅＨ4 ガスを利用して、ＴｉＮ基板３２に対して２０分間３２０℃で行なわれたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、結果として得られた深さ約０．０６４０μｍのゲルマニウム膜層Ａ22と、結果として得られた深さ約０．０２７０μｍのＴｉＮ膜層Ｂ22が示され、ＴｉＮ膜層Ｂ22は深さ約０．０９３０μｍの二酸化シリコン層Ｃ22上に堆積されている。このプロセスにより、約３２Å／分のＧｅ堆積速度が得られる。図２０〜２２についても、Ｇｅ膜堆積が非晶質となっていることが分かるが、ＴｉＮ基板３２上では堆積は幾分か不規則に見える。
【００３１】
ここで図２４と２５を参照すると、３８０℃および３２０℃を組み合わせたプロセスを用いたゲルマニウム堆積の結果を示す一組の写真が示されている。これに関し、圧力１，０００ｍＴｏｒｒで供給される５００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＳｉＨ4 ガスを利用して、ＴｉＮ基板３４に対して６０分間３８０℃でシリコンのシード層Ｃ24が堆積される。次に、圧力１，０００ｍＴｏｒｒで供給される２００ｃｍ3 毎分（標準状態下）のＧｅＨ4 ガスを利用して、２０分間３２０℃でＧｅ膜層Ａ24が堆積される。これに関し、結果として得られた深さ約０．０６４０μｍのゲルマニウム膜層Ａ24と、結果として得られた深さ約０．０２７０μｍのＴｉＮ膜層Ｂ24が示され、ＴｉＮ膜層Ｂ24は深さ約０．０９３０μｍの二酸化シリコン層Ｃ24上に堆積されている。
【００３２】
要約すれば、適用温度が、Ａｌ、Ｃｕ配線またはＧＳＴ材料に完全に対応できる十分に低い温度（３２０℃以下）のとき、２種類の温度を用いたプロセス（１回の堆積）によって連続的で滑らかな膜が得られる。また、ＳｉＨ4 ガスはＴｉＮ上で、シリコン基板上または二酸化シリコン基板層上よりも低い温度でもっと速やかに分解すると結論できる。最後に、シリコン層が堆積されるとＳｉＨ4 ガスはもう分解することはなく、自己制限型のプロセスとなる。この自己制限性によってシリコン堆積が最小限となり、したがって、結果として得られたＧｅまたはＳｉＧｅデバイスへのシリコンの影響が最小限となり、これは非常に望ましい。最も重要なのは、この自己制限型のプロセスが、特殊なガスを用いるのではなくて、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅ堆積のためにすぐに入手可能なガスを利用して実施される点である。
【００３３】
以上、本発明の特定の実施形態を開示したが、種々の他の変更が可能であり、また、そのような変更は添付の特許請求の範囲の真の精神および範囲内にあると考えられることを理解されたい。例えば、ＴｉＮ基板について効果を示したが、この効果はＴａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｗｎなどの他の金属基板のみならず、ＳｉＯ2 、ＳｉＮおよびＳｉＮx 基板などの他のシリコンタイプ基板にも有用であろうことが十分に予想される。好ましい実施形態について、ＳｉＨ4 ガスなど、一般的なソース触媒ガス源を使用することを説明したが、より低温でＳｉシード層を堆積するために分解する、もっと高価格のＳｉガス源も利用可能であると考えられる。例えば、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）およびトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）が利用可能である。同様に、ＧｅＦ4 、ＧｅＢｒ4 、またはＧｅＣｌ4 のような別のＧｅガス源も利用可能である。したがって、本願明細書に示される正確な要約または開示に限定されることは一切ない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の好ましい実施形態による化学気相堆積法を示す説明的なフローチャートである。
【図２】約４００℃の高温でＧｅＨ4 の触媒ガスを用いた化学気相堆積プロセスを施された、シード層なしのαシリコン基板の写真である。
【図３】図２に関して記載された化学気相堆積プロセスを施された後のαシリコン基板の写真である。
【図４】図２に示された堆積ゲルマニウム膜層が多結晶であることを示すＸ線回折グラフである。
【図５】約３８０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。
【図６】図５に関して記載された化学気相堆積プロセスを施された後のαシリコン基板の写真である。
【図７】約３８０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施された二酸化シリコン基板の写真である。
【図８】図７に関して記載された化学気相堆積プロセスを施された後の二酸化シリコン基板の写真である。
【図９】約３８０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。
【図１０】図９に関して記載された化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。
【図１１】約３８０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施された二酸化シリコンの写真である。
【図１２】約３８０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。
【図１３】約３６０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。
【図１４】図１３に関して記載された化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。
【図１５】約３６０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施された二酸化シリコン基板の写真である。
【図１６】約３６０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。
【図１７】約３４０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。
【図１８】図１７に関して記載された化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。
【図１９】約３４０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。
【図２０】約３２０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。
【図２１】図２０に関して記載された化学気相堆積プロセスを施されたαシリコン基板の写真である。
【図２２】約３２０℃の高温で化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。
【図２３】図２２に関して記載された化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。
【図２４】本発明の好ましい実施形態による化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。
【図２５】図２４に関して記載された化学気相堆積プロセスを施されたＴｉＮ基板の写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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