(57)【要約】【課題】有機金属組成物の提供【解決手段】ゲルマニウム含有膜の蒸着前駆体として用いるのに好適なゲルマニウム化合物を含有する組成物が提供される。かかる組成物を用いる、ゲルマニウムを含有する膜の堆積方法も提供される。かかるゲルマニウム含有膜は電子装置の製造において特に有用である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲルマニウムを含む膜を基体上に堆積する方法であって、
ａ）気相において、ゲルマニウム化合物と、気相改変剤および表面改変剤から選択される添加剤化合物とを、基体を含有する堆積チャンバに搬送する工程であって、ゲルマニウム化合物は式ＧｅＡ４（式中、各々のＡは水素、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アミノ、ジアルキルアミノ、およびジアルキルアミノアルキルから独立に選択される）を有し、かつ添加剤はゲルマニウムを含まない工程、
ｂ）堆積チャンバにおいてゲルマニウム化合物を分解する工程、並びに
ｃ）ゲルマニウムを含む膜を基体上に堆積させる工程、
を含む方法。
【請求項２】
ゲルマニウム化合物および添加剤化合物が１つの気相配送装置から提供される請求項１記載の方法。
【請求項３】
ゲルマニウム化合物が第１気相配送装置から提供され、及び添加剤化合物が第２気相配送装置から提供される請求項１記載の方法。
【請求項４】
ゲルマニウム化合物が、ハロゲルマンである請求項１記載の方法。
【請求項５】
添加剤化合物が、ケイ素化合物、ＩＩＩＡ族化合物、ＶＡ族化合物、ＩＶＢ族化合物、ＶＩＢ族化合物、ＶＩＩ族化合物、スズ化合物、鉛化合物、ハロゲン化水素、およびケイ素のハロゲン化ヒドリドから選択される請求項１記載の方法。
【請求項６】
添加剤化合物がＩＩＩＡ族化合物およびＶＡ族化合物から選択される請求項１記載の方法。
【請求項７】
断面を有する内面を有する伸長された円筒形状の部分、頂部閉鎖部分および底部閉鎖部分を有する容器を含み、頂部閉鎖部分は担体ガスを導入するための注入口および排出口を有する気相配送装置であって、伸長された円筒形状の部分はゲルマニウム化合物と気相改変剤および表面改変剤から選択される添加剤化合物を含有するチャンバをと有し、注入口はチャンバと流体連通し、かつチャンバは排出口と流体連通し、ゲルマニウム化合物は式ＧｅＡ４（式中、各々のＡは水素、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アミノ、ジアルキルアミノ、およびジアルキルアミノアルキルから独立に選択される）を有し、かつ添加剤化合物はゲルマニウムを含まない、気相配送装置。
【請求項８】
添加剤化合物がケイ素化合物、ＩＩＩＡ族化合物、ＶＡ族化合物、ＩＶＢ族化合物、ＶＩＢ族化合物、ＶＩＩ族化合物、スズ化合物、鉛化合物、ハロゲン化水素、およびケイ素のハロゲン化ヒドリドから選択される請求項７記載の方法。
【請求項９】
請求項７記載の気相配送装置を含む、金属膜を化学蒸着するための装置。
【請求項１０】
式ＧｅＡ４のゲルマニウム化合物（式中、各々のＡは水素、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アミノ、ジアルキルアミノ、およびジアルキルアミノアルキルから独立に選択される）を含む第１気相配送装置と、気相改変剤および表面改変剤から選択される添加剤化合物を含む第２気相配送装置とを含む装置であって、添加剤化合物はゲルマニウムを含まず、第１および第２気相配送装置は気相においてゲルマニウム化合物および添加剤化合物を堆積チャンバに提供することが可能である装置。
【請求項１１】
式ＭｘＧｅｙ（式中、Ｍは金属もしくはメタロイドであり、ｘ＝０．５〜０．９９、ｙ＝０．０１〜０．５、ｘ＋ｙ＝１である）のゲルマニウム含有層を含む装置であって、該層は＜１ｎｍの短距離平均表面粗さおよび＜５ｎｍの長距離平均表面粗さを有し、該ゲルマニウム含有層はｙ＝０．２のとき＜４×１０４ｃｍ−２の貫通転位密度を有する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、有機金属化合物の分野に関する。特に、本発明はゲルマニウム膜の気相堆積に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属膜は、表面、例えば非導電性表面上に、様々な手段、例えば、化学蒸着（「ＣＶＤ」）、物理蒸着（「ＰＶＤ」）、および他のエピタキシャル技術、例えば、液相エピタキシー（「ＬＰＥ」）、分子線エピタキシー（「ＭＢＥ」）、化学線エピタキシー（「ＣＢＥ」）および原子層堆積（「ＡＬＤ」）によって堆積させることができる。化学蒸着法、例えば、有機金属化学気相堆積（「ＭＯＣＶＤ」）は、有機金属前駆体化合物を高温（すなわち室温以上）において、大気圧もしくは減圧のいずれかで分解することによって金属層を堆積させる。様々な金属含有膜を、これらの方法を用いて堆積させることができる。
【０００３】
半導体および電子装置用途には、これらの有機金属前駆体化合物は高度に純粋でなければならず、検出可能なレベルのメタロイドおよび金属不純物、例えば、ケイ素および亜鉛並びに酸化不純物を実質的に含んでいてはならない。酸化不純物は、典型的には、有機金属化合物の調製に用いられる溶媒から供給され、他の外来的な水分もしくは酸素の供給源からも供給される。
【０００４】
電子装置の高い速度および周波数応答が望まれる特定の用途には、望ましい機能性を得るためにシリコンデバイスへのゲルマニウムの導入が必要である。ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（「ＨＢＴ」）においては、薄いケイ素−ゲルマニウム層をバイポーラトランジスタのベースとしてシリコンウェハ上に成長させる。ケイ素−ゲルマニウムＨＢＴは、従来のシリコンバイポーラトランジスタと比較した場合、速度、周波数応答、およびゲインにおいて大きな利点を有する。ケイ素−ゲルマニウムＨＢＴの速度および周波数応答はより高価なガリウム−ヒ化物ＨＢＴに匹敵する。
【０００５】
ケイ素−ゲルマニウムＨＢＴのより高いゲイン、速度、および周波数応答はケイ素−ゲルマニウムの特定の利点、例えば、より狭いバンドギャップおよび抵抗率の減少によるものである。ケイ素−ゲルマニウムは従来のケイ素処理およびツールを用いてケイ素基体上にエピタキシャル成長させることができ、これは装置特性、例えばエネルギー帯構造およびキャリア移動性を操作することを可能にする。例えば、ケイ素−ゲルマニウムベースにおけるゲルマニウム濃度の勾配付けはＨＢＴ装置に電場もしくはポテンシャル勾配を組み込み、これがベースを横切るキャリアを加速し、それによりＨＢＴ装置の速度がケイ素のみの装置と比較して増加する。ケイ素およびケイ素−ゲルマニウム装置を組み立てるための一般的な方法はＣＶＤによるもの、例えば、減圧ＣＶＤ（「ＲＰＣＶＤ」）によるものである。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１９７９４５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
表面粗さは歪みシリコン（ｓｔｒａｉｎｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ）層、例えば、ケイ素ーゲルマニウム層の成長の問題の１つである。ケイ素−ゲルマニウム層は、典型的には、表面上にトレンチおよびリッジ（ｒｉｄｇｅ）を有する斜交平行線表面形態を示す。かかる表面粗さはケイ素−ゲルマニウム層中に存在する埋没転位によるものである。典型的には、この表面粗さは、例えば化学的機械的平坦化を用いることによる、膜の平坦化によって除去される。この追加の平坦化工程は歪みシリコン膜の製造のサイクル時間およびコストを著しく増加させる。表面粗さが減少したケイ素−ゲルマニウム層を作り出し、それによりかかるケイ素−ゲルマニウム層の平坦化の必要性を低下させることが望ましい。
【０００７】
米国特許出願公開第２００４／０１９７９４５号（Ｗｏｅｌｋら）は、２以上のゲルマニウム化合物（それらのゲルマニウム化合物のうちの１つがハロゲルマンである）を気相において用いた、ゲルマニウム含有膜の堆積を開示する。このアプローチは、反応器壁上での粒子形成を減少させつつゲルマニウム膜を堆積させ、反応器保守の低減を生じる点において効果的である。この出願は表面粗さの問題に明確に取り組んではいない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ケイ素−ゲルマニウム層を堆積させる方法であって、かかる層を堆積するための従来の方法と比較して表面粗さが減少しているケイ素−ゲルマニウム層を堆積する方法を提供する。一態様において、本発明は、ゲルマニウムを含む膜を基体上に堆積する方法であって、
ａ）気相においてゲルマニウム化合物と、気相改変剤および表面改変剤から選択される添加剤化合物とを、基体を含有する堆積チャンバに搬送する工程であって、ゲルマニウム化合物が式ＧｅＡ４（式中、各々のＡは水素、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アミノ、ジアルキルアミノ、およびジアルキルアミノアルキルから独立に選択される）を有し、かつ添加剤化合物がゲルマニウムを含まない工程、
ｂ）堆積チャンバにおいてゲルマニウム化合物を分解する工程、並びに
ｃ）ゲルマニウムを含む膜を基体上に堆積させる工程、
を含む方法を提供する。
【０００９】
別の態様において、本発明は、断面を有する内面を有する伸長された円筒形状の部分、頂部閉鎖部分および底部閉鎖部分を有する容器を含む気相配送装置であって、頂部閉鎖部分は担体ガスを導入するための注入口および排出口を有し、伸長された円筒形状の部分はゲルマニウム化合物と、気相改変剤および表面改変剤から選択される添加剤化合物とを含有するチャンバを有し、注入口はチャンバと流体連通し、かつチャンバは排出口と流体連通し、ゲルマニウム化合物は式ＧｅＡ４（式中、各々のＡは水素、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アミノ、ジアルキルアミノ、およびジアルキルアミノアルキルから独立に選択される）を有し、かつ添加剤化合物はゲルマニウムを含まない、気相配送装置を提供する。
【００１０】
式ＧｅＡ４のゲルマニウム化合物（式中、各々のＡは水素、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アミノ、ジアルキルアミノ、およびジアルキルアミノアルキルから独立に選択される）を含む第１気相配送装置と、気相改変剤および表面改変剤から選択される添加剤化合物を含む第２気相配送装置とを含む装置であって、添加剤化合物はゲルマニウムを含まず、第１および第２気相配送装置は気相におけるゲルマニウム化合物および添加剤化合物を堆積チャンバに提供することが可能である装置も本発明によって提供される。
【００１１】
さらに、本発明は、式ＭｘＧｅｙ（式中、Ｍは金属もしくはメタロイドであり、ｘ＝０．５〜０．９９、ｙ＝０．０１〜０．５、ｘ＋ｙ＝１）のゲルマニウム含有層を含む装置であって、該層は＜１ｎｍの短距離平均表面粗さ、および＜５ｎｍの長距離平均表面粗さを有し、該ゲルマニウム含有層はｙ＝０．２のとき＜４×１０４ｃｍ−２の貫通転位密度を有する装置を提供する。Ｍはゲルマニウムとは異なる。一態様において、Ｍはケイ素である。典型的には、ｙ＝０．０５〜０．４５であり、より典型的には、０．１〜０．４である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本明細書を通して用いられる場合、以下の略語は、その文脈が他を明瞭に示していない限り、以下の意味を有するものとする。℃＝摂氏度、ｋＰａ＝キロパスカル、ｇ＝グラム、ｃａ．＝約、ｃｍ＝センチメートル、ｎｍ＝ナノメートル、およびμｍ＝ミクロン＝マイクロメートル。
【００１３】
「ハロゲン」ばフッ素、塩素、臭素およびヨウ素を指し、「ハロ」はフルオロ、クロロ、ブロモおよびヨードを指す。同様に、「ハロゲン化」はフッ化、塩化、臭化およびヨウ化を指す。「アルキル」は直鎖、分岐鎖および環状アルキルを含む。同様に、「アルケニル」および「アルキニル」は、それぞれ、直鎖、分岐鎖および環状アルケニルおよびアルキニルを含む。「ＳｉＧｅ」という用語はケイ素−ゲルマニウムを指す。「膜」および「層」は本明細書を通して交換可能に用いられる。本明細書で用いられる場合、「ＣＶＤ」は化学蒸着の全ての形態、例えば、ＭＯＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ、ＯＭＶＰＥ、ＯＭＣＶＤおよびＲＰＣＶＤを含むことを意図する。
【００１４】
他に注記されない限り、全ての量は重量パーセントであり、全ての比はモル比である。全ての数値範囲は境界値を含み、かかる数値範囲の合計が１００％までに抑制されることが明瞭である場合を除いて、任意の順序で組み合わせ可能である。
【００１５】
様々なゲルマニウム化合物を本発明において用いることができる。一般には、ゲルマニウム化合物は式ＧｅＡ４を有し、式中、各々のＡは水素、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アミノ、ジアルキルアミノ、およびジアルキルアミノアルキルから独立に選択される。ゲルマニウム化合物はヘテロレプティックでもホモレプティックでもよい。「ヘテロレプティックゲルマニウム化合物」が意味するところは混合基を有するゲルマニウム化合物、すなわち、４つの基を有し、少なくとも１つの基が他の基と異なるゲルマニウム化合物である。「ホモレプティックゲルマニウム化合物」が意味するところは、４つの同じ基を有するゲルマニウム化合物である。
【００１６】
ゲルマニウム化合物は様々なアルキル、アルケニル、アルキニルおよびアリール基を含有することができる。好適なアルキル基には、これらに限定されることはないが、（Ｃ１−Ｃ１２）アルキル、典型的には（Ｃ１−Ｃ６）アルキル、より典型的には（Ｃ１−Ｃ４）アルキルが含まれる。例示的なアルキル基には、これらに限定されるものではないが、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソ−プロピル、ｎ−ブチル、イソ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、シクロペンチル、ヘキシル、およびシクロヘキシルが含まれる。より典型的には、好適なアルキル基には、エチル、イソ−プロピル、およびｔｅｒｔ−ブチルが含まれる。好適なアルケニル基には、これらに限定されることはないが、（Ｃ２−Ｃ１２）アルケニル、典型的には（Ｃ２−Ｃ６）アルケニル、より典型的には（Ｃ２−Ｃ４）アルケニルが含まれる。例示的アルケニル基には、ビニル、アリル、メタリルおよびクロチルが含まれる。典型的なアルキニル基には、これらに限定されることはないが、（Ｃ２−Ｃ１２）アルキニル、典型的には（Ｃ２−Ｃ６）アルキニル、より典型的には（Ｃ２−Ｃ４）アルキニルが含まれる。好適なアリール基は（Ｃ６−Ｃ１０）アリールであり、これには、これらに限定されるものではないが、フェニル、トリル、キシリル、ベンジルおよびフェネチルが含まれる。２つ以上のアルキル、アルケニル、アルキニルもしくはアリール基が存在するとき、かかる基は同じであっても異なっていてもよい。
【００１７】
Ｒに関して典型的なアミノ（ＮＲ１Ｒ２）基には、これらに限定されるものではないが、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジ−イソ−プロピルアミノ、エチルメチルアミノ、イソ−プロピルアミノ、およびｔｅｒｔ−ブチルアミノが含まれる。しかしながら、他の好適なアミノ基を用いることができる。
【００１８】
上記アルキル、アルケニル、アルキニルおよびアリール基のいずれもが、任意に、１つ以上のアミノ（ＮＲ３Ｒ４）基で置換されていてもよく、式中、Ｒ３およびＲ４はＨ、アルキル、アルケニル、アルキニルおよびアリールから独立に選択される。「置換される」が意味するところは、そのアルキル、アルケニル、アルキニルもしくはアリール基の１個以上の水素が１つ以上のＮＲ３Ｒ４基で置き換えられていることである。ＮＲ３Ｒ４基で置換されている例示的なアルキルには、これらに限定されることはないが、ジメチルアミノ−メチル（（ＣＨ３）２Ｎ−ＣＨ２−）、ジメチルアミノ−エチル（（ＣＨ３）２Ｎ−Ｃ２Ｈ４−）、ジエチルアミノ−エチル（（Ｃ２Ｈ５）２Ｎ−Ｃ２Ｈ４−）、ジメチルアミノ−プロピル（（ＣＨ３）２Ｎ−Ｃ３Ｈ６−）、およびジエチルアミノ−プロピル（（Ｃ２Ｈ５）２Ｎ−Ｃ３Ｈ６−）が含まれる。
【００１９】
様々なハロゲルマニウム化合物、例えば、これらに限定されるものではないが、テトラハロゲルマンおよび式Ｘ１４−ａＧｅＲａのハロゲルマニウム化合物（式中、各々のＲはＨ、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリールおよびＮＲ１Ｒ２から独立に選択され、Ｒ１およびＲ２はＨ、アルキル、アルケニル、アルキニルおよびアリールから独立に選択され、各々のＸ１は独立にハロゲンであり、並びにａ＝０〜３である）を用いることができる。テトラハロゲルマンは式ＧｅＸ１４を有し、式中、各々のＸ１は独立にハロゲンである。２個以上のハロゲンがハロゲルマニウム化合物中に存在するとき、かかるハロゲンは同じであっても異なっていてもよい。
【００２０】
例示的ハロゲルマニウム化合物には、これらに限定されることはないが、テトラハロゲルマニウム化合物、例えば、テトラクロロゲルマン、テトラフルオロゲルマン、テトラブロモゲルマン、テトラヨードゲルマン、クロロトリブロモゲルマン、ジクロロジブロモゲルマン、トリクロロブロモゲルマン、トリクロロヨードゲルマン、ジクロロジヨードゲルマン、トリクロロヨードゲルマン、トリブロモヨードゲルマン、ジブロモジヨードゲルマン、ブロモトリヨードゲルマン、ジクロロブロモヨードゲルマン、クロロジブロモヨードゲルマン、クロロブロモジヨードゲルマン、トリクロロフルオロゲルマン、ジクロロジフルオロゲルマン、クロロトリフルオロゲルマン、トリブロモフルオロゲルマン、ジブロモジフルオロゲルマン、ブロモトリフルオロゲルマン、ヨードトリフルオロゲルマン、ジヨードジフルオロゲルマン、トリヨードフルオロゲルマン、クロロブロモヨードフルオロゲルマン、ジクロロブロモフルオロゲルマン、クロロジブロモフルオロゲルマン、ジブロモヨードフルオロゲルマン、ブロモジヨードフルオロゲルマン、ジクロロヨードフルオロゲルマンおよびクロロジヨードフルオロゲルマン；イソ−プロピル（ジメチルアミノ）ゲルマニウム二塩化物、メチル（ジメチルアミノ）ゲルマニウム二塩化物、メチル（ジメチルアミノ）ゲルマニウム二臭化物、ジクロロ（ジエチルアミノ）ゲルマン、ジクロロエチル（ジエチルアミノ）ゲルマン、ジクロロｔｅｒｔ−ブチル（ジエチルアミノ）ゲルマン、ジクロロビス（ジメチルアミノ）ゲルマン、並びにクロロエチル（ジメチルアミノプロピル）（ジメチルアミノ）ゲルマン、ジクロロｔｅｒｔ−ブチル（ジメチルアミノ）ゲルマン、クロロジ−イソ−プロピル（ジメチルアミノ）ゲルマン、トリメチルゲルマニウム塩化物、メチルゲルマニウム三塩化物、トリメチルゲルマニウムフッ化物、トリメチルゲルマニウム臭化物、トリス（トリフルオロメチル）ゲルマニウムヨウ化物、メチルゲルマニウム三フッ化物、ジメチルゲルマニウム二フッ化物、ジクロロメチルゲルマン、ジメチルゲルマニウム二塩化物、トリメチルゲルマニウムヨウ化物、ビニルゲルマニウム三塩化物、エチルゲルマニウム三塩化物、クロロｔｅｒｔ−ブチルジメチルゲルマン、アリルゲルマニウム三塩化物、ｔｅｒｔ−ブチルゲルマニウム三塩化物、ジエチルゲルマニウム二塩化物、トリメチルゲルマニウム塩化物、ｎ−ブチルゲルマニウム三塩化物、トリメチルゲルマニウム臭化物、ジ−ｎ−ブチルゲルマニウム二塩化物、フェニルゲルマニウム二塩化物、トリ−ｎ−ブチルゲルマニウム臭化物、トリ−ｎ−ブチルゲルマニウム塩化物、並びにベンジルゲルマニウム三塩化物が含まれる。一態様において、ゲルマニウム化合物はテトラハロゲルマンである。
【００２１】
他の好適なゲルマニウム化合物には、これらに限定されることはないが、ゲルマン、アルキルゲルマン、例えば、テトラメチルゲルマン、テトラエチルゲルマン、テトラ−ｎ−プロピルゲルマン、メチルゲルマン、ジメチルゲルマン、トリメチルゲルマン、エチルゲルマン、ジエチルゲルマン、トリメチルゲルマン、ジメチルジエチルゲルマン、ｔｅｒｔ−ブチルメチルゲルマン、ｔｅｒｔ−ブチルジメチルゲルマン、ｔｅｒｔ−ブチルトリメチルゲルマン、ｔｅｒｔ−ブチルエチルゲルマン、ｔｅｒｔ−ブチルジエチルゲルマン、ｔｅｒｔ−ブチルトリメチルゲルマン、ｔｅｒｔ−ブチルイソ−プロピルゲルマン、メチルｔｅｒｔ−ブチルイソ−プロピルゲルマン、イソ−プロピルゲルマン、ジ−イソ−プロピルゲルマン、ジ−イソ−プロピルジメチルゲルマン、トリ−イソ−プロピルゲルマン、トリ−イソ−プロピルメチルゲルマン、ジ−イソ−プロピルジエチルゲルマン、イソ−ブチルゲルマン、ジ−イソ−ブチルゲルマン、ジ−イソ−ブチルジエチルゲルマン、トリ−イソ−ブチルゲルマン、トリ−イソ−ブチルメチルゲルマン、およびジ−イソ−ブチルジメチルゲルマン；アミノゲルマン、例えば、（ジメチルアミノ）ゲルマン、ビス−（ジメチルアミノ）ゲルマン、メチル（ジメチルアミノ）ゲルマン、エチル（ジメチルアミノ）ゲルマン、ジエチル（ジエチルアミノ）ゲルマン、ｔｅｒｔ−ブチル（ジメチルアミノ）ゲルマン、ｔｅｒｔ−ブチルビス（ジメチルアミノ）ゲルマン、エチルｔｅｒｔ−ブチルビス（ジメチルアミノ）ゲルマン、イソ−プロピル（ジメチルアミノ）ゲルマン、イソ−プロピル（ジエチルアミノ）ゲルマン、ジ−イソ−プロピルビス（ジメチルアミノ）ゲルマン、ｎ−プロピル（ジメチルアミノ）ゲルマン、およびｎ−プロピル（ジエチルアミノ）ゲルマン；並びにハロゲルマニウム化合物、例えば、ｔｅｒｔ−ブチルジメチルゲルマニウム塩化物、ｔｅｒｔ−ブチルジメチルゲルマニウム臭化物、ｔｅｒｔ−ブチルジエチルゲルマニウム塩化物、ｔｅｒｔ−ブチルジエチルゲルマニウムヨウ化物、ジメチルゲルマニウム二塩化物、トリメチルゲルマニウム塩化物、トリメチルゲルマニウム臭化物、ｔｅｒｔ−ブチルゲルマニウム三塩化物、イソ−プロピルゲルマニウム塩化物、イソ−プロピルゲルマニウム三塩化物、ジ−イソ−プロピルゲルマニウム二臭化物、イソ−プロピルジメチルゲルマニウム塩化物、イソ−プロピルメチルゲルマニウム二塩化物、およびイソ−プロピルジメチルゲルマニウム臭化物が含まれる。
【００２２】
本発明において有用なゲルマニウム化合物は、一般には、様々な供給源から商業的に入手可能であるか、または当該技術分野において記載される方法、例えば、米国特許出願公開第２００４／０１９７９４５号に記載される方法によって製造することができる。１より多くのゲルマニウム化合物を本発明において用いることができることは当該技術分野における当業者に理解される。
【００２３】
電子装置製造において用いるには、ゲルマニウム化合物は、典型的には、金属性不純物、例えば、亜鉛およびアルミニウムを実質的に含まず、好ましくは、亜鉛およびアルミニウムを含まない。かかるゲルマニウム化合物は、典型的には、ケイ素も実質的に含まない。「実質的に含まない」が意味するところは、それらの化合物が含むかかる不純物が０．５ｐｐｍ未満であり、好ましくは、０．２５ｐｐｍ未満であることである。別の態様においては、本発明のゲルマニウム化合物は「５−ナイン」純度、すなわち、９９．９９９％以上の純度を有する。より典型的には、ゲルマニウム化合物は「６−ナイン」、すなわち、９９．９９９９％以上の純度を有する。
【００２４】
本発明において有用な添加剤化合物は気相改変剤および表面改変剤から選択される。様々な気相改変剤および表面改変剤を用いることができる。添加剤化合物はゲルマニウムを含まない。「気相改変剤」はゲルマニウム化合物の気相反応性を向上させる化合物を指す。理論によって拘束されることを望むものではないが、かかる気相改変剤は、ゲルマニウム化合物よりも低い温度で分解する気相ゲルマニウム中間体を形成するか、もしくはその形成を補助し、または、その代わりに、気相においてゲルマニウム化合物を分解するための触媒として作用するものと考えられる。好適な気相改変剤には、これらに限定されるものではないが、ケイ素およびスズ化合物、ＩＡ族化合物、ＩＩＡ族化合物、ＩＩＩＡ族化合物、ＶＡ族化合物、ＩＢ族化合物、ＩＶＢ族合物、ＶＢ族化合物、ＶＩＢ族化合物、ＶＩＩＢ族化合物、およびＶＩＩＩ族化合物が含まれる。特に好適な添加剤化合物はホウ素、アルミニウム、インジウム、ガリウム、スズ、タングステン、チタン、モリブデン、ルテニウム、白金、パラジウム、窒素、ヒ素、リン、アンチモンおよびビスマスの１以上を含むものである。例示的なＩＡ族化合物には、これらに限定されることはないが、アルキルリチウム化合物、アルキルナトリウム化合物、水素化ナトリウム、およびハロゲン化カリウム、例えば、フッ化カリウムが含まれる。例示的なＩＩＡ族化合物には、これらに限定されるものではないが、アルキルベリリウム化合物、シクロペンタジエニルマグネシウム化合物、並びにカルシウム、バリウムおよびストロンチウムの１以上のハロゲン化化合物が含まれる。例示的なＩＩＩＡ族化合物には、アルキルアルミニウム化合物、アルキルインジウム化合物、アルキルガリウム化合物、ハロアルミニウム化合物、ハロインジウム化合物、ハロガリウム化合物、アルキルホウ素化合物、およびハロホウ素化合物が含まれる。例示的なＶＡ族化合物には、これらに限定されることはないが、アルキル窒素化合物、アルキルリン化合物およびアルキルヒ素化合物が含まれる。例示的なＩＢ族化合物には、これらに限定されるものではないが、ハロゲン化第一銅、銀シクロペンタジエニド（ｓｉｌｖｅｒ  ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｉｄ）が含まれる。例示的なＶＢ族化合物には、これらに限定されることはないが、バナジウム、ニオブおよびタンタルの塩化物および臭化物が含まれる。例示的なＶＩＢ族化合物には、これらに限定されるものではないが、クロム、モリブデンおよびタングステンのハロゲン化物が含まれる。例示的なＶＩＩＢ族化合物には、これらに限定されることはないが、シクロペンタジエニルマンガン、四臭化マンガン、および四塩化マンガンが含まれる。例示的なＶＩＩＩ族化合物には、これらに限定されるものではないが、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、および白金のシクロペンタジエニルおよび塩化物化合物が含まれる。例示的な気相改変剤には、これらに限定されることはないが、三臭化ホウ素、ｔｅｒｔ−ブチルアミン、非対称性ジメチルヒドラジン、ホスフィン、ｔｅｒｔ−ブチルホスフィン、アルシン、ｔｅｒｔ−ブチルアルシン、パラジウムシクロペンタジエニド、白金シクロペンタジエニ���、ジシクロペンタジエニルルテニウム、エチルベンジルモリブデン、タングステン化合物、およびチタン化合物が含まれる。
【００２５】
「表面改変剤」は成長するケイ素含有膜の粗さを減少させる化合物を指す。理論によって束縛されることを望むものではないが、かかる表面改変剤は成長するゲルマニウム含有膜に対する界面活性剤効果を提供し、または、その代わりに、腐食剤としてゲルマニウム含有膜の表面トポグラフィーを調節するものと考えられる。好適な表面改変剤には、これらに限定されるものではないが、ＩＩＩＡ族化合物、ＶＡ族化合物、スズ化合物、例えば、塩化スズ、鉛化合物、ハロゲン化水素、およびケイ素のハロゲン化ヒドリドが含まれる。また、上記ＩＩＩＡ族およびＶＡ族化合物のいずれもが表面改変剤として好適である。例示的なＩＩＩＡおよびＶＡ族化合物には、これらに限定されるものではないが、三塩化ガリウム、三塩化アンチモン、トリメチルアンチモン、トリメチルビスマス、およびトリメチルヒ素が含まれる。例示的なハロゲン化水素には、これら限定されるものではないが、ＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、およびＮａＨＦ２が含まれる。
【００２６】
添加剤化合物は、一般には、様々な供給源から商業的に入手可能である。１よりも多くの添加剤化合物を本発明において用いることができることが理解される。
【００２７】
ゲルマニウム化合物は固体であっても、液体であっても、気体であってもよい。同様に、添加剤化合物は固体であっても、液体であっても、気体であってもよい。ゲルマニウム化合物および添加剤化合物が固体、液体もしくは気体であるとき、それらを組み合わせて１台の配送装置、例えば、バブラーに入れることができる。例えば、２以上の気体、２以上の液体、２以上の固体、もしくは液体および固体化合物の組み合わせを組み合わせて１台の配送装置に入れることができる。あるいは、複数の配送装置を用いることもできる。例えば、ゲルマニウム化合物を第１配送装置に添加し、添加剤化合物を第２配送装置に添加することができる。第１配送装置、第２配送装置もしくは両法の配送装置、のいずれかが、それぞれ、１より多くのゲルマニウム化合物および２より多くの添加剤化合物を含有することは当該技術分野における当業者には理解される。さらに、２より多くの配送装置を用いることができることが理解される。１以上の気体状ゲルマニウム化合物、例えば、ゲルマンを１以上の固体もしくは液体添加剤化合物（例えば、三塩化ガリウム）と共に用いようとするとき、気体状ゲルマニウム化合物は固体もしくは液体添加剤化合物と同じ配送装置内にはないことが好ましい。
【００２８】
一態様において、ゲルマニウムを含む膜の堆積は、典型的には、まず所望のゲルマニウム化合物、すなわち、原料化合物もしくは前駆体化合物を、堆積チャンバに接続している排出口を有する気相配送装置内に入れることによって行う。用いられる個々の堆積装置に依存して、様々な気相配送装置を用いることができる。固体ゲルマニウム化合物および固体添加剤化合物には、米国特許第６，４４４，０３８号（Ｒａｎｇａｒａｊａｎら）および第６，６０７，７８５号（Ｔｉｍｍｏｎｓら）に開示される装置、並びに他の設計のものを用いることができる。液体ゲルマニウム化合物および液体添加剤化合物には、米国特許第４，５０６，８１５号（Ｍｅｌａｓら）および第５，７５５，８８５号（Ｍｉｋｏｓｈｉｂａら）に開示される装置並びに他の液体前駆体気相配送装置を用いることができる。固体原料化合物は、典型的には、堆積チャンバに搬送する前に気化もしくは昇華させる。
【００２９】
別の態様においては、ゲルマニウム化合物を第１気相配送装置に入れ、添加剤化合物を第２気相配送装置に入れることができる。次に、各々の気相配送装置を同じ堆積装置に接続する。その後、化合物の各々をそれぞれの配送装置から堆積チャンバ内に配送し、気相中のゲルマニウム化合物および添加剤化合物を提供する。気相中の２よりも多くのゲルマニウム化合物および／もしくは２よりも多くの添加剤化合物を提供するため、ゲルマニウムおよび／もしくは添加剤化合物を含有する２台より多くの気相配送装置を用いることができることが理解される。さらなる態様においては、ゲルマニウム化合物および添加剤化合物を１台の配送装置に入れる。
【００３０】
さらなる態様においては、ゲルマニウム化合物、例えば、ゲルマンもしくは四塩化ゲルマニウムを第１気相配送装置に入れ、添加剤化合物を第２気相配送装置に入れる。ゲルマニウム化合物および添加剤化合物の両者は堆積チャンバに気相状態で搬送される。かかるゲルマニウム化合物および添加剤化合物を、一態様においては、気相において反応させてゲルマニウム源を形成することができる。このようにして、気相において安定した濃度のゲルマニウム源が提供される。
【００３１】
あるいは、添加剤化合物を成長するゲルマニウム含有膜の表面上に一時的に堆積させ、続いて堆積されるゲルマニウム原子によって置換してもよい。このようにして、粗さが減少している表面が得られる。さらなる代替法においては、添加剤化合物を成長する膜中に組み込まれてもよい。添加剤化合物が十分に少量であるならば、そのような組み込みは最終ゲルマニウム含有膜に対する影響がほとんど、もしくは全くないものであり得る。
【００３２】
一般的には、添加剤化合物は気相中に、気相中のゲルマニウム化合物のモルを基準にして、０．２５モル％までの量で存在してもよい。典型的には、気相中の添加物化合物の量は０．０１〜０．２５モル％、より典型的には、０．０５〜０．２０モル％、さらにより典型的には、０．０８〜０．１５モル％である。
【００３３】
本発明は、ゲルマニウム含有膜の堆積のために好適なゲルマニウム化合物で飽和された流体流を化学蒸着システムに供給するための気相配送装置であって、断面を有する内面を有する伸長された円筒形状の部分、頂部閉鎖部分および底部閉鎖部分を有する容器を含み、頂部閉鎖部分は担体ガスを導入するための注入口および排出口を有し、伸長された円筒形上部分は上記ゲルマニウム化合物および添加剤化合物を含有するチャンバを有し、注入口はチャンバと流体連通し、かつチャンバは排出口と流体連通している気相配送装置も提供する。別の態様においては、本発明は、ゲルマニウム含有膜を化学蒸着するための装置であって、上記気相配送装置の１つ以上を含む装置を提供する。かかる気相配送装置は気相におけるゲルマニウムおよび添加剤化合物を１つの堆積チャンバもしくは複数の堆積チャンバに提供するのに用いることができる。
【００３４】
ゲルマニウムおよび添加剤化合物は、典型的には、担体ガスを気相配送装置に通すことによって堆積チャンバに搬送される。好適な担体ガスには、窒素、水素、およびそれらの混合物が含まれる。ゲルマニウムおよび／もしくは添加剤化合物が液体であるとき、担体ガスはその化合物の表面下に導入され、その化合物を通してその上の上部空間まで泡立たされて担体ガス中の化合物の蒸気を伴出もしくは移送する。ゲルマニウム化合物および／もしくは添加剤化合物が固体であるとき、担体ガスを配送装置内の化合物の頂部に導入し、固体化合物を通してその化合物の下の空間に移動させて担体ガス中の化合物の蒸気を伴出もしくは移送することができる。その後、伴出もしくは移送された蒸気は堆積チャンバ内に送られる。
【００３５】
堆積チャンバは、典型的には、加熱された容器であり、その内部で少なくとも１つ、おそらくは多くの基体が堆積される。堆積チャンバは排出口を有しており、これは、典型的には、副生物をチャンバ外部に取り出し、かつ適切である減少された圧力をもたらすため、真空ポンプに接続される。ＭＯＣＶＤは大気圧もしくは減圧で行うことができる。堆積チャンバは原料化合物の分解を誘導するのに十分な高さの温度に維持される。堆積チャンバの温度は、典型的には、２００℃〜１２００℃であり、選択される正確な温度は効率的な堆積がもたらされるように最適化される。基体が高温で維持される場合、または他のエネルギー、例えば、高周波（「ＲＦ」）エネルギーがＲＦ源によって生成される場合、任意に、堆積チャンバ内の温度を全体として低下させることができる。
【００３６】
堆積に好適な基体は、電子装置製造の場合、ケイ素、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、サファイア等であり得る。かかる基体は集積回路の製造において特に有用である。
【００３７】
堆積は、望ましい特性を有するゲルマニウム含有膜を生成するのに望ましい限り長く継続される。典型的には、膜厚は数十ナノメートルないし数百マイクロメートルである。
【００３８】
本発明は、さらに、ゲルマニウムを含む膜を電子装置基体上に堆積させる工程を含む電子装置の製造方法であって、ａ）ゲルマニウム化合物と、気相改変剤および表面改変剤から選択される添加剤化合物とを、基体を含有する堆積チャンバに気相において搬送し、該ゲルマニウム化合物は式ＧｅＡ４（式中、各々のＡは水素、ハロゲン、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アミノ、ジアルキルアミノ、およびジアルキルアミノアルキルから独立に選択される）を有し、かつ添加剤はゲルマニウムを含まない工程、ｂ）堆積チャンバ内でゲルマニウム化合物を分解する工程、並びにｃ）ゲルマニウムを含む膜を基体上に堆積させる工程、を含む方法を提供する。
【００３９】
本発明はゲルマニウム含有膜（例えば、ＳｉＧｅ膜）の堆積に特に好適である。バイポーラーＣＭＯＳ、すなわちＢｉＣＭＯＳにおいて用いられるとき、ＳｉＧｅ膜は高周波ＨＢＴのベースとして用いられ、典型的には、４０〜８０ｎｍの厚みを有する。このＳｉＧｅベース膜および次のＳｉコレクタ膜を堆積するための基体は、ほぼ仕上げられたＣＭＯＳ回路を有する高度に構造化されたシリコンウェハである。歪みシリコン、すなわちｓ−Ｓｉにおいて用いられるとき、ＳｉＧｅ膜は、典型的には、平坦シリコンウェハ上に３ないし５マイクロメートルの厚みを有する。このＳｉＧｅ膜の成長に続いて、薄い（２０ｎｍ）Ｓｉ膜を成長させる。このケイ素膜は下層をなすＳｉＧｅ層（歪みシリコン）の結晶格子を受け継ぐ。歪みシリコンは通常ケイ素よりも非常に速い電気的応答を示す。
【００４０】
別の態様において、一群のケイ素−ゲルマニウム層を含む装置を組み立てるための方法が、ｉ）ＩＶ族元素の表面層を含む基体を提供する工程、ｉｉ）該基体を４００℃〜１２００℃の範囲の温度に維持する工程、ｉｉｉ）Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（式中、ｘは０〜０．５０の範囲をとる）の層を、上記方法を用いるＭＯＣＶＤによって該基体上に形成する工程、ｉｖ）境界のはっきりとした界面を得るため、該基体をほぼ工程ｉ）の温度で維持し、ゲルマニウム化合物の流れを完全に遮断してケイ素前駆体流を続ける工程、並びにｖ）該基体をほぼ工程ｉ）の温度で維持して歪みシリコンのキャップ層を形成し、それにより電子の移動性および装置の速度を向上する工程によって説明される。
【００４１】
本発明の利点は、従来のゲルマニウム含有膜と比較して表面粗さが減少しているゲルマニウム含有膜を得ることができることである。特に、本発明は、式ＭｘＧｅｙ（式中、Ｍは金属もしくはメタロイドであり、ｘ＝０．５〜０．９９、ｙ＝０．０１〜０．５、ｘ＋ｙ＝１である）のゲルマニウム含有層を含む装置であって、該層が＜１ｎｍの短距離平均表面粗さおよび＜５ｎｍの長距離平均表面粗さを有し、該ゲルマニウム含有層がｙ＝０．２のとき４×１０４ｃｍ−２の貫通転位密度（「ＴＤＤ」）を有する装置を提供する。特には、Ｍ＝ケイ素である。典型的には、ＴＤＤは＜１×１０４ｃｍ−２である。短距離平均表面粗さおよび長距離平均表面粗さの両者は、用いられる個々の機器に好適な通常のパラメータを用いる原子間力顕微鏡／光学干渉計を用いて決定される。短距離平均表面粗さは１０×１０μｍの画像サイズで決定される。長距離平均表面粗さは４０×４０μｍの画像サイズを用いて決定される。ＴＤＤは透過型電子顕微鏡平面観察によって決定されるエッチピット密度を用いて決定される。かかる膜は、典型的には、＜０．１ｃｍ／ｃｍ２のパイルアップ密度（ｐｉｌｅ  ｕｐ  ｄｅｎｓｉｔｙ）も有する。パイルアップ密度は透過型電子顕微鏡平面観察によって決定されるエッチピッチ密度を用いて決定される。
【００４２】
以下の実施例は本発明のさらに様々な側面を説明することが期待される。全ての操作は不活性雰囲気中、典型的には、乾燥窒素雰囲気の下で行われる。
【実施例】
【００４３】
実施例１
ＭＯＣＶＤ装置に取り付けられた、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）および五塩化アンチモン（ＳｂＣｌ５）を重量比（９９．０：１．０）で含有する組成物を収容する通常の配送装置を用いて、ゲルマニウム膜がサファイア基体上に成長することが期待される。配送装置を加熱し、担体ガス（Ｈ２および／もしくはＮ２）を加熱された配送装置に通過させる。気相において配合成分で飽和された担体ガスを、サファイア基体を収容する堆積チャンバに配向する。堆積チャンバは気相ゲルマニウム化合物の分解を誘導するのに十分な温度に維持される。ゲルマニウム膜がサファイア基体上に堆積することが期待される。堆積はゲルマニウム膜の所望の厚みが達成されるまで継続することが期待される。エッチピット密度（ＥＰＤ）測定に基づき、この膜は＜１×１０４ｃｍ−２のＴＤＤおよび＜０．１ｃｍ／ｃｍ２のパイルアップ密度を有するものと期待される。原子間力顕微鏡（「ＡＦＭ」）測定によって測定される短距離平均表面粗さは＜１Åであることが期待される。
【００４４】
実施例２
五塩化アンチモンを重量基準で１％の三塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）と置き換えることを除いて実施例１の手順を繰り返す。この膜は実施例１のものに匹敵する表面形態を示すものと期待される。
【００４５】
実施例３
（０００１）サファイア基体上のＭＯＣＶＤによって一群のＳｉｘＧｅ（１−Ｘ）エピタキシャル構造が成長するものと期待される。ジクロロシラン（Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ２）を含有する第１配送装置をＭＯＣＶＤ装置に取り付ける。実施例２による四塩化ゲルマニウム、三塩化ガリウム（ＧｅＣｌ４、ＧａＣｌ３）配合物を含有する第２配送装置をＭＯＣＶＤ装置に取り付ける。これらの配送装置を加熱し、担体ガス（Ｈ２および／もしくはＮ２）を各々の加熱された配送装置に通過させる。気相ジクロロシランで飽和された担体ガスおよび気相四塩化ゲルマニウムで飽和された担体ガスを、サファイア基体を含有する堆積チャンバに配向する。堆積チャンバは大気圧（７６０Ｔｏｒｒ、すなわち、１０１ｋＰａ）および気相化合物の分解を誘導するのに十分な温度（例えば、１０００℃〜１０５０℃）に維持する。この群の層については、１ないし２μｍ厚のＳｉ０．９０Ｇｅ０．１０層がサファイア基体上に最初に成長するものと期待される。四塩化ゲルマニウムの質量流量を増加させることにより、組成Ｓｉ０．８０Ｇｅ０．２０、Ｓｉ０．７０Ｇｅ０．３０、およびＳｉ０．６０Ｇｅ０．４０の続く層が成長するものと期待される。ＳｉｘＧｅ（１−ｘ）段階層の堆積の後、境界の鮮明な界面を得るため、ゲルマニウム配合物気体流を完全に遮断してジクロロシラン流を続ける。この段階ＳｉＧｅを下層として用い、エピタキシャル歪みシリコン層をキャップ層として堆積させることでケイ素堆積が行われるものと期待される。ＳｉｘＧｅ（１−ｘ）段階層の堆積における成長速度は０．２５μｍ／分を上回るものと期待される。エッチピット密度（ＥＰＤ）測定に基づき、この膜は＜１×１０４ｃｍ−２のＴＤＤ、および＜０．５ｃｍ／ｃｍ２のパイルアップ密度を有するものと期待される。ＡＦＭによって測定される短距離平均表面粗さは０．１〜０．５ｎｍ（１〜５Å）であるものと期待される。
【００４６】
実施例４
以下の表は、本発明によるゲルマニウム含有膜の成長において添加剤化合物として用いるのに好適な化合物、並びに表面改変剤もしくは気相改変剤またはその両者としてのそれらの有効性を実現するのに典型的に用いられるそれら化合物の気相濃度を提供する。これらの添加剤は、適切な基体、例えば、サファイア、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウムおよびリン化インジウムを用いる、歪みシリコン（例えば、ＳｉＧｅ）膜の成長に現在用いられる標準ＣＶＤ膜成長技術の下で用いることができる。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
上記表においては、以下の略語が用いられる。Ｍｅ＝メチル、Ｅｔ＝エチル、ｎ−Ｐｒ＝ｎ−プロピル、ｉ−Ｐｒ＝イソ−プロピル、ｎ−Ｂｕ＝ｎ−ブチル、ｔ−Ｂｕ＝ｔｅｒｔ−ブチル、Ｃｐ＝シクロペンタジエニル、Ｂｚ＝ベンジル、およびａｃａｃ＝アセチルアセトネート。
【外国語明細書】
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