高品質の緩和シリコンゲルマニウム層の製造方法
【課題】半導体材料上のＳｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積中、パーティクル生成を最小限化する方法を提供する。
【解決手段】Ｓｉ前駆体と、分解温度がゲルマンより高いＧｅ前駆体とを含む雰囲気中に基板を設けるステップ、および最終Ｇｅ含有量が約０．１５より大きくかつパーティクル密度が約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さいＳｉ１−ｘＧｅｘ層を前記基板上に堆積するステップを含む。
【解決手段】Ｓｉ前駆体と、分解温度がゲルマンより高いＧｅ前駆体とを含む雰囲気中に基板を設けるステップ、および最終Ｇｅ含有量が約０．１５より大きくかつパーティクル密度が約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さいＳｉ１−ｘＧｅｘ層を前記基板上に堆積するステップを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、シリコンゲルマニウム層の製造に関し、より詳細には、高品質のシリコンゲルマニウム層の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ基板上に緩和シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層を製造するための従来の技術は、典型的には、ゲルマン（ＧｅＨ４）およびシリコン前駆体、例えばシラン（ＳｉＨ４）またはジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を、加熱した半導体基板を横切らせて流す技術である。これらの前駆体の温度が、各前駆体の分解温度にそれぞれ達すると、前駆体は分解し、ＳｉおよびＧｅ原子は、加熱基板上で自由に堆積するようになる。基板を充分に高温に保った場合に、薄膜結晶生成が進む。
【０００３】
基板上に緩和ＳｉＧｅ層を形成するこの方法を光電子デバイスおよび電子デバイスで使用するために商業的に実用化するには、高品質のＳｉＧｅ層を形成する経済的なプロセスが要求される。これは、装置コストのような製造コストおよび製造時間を最低限に抑えなければならないと同時に、形成されるＳｉＧｅ層の材料特性を、それが使用される特定の目的のために調整しかつ最適化しなければならないことを意味する。
【０００４】
たいていの条件下では、結晶半導体の薄層を堆積させる最も経済的な方法は、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスによって提供される。例えば、一般的に、ＣＶＤの装置コストは、これに対応する、分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）技術を使用して同じ薄層生成物を製造するのに必要とされる装置コストよりずっと低い。さらに、ＣＶＤを用いることで、高い薄膜成長速度が得られる。このような高い成長速度（つまり、０．１ミクロン／分より大きい）は、緩和ＳｉＧｅ材料を経済的に製造することにおいて重要である。それというのは、高い成長速度によって堆積時間が短縮され、これにより、製品の製造速度は最大化し、製品のコストが低減するからである。
【０００５】
製造コストを低く保つことが重要である一方で、光電子デバイスおよび電子デバイスでの使用に適切な材料特性を有する高品質のＳｉＧｅ層を製造することも同様に重要である。高品質のＳｉＧｅ膜は、小さなパーティクル欠陥密度（つまり、０．３パーティクル／ｃｍ２より小さな）を有し、小さな貫通転位密度（つまり、１０６／ｃｍ２より小さな)を有している。製造されたＳｉＧｅ層がこのレベルの品質を達成していないと、その層の電子特性は、光電子デバイスおよび電子デバイスでの使用には適さないであろう。
【０００６】
したがって、高品質の緩和ＳｉＧｅ層の商業的な製造は、次の３つの条件が大きく関連している。
・堆積時間を最短化しかつ製造速度を最大化し、これによりＳｉＧｅ層の製造コストを低減するのに必要とされる高い成長速度。成長速度の増加は、典型的には、基板温度および前駆体ガス濃度を増加させることによって達成される。
・堆積されたＳｉＧｅ層が、小さな貫通転位密度を有しており、堆積ＳｉＧｅ層の品質が高くなっている。貫通転位密度の減少は、典型的には、堆積温度を増加させることによって達成される。
・堆積ＳｉＧｅ層が、小さなパーティクル欠陥密度を有していて、高品質のＳｉＧｅ層が製造される。エピタキシャル堆積中のパーティクル欠陥の主な原因は、反応器壁部の堆積物が剥がれ落ちることである。したがって、反応器壁部の被覆積層物を減少させることによって、一般には、ＳｉＧｅ層上に続いて堆積するパーティクル数が減少する。
【０００７】
従来の研究段階のＳｉＧｅ層の製造方法を、商業的に実施可能なプロセスへと拡張することを試みる場合に遭遇する問題の１つは、成長速度を増加させる努力および貫通転位密度を減少させる努力を行うと、パーティクル欠陥密度が増加してしまうということである。このことは、堆積温度の上昇および前駆体濃度の増加により、基板上でのパーティクル欠陥の核生成および堆積、ひいては反応器壁部上での被覆積層物の増加が起こり、最終的にはＳｉＧｅ層の成長時に被覆物の剥がれが起こることが原因となっている。
【０００８】
上記の問題は、ゲルマンガスを前駆体として使用することによって悪化する。ゲルマンは、これに相応なシリコン前駆体（つまり、シランガスの分解温度は９００℃、ジクロロシランの分解温度は９５０℃）よりもずっと低い温度、すなわち６７５℃で分解する。したがって、堆積温度が少しでも増加すれば、堆積に使われるＧｅ原子の量は増加し、よって、反応器壁部の堆積物および基板上のパーティクル欠陥が増加する。ゲルマンの高温成長によって、茶色または黒色で部分的に不透明な被覆物が反応器の内側表面に形成される。典型的なランプ加熱製造ＣＶＤ反応器を用いる場合には、この被覆部物によって、ランプからの放射エネルギーの、石英の反応器壁部を介した基板への伝導が制限される。反応器、典型的には石英管でのこのような伝導損失によって、反応器の内側表面が７００℃を超える温度まで加熱され、そのため、さらに堆積物の堆積が進。これを検査しなければ、最終的には、反応器壁部の温度は、１０００℃にまで達し、この温度で、失透が起こる。反応器の被覆物も失透による生成物も、反応器壁部から剥がれ、基板上で堆積する。
【０００９】
最もよく用いられる緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層には、約１５％（ｘ＝０．１５）を超える原子Ｇｅ含有量が要求される。層中のＧｅ含有量を増加させるためには、ゲルマンの前駆体濃度を増加させる必要があるが、これにより、パーティクル欠陥生成は増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、ＳｉＧｅ層の堆積時、特に高いＧｅ含有量のＳｉＧｅ層におけるパーティクル欠陥生成を最小限化する、半導体基板上で緩和ＳｉＧｅ層を製造する方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題の解決手段の１つは、特にｘの値が０．１５より大きいＳｉ１−ｘＧｅｘ層を製造する場合、ガスの化学的性質に変化を加えることであり、これにより、反応器壁部上での堆積を減少させる。したがって、より高温で分解するゲルマニウム前駆体を使用することが望ましい。
【００１２】
ＳｉＧｅ層成長に関する主な問題は、ゲルマンガスの分解温度が低いことであるので、本発明は、ゲルマンより高い分解温度を有するゲルマニウム前駆体、例えばハロゲン化ゲルマニウムを使用する。この方法では、前駆体の堆積温度を、極めて高い成長速度を高い成長温度で達成しながらも、過剰な反応器の被覆物およびパーティクル欠陥の導入を最小限に抑えることのできるように最適化が行われるよう選択することができる。
【００１３】
ハロゲン化ゲルマニウムは、ＧｅＣｌ４またはＧｅＨＣｌ３またはＧｅＨ２Ｃｌ２のようなゲルマニウム−塩素を含有している物質、ＧｅＦ４のようなゲルマニウム−フッ素を含油している物質、ＧｅＢｒ４のようなゲルマニウム−臭素を含有している物質、ＧｅＩ４のようなゲルマニウム−ヨウ素を含有している物質、ならびにＧｅＡｔ４のようなゲルマニウム−アスタチンを含有している物質を含む。さらに、ゲルマンより高い分解温度を有する、上記のゲルマニウムのハロゲン化物の他のあらゆる組合せ、例えばＧｅＣｌＢｒ３、またはより一般には、ゲルマニウム−ハロゲン（１）ｘ−ハロゲン（２）ｙ［式中、ｘ＋ｙ＝４］をゲルマニウム前駆体として使用することができる。これらの前駆体は、ゲルマンとは異なり、８００℃を超える成長温度で厚い緩和ＳｉＧｅ層を成長させるために使用でき、これにより、過剰な反応器壁部の被覆物が生成されることもなく、パーティクル欠陥が形成されることもない。これらの前駆体は、気体状態または液体状態で使用することができる。液体状態の前駆体の場合には、典型的には、この液体に水素キャリアを泡立つように通し、その液体からの蒸気を反応器内へ導入する。よって、典型的には、この前駆体は、反応器内部では気体状態になっている。ハロゲン化ゲルマニウム前駆体は、典型的なあらゆるシリコン前駆体、例えばＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４と組み合わせることができる。この手段の別の利点は、高い成長温度によって緩和傾斜層内で小さな貫通転位密度が得られることである。したがって、異なるゲルマニウムの前駆体を使用することによって、緩和ＳｉＧｅ層中の欠陥密度が低減される。
【００１４】
一般に、一実施態様では、本発明は、傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を半導体材料上に堆積させる際のパーティクル欠陥生成を最小限にする方法を特徴としている。この方法は、Ｓｉ前駆体およびＧｅ前駆体を含む雰囲気中に基板を設け、この場合、このＧｅ前駆体（例えば、ハロゲン化ゲルマニウム）は、ゲルマンより高い分解温度を有しており、約０．１５より大きな最終Ｇｅ含有量および基板上での約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さなパーティクル密度を有する傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させることを含む。
【００１５】
本発明の前記態様は、約６００℃より高い温度で傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させることを含む。いくつかの態様では、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、８００℃を超える温度で堆積させる。さらに別の態様では、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、１０００℃を超える温度で堆積させ、好ましくは、１１００℃を超える温度で堆積させる。別の態様では、傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層は０．２より大きな最終Ｇｅ含有量を有している、つまりｘ＞０．２である。別の態様では、最終Ｇｅ含有量は、１．０に実質的に等しい。上述の方法を用いて形成される堆積Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層は、特定の成長条件下で０．３ミクロン／分を超える堆積速度で成長する。堆積速度は３．０ミクロン／分を超える場合もある。別の態様では、例えば直流（ＤＣ）で生成される低エネルギープラズマアーク放電を反応器中で利用し、これにより、反応速度、ひいてはＳｉ１−ｘＧｅｘ層の成長速度を増大させる。低エネルギープラズマ放電を容易にするために、ＡｒまたはＨ２のようなガスを使用することもできる。本発明を実施するのに役立つ低エネルギープラズマ反応器は、スイスのPfaeffikonに本社のあるUnaxisで製造されたCLUSTERLINE（登録商標）LEPを含む。
【００１６】
別の態様では、本発明は、傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を半導体材料上に堆積させる際のパーティクル欠陥生成を最小限にする方法に関し、この方法では、堆積またはエッチング反応の逆反応によって、分解が起こっている間に、望ましくない堆積物が反応チャンバの壁部から除去される。この方法は、Ｓｉ前駆体、Ｇｅ前駆体およびエッチャントガスを含む雰囲気中で基板を設けることを含む。反応器壁部の望ましくない堆積物の除去は、ハロゲン化物エッチャント種（例えば、ＧｅＣｌ４の分解から生成したＨＣｌ）を、ハロゲン化シリコン種またはハロゲン化ゲルマニウム種の分解による副生成物として導入することによって行われる。さらに、ハロゲン化水素によって、水素種のみを使用するよりずっと速い速度が得られる。別の態様では、エッチャントガス（例えば、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＦもしくはＨＩ、またはハロゲン化物のみ、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｆ２もしくはＩ２）を、共に吹き込むかまたは導入(つまり、エッチャントガスを少なくともＳｉＧｅの部分的な堆積中に存在させる）することができ、これにより、反応チャンバ壁部の望ましくない堆積物の蓄積が減少する。
【００１７】
別の態様では、本発明は、上記方法を用いて形成された半導体材料に関する。この半導体材料は、高温および高い堆積速度で形成されており、かつこの材料は高品質、つまり約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さな欠陥レベルおよび約１×１０６／ｃｍ２より小さな貫通転位密度を有するので、商業的に製造することが可能である。
【００１８】
別の態様では、本発明は、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４の雰囲気中に基板を設けるステップと、基板上にＳｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させるステップとを含む方法に関する。堆積されたＳｉ１−ｘＧｅｘ層では、ｘの値は０．０２以上であり、また、この層は、約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さなパーティクル密度を有している。
【００１９】
本発明を、好ましい例示的な実施態様に基づき、添付の図面と関連づけて、本発明のさらなる利点と共に以下の詳細な説明において記述する。
【００２０】
図面では、同様の参照符号は、一般的には、異なる図面においても同じ部材を表す。また、これらの図面は、必ずしも一定の比率で描かれているわけではなく、本発明の図示の理念に基づき誇張されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３およびＳｉＣｌ４についての、シリコン成長速度と温度との関係を示したアレニウスプロットである。
【図２Ａ】ＧｅＨ４についての、ＳｉＧｅ中の標準化されたゲルマニウム成長速度と温度との関係を示すアレニウスプロットである。
【図２Ｂ】ＳｉおよびＧｅ前駆体についての、計算された反応のギブス自由エネルギーと温度との関係を示すグラフである。
【図２Ｃ】いくつかのシリコン前駆体およびゲルマニウム前駆体の分解温度を示す表である。
【図３】本発明に基づいて緩和ＳｉＧｅ層を製造するために使用される反応器の一実施態様の概略図である。
【図４】傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積中のパーティクル生成を最小限にする方法の一実施態様のフローチャートである。
【図５Ａ】１０００℃、１．０×１０４Ｐａ（７５ｔｏｒｒ）およびＳｉＨ２Ｃｌ２が１００ｓｃｃｍで、研究用反応器で堆積させたＳｉＧｅの成長速度と、ＳｉＨ２Ｃｌ２に対するＧｅＣｌ４の質量比との関係を示す図である。
【図５Ｂ】１０００℃、１．０×１０４Ｐａ（７５ｔｏｒｒ）およびＳｉＨ２Ｃｌ２が１００ｓｃｃｍで、研究用反応器内で成長させたＳｉＧｅ中のＧｅの原子比率と、ＳｉＨ２Ｃｌ２に対するＧｅＣｌ４の質量比との関係を示す図である。
【図６Ａ】本発明によって形成された傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を含む基板の断面図である。傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最上部には緩和ＳｉＧｅキャップ層が設けられている。
【図６Ｂ】本発明によって形成された傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を含む基板の断面図である。傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最上部には緩和ＳｉＧｅキャップ層およびＧｅの薄い歪み半導体層が設けられている。
【図７】ＧｅＣｌ４をＧｅ前駆体として使用した場合の、達成可能なＳｉ成長速度および達成可能なＳｉ０．８Ｇｅ０．２の成長速度である。
【図８】方法半導体材料の堆積中のパーティクル生成を最小限にする方法の一態様のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に、様々なシリコン前駆体、ＳｉＨ４102、ＳｉＨ２Ｃｌ２104、ＳｉＨＣｌ３106およびＳｉＣｌ４108に対するシリコンの成長速度と温度との関係を表したグラフを示す。このグラフより、２つの明確な成長の型が分かる。低温では、成長速度は温度によって指数関数的に変化し、成長は反応速度によりもしくは速度論的に制限される。高温では、成長速度は温度にあまり依存せず、成長は物質輸送または拡散によって制限される。エピタキシャル層は、典型的には、成長中の温度変化の影響を最小限にするために、物質輸送制限型で形成される。
【００２３】
図１に示す２つの明確な成長の型の間には、遷移点110がある。各前駆体102、104、106および108に対してのこの遷移点に対応する温度は、分解温度、つまり前駆体がほぼ完全に分解する温度温度である。
【００２４】
ＳｉＨ４分子中のより多くの水素原子が塩素原子と置き換わると、前駆体の分解温度が高くなることが知られている。この効果は、前駆体の塩素含有量の増加に伴い、反応制限型の位置がより高温へシフトすることに反映されている。例えば、ＳｉＣｌ４108の物質輸送制限型は、ＳｉＨ４102と比較して２００℃だけより高温にシフトしている。したがって、ＳｉＣｌ４を使用した場合、エピタキシャル成長膜は、ＳｉＨ４を使用した場合よりはるかに高温で成長させることができ、同時に、パーティクル欠陥の形成および反応器壁部被覆への作用も回避される。さらに、極めて高い成長速度を、これらの塩素をベースとした前駆体の化学的性質を利用することによって、より高温で達成することができる。
【００２５】
シリコン前駆体については、堆積を行う圧力が大気圧から減圧へと変化すると、チャンバ被覆物が増加する傾向にあることも知られている。このことは、反応物質よりも気体生成物のモル数の方が大きいという分解反応に関する化学等式によって裏付けられている。この分解反応の特性（生成物より反応物の体積が大きい）により、低圧では、正反応、つまり生成反応が起こる。したがって、一般的に低圧では前駆体の分解温度は低くなり、この性質は、ゲルマニウム前駆体にも当てはまる。これにより、チャンバ被覆を低減するには大気圧での堆積が好ましい。
【００２６】
ＳｉＧｅ層を堆積させる従来技術における主な問題は、ゲルマンガスの分解温度が低いということであり、よって、本発明では、ゲルマンより分解温度の高いあらゆるゲルマニウム前駆体、例えばハロゲン化ゲルマニウム前駆体を使用する。シリコン系、クロロゲルマンおよび他のハロゲン化ゲルマニウムを使用して、粒子欠陥物の堆積量を増加させることなく、成長温度をゲルマン、ＧｅＨ４の成長温度から２００℃を超えて高くさせる。
【００２７】
図２Ａに、従来のＧｅ前駆体、ＧｅＨ４202を使用した場合の、温度とＳｉＧｅ中のＧｅの標準化された成長速度との関係を表すグラフを示す。図２Ａ、図２Ｂ、つまりいくつかのＳｉおよびＧｅ前駆体に対する、計算された反応のギブス自由エネルギーと温度との関係のグラフ、および塩素（ハロゲン化物）の含有量が増加すると分解温度が高くなることを示す図および図１を利用して、あらゆるハロゲン化ゲルマニウム前駆体の分解温度が、ゲルマン、ＧｅＨ４より著しくなることが予想される。例えば、図１は、分解温度、つまりＳｉＨ４102の遷移点110に対応する温度が９００℃であり、ＳｉＨ２Ｃｌ２104の分解温度が９５０℃であり、ＳｉＣｌ４108の分解温度が１１５０℃であることを示している。図２Ｂは、ＳｉＣｌ４204の計算されたギブス自由エネルギー曲線が、ＳｉＨ２Ｃｌ２206の計算されたギブスの自由エネルギー曲線より大きくなっていることを示し、さらにこのＳｉＨ２Ｃｌ２206の計算されたギブスの自由エネルギー曲線は、ＳｉＨ４208の計算されたギブスの自由エネルギー曲線より大きい。したがって、Ｇｅ前駆体もＳｉ前駆体と同様の傾向を示し、計算されたギブス自由エネルギー曲線がＧｅＨ４より大きいＧｅ前駆体の分解温度もＧｅＨ４より高いであろうことが予想される。
【００２８】
図２Ｂに示すように、ゲルマン、ＧｅＨ４210の反応のギブス自由エネルギーは最も低く、これは、図示の全てのＧｅ前駆体の中でゲルマンが最も低い温度で分解することを示している。ＧｅＣｌ４212、ＧｅＢｒ４214、ＧｅＦ４216およびＧｅＩ４218は、ＧｅＨ４210よりずっと高い分解温度を有している。したがって、前記のハロゲン化ゲルマニウムの高純度供給源をＧｅ前駆体として使用すると、６００℃を超える温度でＳｉＧｅを成長させ、反応器被覆は最小限にすることができる。このようにして、高温で極めて高い成長速度が得られるように、前駆体の分解温度を最適に選択することができる。例えば、分解温度がいずれも約９００℃を超えるＳｉ前駆体およびＧｅ前駆体を選択することによって、パーティクル欠陥生成を最小限にすることができる。選択されたＳｉおよびＧｅ前駆体ガスの両方がほぼ同じ高温で分解するとすれば、自由なＳｉおよびＧｅ原子のほとんどが反応し、加熱された基板上でエピタキシャルＳｉ１−ｘＧｅｘ層を形成するであろう。もしくは、選択された前駆体の分解温度が同じ範囲、つまり±２００℃内にない場合、より低い温度で分解した方の前駆体の自由な原子が、急速に表面上、例えば反応器壁部および基板上に堆積を始め、これはもう１つの前駆体が分解する前にパーティクル欠陥となる。
【００２９】
図２Ｃに、様々なＳｉ前駆体およびＧｅ前駆体に対する推定の分解温度を示す。最も簡単に入手可能なハロゲン化ゲルマニウム前駆体は、四塩化ゲルマニウム、ＧｅＣｌ４である。この前駆体は、ゲルマン、ＧｅＨ４とは異なり、８００℃を超える成長温度で、過剰な反応器被覆およびパーティクル欠陥の形成が起こることなく、厚い緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を成長させるために使用することができる。また、四塩化ゲルマニウムは、あらゆるＳｉ前駆体、例えばＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３およびＳｉＣｌ４と組み合わせることができ、これにより高品質のＳｉＧｅ層が形成される。しかし、本発明の好ましい実施態様では、ガスの分解温度の差が互いに２５℃以内であることが理由で、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４を使用していることを留意されたい。
【００３０】
本発明では、図３に示すＣＶＤ反応器300を使用して、半導体基板上に緩和ＳｉＧｅ層を形成する。このＣＶＤ反応器300は、石英管302、熱源304、前駆体ガスインレット306、サセプタ308、およびいくつかの態様では真空ポンプ310（点線で図示）を備えている。半導体材料上に緩和ＳｉＧｅ層を製造するために、シリコン基板311をサセプタ308上に配置する。次に、真空ポンプを作動させ、石英管302内のガスを連続的に排気し、堆積中の反応器300内の圧力を一定に（１．０１×１０５〜１．３３Ｐａ（７６０ｔｏｒｒ〜０．０１０ｔｏｒｒ））保つようにする。さらに、典型的には複数のタングステンハロゲンランプを含む熱源304を作動させ、Ｓｉ基板の温度を堆積温度（６００℃〜１２００℃）にまで上昇させる。Ｓｉ基板311が規定された堆積温度に到達すると、ゲルマンより分解温度の高いＳｉ前駆体312およびＧｅ前駆体314（例えば、ハロゲン化ゲルマニウム前駆体）をガスインレット306を通して反応器300内に導入させる。前駆体の濃度は、典型的には、前駆体タンクに接続された質量流量制御装置によって制御する。これらの前駆体312、314は、加熱されたシリコン基板311上を流れ、その上で堆積する。Ｇｅ含有量、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層のｘは、ＳｉおよびＧｅ前駆体の相対的な濃度によって制御される。いくつかの態様では、層全体で均一なＧｅ含有量を有しているＳｉＧｅ層がシリコン基板上で堆積されている。例えば、Ｓｉ０．９８Ｇｅ０．０２という均一な濃度を有している材料の層を、Ｓｉ基板311上に堆積させることができる。別の態様では、各層のＧｅ含有量、つまりｘが連続的に大きくなるように構成されている複数のＳｉ１−ｘＧｅｘ層をシリコン基板上に堆積させ、傾斜層を形成する。別の態様では、傾斜層のＧｅ含有プロファイルは、実質的に線形である（つまり、プロファイル中で個々の層が明確になっていない）。Ｇｅ含有量を段階的に増加させていくことによって、ＳｉとＧｅとの間の格子不整合によって生じる歪みが緩和され、これにより、堆積させた緩和ＳｉＧｅ層中の貫通転位密度は最小限になる。典型的には、傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層のＧｅ含有量は、１ミクロン当たり約２５％Ｇｅより小さな率で増加する。しかし、いくつかの態様では、その増加率は、１ミクロン当たり２５％Ｇｅより大きい。いずれの態様でも、本発明により可能となる高い処理温度によって、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最上表面と交差する貫通転位の密度が約ｌ×１０６／ｃｍ２より小さくなる。
【００３１】
上記方法を用いて堆積させた傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層に関しては、最終Ｇｅ含有量、つまり最終の堆積層のＧｅ含有量は１５％を超え、いくつかの態様では、最終Ｇｅ含有量は２０％を超える。別の態様では、Ｇｅ含有量は１００％に近くなっている。
【００３２】
図４に、本発明の方法の一態様のフローチャートを示す。詳細には、この方法400は、反応器、例えば図３に図示の反応器300内での半導体材料上への傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であり、少なくとも２つのステップを含む。まず、ステップ402に示すように、基板を、Ｓｉ前駆体およびＧｅ前駆体の両方を含む雰囲気中に設ける。Ｇｅ前駆体は、分解温度がゲルマンより高いあらゆるゲルマニウム源とする。一般には、例えばＧｅＣｌ４、ＧｅＨＣｌ３、ＧｅＨ２Ｃｌ２、ＧｅＢｒ４、ＧｅＩ４、ＧｅＦ４およびＧｅＡｔ４のようなハロゲン化ゲルマニウムは、ゲルマンより高い分解温度を有している。Ｓｉ前駆体は、典型的には、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４およびＳｉＨ４からなる群から選択される。しかし、約７００℃を超える分解温度を有するＳｉをベースとしたあらゆる前駆体をＳｉ前駆体として選択することができ、これは、場合によっては他のハロゲン化シリコン化合物を含む。
【００３３】
次に、ステップ404に示すように、最終Ｇｅ含有量が約１５％より大きく（つまりｘ＞０．１５）かつパーティクル欠陥密度が約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さい傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、基板上に堆積させる。Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層において小さなパーティクル欠陥密度および小さな最終Ｇｅ含有量が得られるのは、Ｇｅ前駆体としてハロゲン化ゲルマニウムを使用し、この選択されたハロゲン化ゲルマニウムの分解温度を特定のＳｉ前駆体に適合させることの利点を方法400が利用しているからである。例えば、図１および２を参照すると、傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、ＳｉＨ４およびＧｅＨ２Ｃｌ２の組合せを使用して、約６００℃を超える温度で、より好ましくは、約８００℃温度を超える温度で反応器300中で堆積させることができる。このような温度では、低エネルギープラズマを使用して、前駆体の熱分解を促進し、低温でより大きな成長速度を提供することができる。
【００３４】
傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の別の態様では、選択されたＳｉおよびＧｅ前駆体は、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４である。この態様では、約１０００℃より高い温度、好ましくは１０５０℃〜１１００℃の温度で堆積が起こる。ＳｉＨ２Ｃｌ２を、約１００ｓｃｃｍ以上の一定の流速で反応器300内へ導入する。ＧｅＣｌ４を、水素キャリアガスを使用して０から２５０ｓｃｃｍへ増加する流量で反応器内に導入し、約２０％の最終Ｇｅ含有量を有する、つまりｘ＝０．２の傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を形成する。いくつかの態様では、ＧｅＣｌ４を、水素キャリアガスを使用して０から３５０ｓｃｃｍへ増加する流量で反応器内へ導入し、約３０％の最終Ｇｅ含有量を有する、つまりｘ＝０．３の傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を形成する。
【００３５】
別の態様では、反応チャンバ壁部の堆積物を低いレベルに低減させるために堆積プロセスを大気圧で行う。これは、高圧ではシリコンおよびゲルマニウム前駆体が分解する傾向が小さいことを利用しするものである。
【００３６】
図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、１０００℃および１．０×１０４Ｐａ（７５ｔｏｒｒ）での研究用反応器系での実験によれば、ＳｉＨ２Ｃｌ２に対するＧｅＣｌ４の質量比の増加に伴い、ＳｉＧｅ層の成長速度が、Ｇｅ原子分率が約０．３の時には約０．２５ミクロン／分の成長速度にまで増加している。当分野の実用反応器系を用いた場合には、典型的には、研究用反応器系を用いた場合より大きな成長速度が得られるので、実用反応器系を用いた場合のＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４によるＳｉＧｅ層の堆積は、上記温度（１０００℃）および上記圧力（１．０×１０４Ｐａ（７５ｔｏｒｒ））では０．２５ミクロン／分より大きな成長速度で起こるだろうと考えられる。
【００３７】
図６Ａに、本発明により形成された傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層520を含むシリコン基板311の断面図を示す。傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層520の上には、実質的に緩和されたＳｉ１−ｙＧｅｙ層522が堆積している。この実施態様で示す層522は、傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最終Ｇｅ含有量にほぼ等しいＧｅ含有量ｙを有している。一般に、本発明により形成された緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層およびＳｉ１−ｙＧｅｙ層は、滑らかで、４０×４０ミクロン原子間力顕微鏡走査において５ｎｍより小さな表面粗さを有している。図６Ｂに示すようなさらに別の態様では、Ｇｅの薄い歪み半導体層524が、実質的に緩和されたＳｉ１−ｙＧｅｙ層上に堆積されている。別の態様では、この層524は、ＳｉまたはＳｉＧｅから形成されている。
【００３８】
ハロゲン化ゲルマニウムガス、例えばＧｅＣｌ４を使用して高温で膜を堆積することが可能になり、これにより、堆積された緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層内のパーティクル欠陥密度は、従来の方法を用いて同じ温度で形成したＳｉ１−ｘＧｅｘ層よりも小さくなる。例えば、本発明によって約１０００℃の温度で形成した緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層パーティクル欠陥レベルは、約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さく、従来の研究技術を用いて形成したＳｉ１−ｘＧｅｘ層（つまり、ＧｅＨ４ガスを使用し、最終Ｇｅ含有量は約１５％より小さい）のパーティクル欠陥密度は、０．６〜２パーティクル／ｃｍ２もしくはこれを超える。さらに、本発明により製造した緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層は、典型的には、０．１３ミクロンより大きな寸法（直径）のパーティクル欠陥に対して約０．３欠陥／ｃｍ２より小さな局所的光散乱欠陥レベル、０．１６ミクロンより大きな寸法をもつパーティクル欠陥に対して約０．２欠陥／ｃｍ２の欠陥レベル、０．２ミクロンより大きな寸法をもつパーティクル欠陥に対して約０．１欠陥／ｃｍ２の欠陥レベル、および１ミクロンより大きな寸法をもつパーティクル欠陥に対して約０．０３欠陥／ｃｍ２の欠陥レベルを有している。さらに、プロセスを最適化することによって、局所的光散乱欠陥レベルを、０．０９ミクロンより大きな寸法をもつパーティクル欠陥に対して約０．０９欠陥／ｃｍ２まで、また、０．１２ミクロンより大きな寸法をもつパーティクル欠陥に対して約０．０５欠陥／ｃｍ２まで減少させることができると考えられる。
【００３９】
したがって、分解温度がゲルマンよりも高いＧｅ前駆体（例えば、ハロゲン化ゲルマニウム前駆体）を使用することによって、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、高温で、しかも高い品質レベル、つまり高いＧｅ含有量、例えばｘ＞０．１５でも０．３パーティクル欠陥／ｃｍ２より小さなパーティクル欠陥密度を保ちながら製造することができる。さらに、約１０００℃を超える温度で堆積を行うので、０．１ミクロン／分より大きな成長速度を得ることができる。例えば、図７に、ＧｅＣｌ４および様々なシリコン前駆体を使用した堆積プロセスでの、達成可能なＳｉ成長速度およびこれに対応する推定の達成可能なＳｉ０．８Ｇｅ０．２の成長速度の表を示す。推定の達成可能なＳｉＧｅ成長速度は、以下の２つの式から計算されたより低い値を用いて計算される。
・ＲＳｉＧｅ≒ＦＧｅＲＧｅ＋ＦＳｉＲＳｉ 式１
・ＲＳｉＧｅ≒ＲＧｅ／ＦＧｅ 式２
式中、Ｒは成長速度であり、Ｆは原子分率である。様々なＳｉ前駆体に対するＳｉの成長速度（ＲＳｉ）の報告値を、図７の２番目の列に示す。ＧｅＣｌ４の成長速度（ＲＧｅ）は、０．７５ミクロン／分と推定され、この値は、ＳｉＨ４およびＳｉＨ２Ｃｌ２の分解温度および得られる成長速度の比較に基づいている。図７に示すように、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４を組合せた場合の達成可能な成長速度は、１．１ミクロン／分であり、ＳｉＨＣｌ３およびＧｅＣｌ４の組合せでは、３．８ミクロン／分である。これらの達成可能ないずれの成長速度によっても、製造時間を著しく短縮することができる。
【００４０】
パーティクルの堆積および反応器壁部の被覆が低減するので、本発明の製造時間は、さらに短縮される。典型的には、反応器300上の被覆が、１ミクロンより厚い厚みになると、石英管302の透過性は急速に低下し、これにより、温度上昇が起こり、最終的には失透が起こる。石英管302が剥がれ落ちて堆積中のＳｉ１−ｘＧｅｘ層520上に載ることをによる汚染を防ぐために、被覆が１ミクロン以上の厚みに達すると、石英管302を浄化して被覆を除去する。本発明においては、Ｇｅ前駆体（ハロゲン化ゲルマニウム）の分解温度がＳｉ前駆体の分解温度近くまで上昇することによって反応器の被覆が制限されるので、堆積時間は、壁部で被覆が成長するのにより長い時間、例えば１７５時間となり、よって、石英管302の浄化に費やす時間がより少なくなる。被覆が最小限となる別の要因は、前駆体のハロゲン成分から生じるエッチング作用によるものである。
【００４１】
ハロゲン化水素およびハロゲン化物ガスは、水素よりも著しく大きな速度でシリコンをエッチングするので、典型的にはこのようなガス（主としてＨＣｌ）が、石英の反応器壁部から被覆をエッチングするために使用される。同様に、ＳｉＧｅ堆積でのハロゲンを含有する副生成物もエッチング作用を促進するであろう。したがって、本発明の別の態様では、このエッチングによって、堆積を反応器内で行っている間に、石英壁部での望ましくない堆積物の蓄積が減少する。これは、ハロゲン化物エッチャント種（例えば、ＧｅＣｌ４の分解から生成するＨＣｌ）が、ハロゲン化シリコンまたはハロゲン化ゲルマニウム種の分解による副生成物として導入されることによって起こる。本発明の別の態様では、エッチャントガス（例えば、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＦもしくはＨＩ、ハロゲン化物のみＣ１２、Ｂｒ２、Ｆ２もしくはＩ２）を共に吹き込むまたは導入して、反応器チャンバの壁部、つまり、石英管302での望ましくない堆積物の蓄積を減少させる。例えば、ＨＣｌを、反応器内へ２ｓｌｍ（１分当たりの標準リットル）以下の流量で、ＳｉおよびＧｅ前駆体と共に吹き込むことができる。好ましい態様では、ＨＣｌを、０．５ｓｌｍ以下の流量で反応器内へ共に吹き込むことができる。また、エッチャントガスを共に吹き込むことは、ゲルマンガスをＧｅ前駆体として使用した場合には、反応器壁部の堆積物を減少させるために利用することさえでき、それというのは、ハロゲン化物源を含むエッチャントガスにより、水素を使用するよりも高い率で、望ましくない堆積物の蓄積の減少が可能となるからである。前記の共に吹き込む効果は、エッチャントガスを反応器の壁部に導入する場合、共に吹き込まれるガスの輸送を制御することができるので、エッチャントガスをＳｉおよびＧｅ前駆体の反応による導入よりも大きい。エッチャントガスが単に堆積の副生成物として生成する場合、堆積物をエッチングするにはサセプタ308から反応器302の壁部へと拡散しなければならない。このプロセスについての有用な見解の１つは、エッチング反応のギブス自由エネルギーが堆積プロセスのそれに比べて温度依存性がずっと小さく、そのため、壁部の温度がサセプタ308の温度より著しく低くても壁部でのエッチング速度が壁部で高く保たれる。
【００４２】
本発明は、高品質の緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を製造するためにさらに最適化することができる。例えば、一態様では、サセプタ308を堆積中に回転させることができ、前駆体の減少を補償し、基板311全体にわたっての均一なＳｉ１−ｘＧｅｘの堆積が形成される。
【００４３】
図８を参照すると、本発明は、均一なＧｅ含有量および小さなパーティクル欠陥密度を有するＳｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積する方法700も提供している。詳細には、方法700は２つのステップ702および704を含む。まず、ステップ702に基づいて、基板をＳｉＨ２Ｃ１２およびＧｅＣｌ４の雰囲気を含む反応器内に配置する。続いて、ステップ704に示すように、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を基板上に堆積させる。堆積したＳｉ１−ｘＧｅｘ層においては、ｘの値は小さくとも０．０２であり、パーティクル欠陥密度は、約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さい。方法700を用いて堆積させたＳｉ１−ｘＧｅｘ層中で見られるパーティクル欠陥密度が小さいのは、共に約７００℃を超える分解温度を有しかつそれらが最適に適合している、つまり互いの分解温度の差が２５℃であるようなＳｉおよびＧｅ前駆体を使用することによる。
【００４４】
方法700を用いることにより、０．３パーティクル／ｃｍ２未満のパーティクル欠陥密度を有する均一なＳｉ１−ｘＧｅｘ層を、基板基板上に堆積させることができる。例えば、約１００ｓｃｃｍの流量でＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを、および２５ｓｃｃｍの一定流量で水素キャリアガス内でＧｅＣｌ４ガスを反応器300内に導入することによって、Ｓｉ０．９８Ｇｅ０．０２層をＳｉウェハ上に形成することができる。Ｓｉ０．９８Ｇｅ０．０２層は、６００℃を超える温度で、好ましくは１１００℃を超える温度で堆積する。
【００４５】
以上、本発明を、特に特定の好ましい態様を用いて例示し説明したが、添付の特許請求の範囲に規定された本発明の思想および範囲から逸脱することがなければ、実施形態の様々な変更および詳細が可能であることは、当業者によって理解されるべきことである。
【００４６】
なお、本発明の有利な態様は次の通りである。
１．反応器内での半導体材料上への傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であって、
（ａ）Ｓｉ前駆体と、分解温度がゲルマンより高いＧｅ前駆体とを含む雰囲気中に基板を設けるステップと、
（ｂ）基板上に、ｘが約０．１５より大きな最終Ｇｅ含有量を有しておりかつパーティクル密度が約０．３パーティクル／ｃｍ２未満である傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させるステップと
を含む方法。
２．前記Ｇｅ前駆体がハロゲン化ゲルマニウムを含む、上項１に記載の方法。
３．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を約６００℃を超える温度で堆積させる、上項１に記載の方法
４．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を約８００℃を超える温度で堆積させる、上項１に記載の方法。
５．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を約１０００℃を超える温度で堆積させる、上項１に記載の方法。
６．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を約１１００℃を超える温度で堆積させる、上項１に記載の方法。
７．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最終Ｇｅ含有量が、ｘ≧０．２０であるｘの値を有する、上項１に記載の方法。
８．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最終Ｇｅ含有量が、実質的に１．０にひとしいｘ値を有する、上項１に記載の方法。
９．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層上に、実質的に緩和されたＳｉ１−ｙＧｅｙ層を設けるステップであって、ｙが傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最終Ｇｅ含有量にほぼ等しくなっているステップをさらに含む、上項１に記載の方法。
１０．前記傾斜Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層上に、薄い歪み半導体層を設けることをさらに含む、上項９に記載の方法。
１１．前記薄い歪み半導体層が、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅからなる群から選択される、上項１０に記載の方法。
１２．前記Ｇｅ含有量が、１ミクロン当たり約２５％より小さい率で増加していて、これにより、前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の表面を横切る貫通転位密度が約１×１０６／ｃｍ２未満となっている、上項１に記載の方法。
１３．前記Ｇｅ含有量が、１ミクロン当たり約２５％より大きい率で増加していて、これにより、前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の表面を横切る貫通転位密度が、約１×ｌ０６／ｃｍ２未満となっている、上項１に記載の方法。
１４．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積速度が、１分当たり約０．３ミクロンより大きい、上項１に記載の方法。
１５．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積速度が、１分当たり約１ミクロンより大きい、上項１に記載の方法。
１６．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積速度が、１分当たり約３ミクロンより大きい、上項１に記載の方法。
１７．前記Ｇｅ前駆体が、ＧｅＣｌ４、ＧｅＨＣｌ３およびＧｅＨ２Ｃ１２からなる群から選択される、上項２に記載の方法。
１８．前記Ｓｉ前駆体が、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ４およびＳｉＣｌ４からなる群から選択される、上項１に記載の方法。
１９．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積中に、基板を回転させることをさらに含む、上項１に記載の方法。
２０．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、４０×４０ミクロン走査で、約５ｎｍ未満の表面粗さを有するように堆積させることをさらに含む、上項１に記載の方法。
２１．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を約１．０１×１０５〜約１．３３Ｐａ（７６０ｔｏｒｒ〜０．０１０ｔｏｒｒ）の圧力で堆積させることをさらに含む、上項１に記載の方法。
２２．前記ステップ（ｂ）が、
前記基板上に傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積する場合、反応器内の内側表面での厚みが約１ミクロンより大きな被覆部の堆積を防止し、当該Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層が、ｘが０．１５より大きな最終Ｇｅ含有量を有し、かつ約０．３パーティクル／ｃｍ２未満のパーティクル密度を有していることを含む、上項２２に記載の方法。
２３．反応器内での半導体材料上への傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であって、
（ａ）Ｓｉ前駆体、Ｇｅ前駆体およびエッチャントガスを含む雰囲気中に基板を設けるステップであって、エッチャントガスが、ハロゲン化物源を含み、かつ反応器壁部への堆積物の蓄積を減少させるステップと、
（ｂ）基板上に傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させるステップであって、該Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層が、ｘが約０．１５より大きな最終Ｇｅ含有量を有しており、約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さなパーティクル密度を有している、方法。
２４．前記エッチャントガスが、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＦ、ＨＩ、Ｃ１２、Ｂｒ２、Ｆ２およびＩ２からなる群から選択される、上項２３に記載の方法。
２５．上項１に記載の方法によって形成された半導体材料。
２６．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層が、約０．３欠陥／ｃｍ２より小さな局所的光散乱欠陥レベルを有しており、該パーティクル欠陥が、約０．１３ミクロンより大きな寸法を有している、上項２５に記載の半導体材料。
２７．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層が、約０．２欠陥／ｃｍ２より小さな局所的光散乱欠陥レベルを有しており、該パーティクル欠陥が、約０．１６ミクロンより大きな寸法を有している、上項２５に記載の半導体材料。
２８．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層が、約０．１欠陥／ｃｍ２より小さな局所的光散乱欠陥レベルを有しており、該パーティクル欠陥が、約０．１ミクロンより大きな寸法を有している、上項２５に記載の半導体材料。
２９．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層が、約０．０３欠陥／ｃｍ２より小さな局所的光散乱欠陥レベルを有しており、該パーティクル欠陥が、約１ミクロンより大きな寸法を有している、上項２５に記載の半導体材料。
３０．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層内の各層が、基板を通して実質的に均一な組成を有している、上項２５に記載の半導体材料。
３１．半導体材料の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であって、
（ａ）ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４を含む雰囲気中に基板を設けるステップと、
（ｂ）基板上にｘ≧０．０２であるＳｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させるステップであって、該Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層のパーティクル密度が、約０．３パーティクル／ｃｍ２未満であるステップと
を含む、方法。
３２．追加のＳｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させることをさらに含み、続いて堆積させたＳｉ１−ｘＧｅｘ層のＧｅ含有量が増加している、上項３１に記載の方法。
３３．前記の続いて堆積させたＳｉ１−ｘＧｅｘ層が、パーティクル密度が約０．３パーティクル／ｃｍ２未満である傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を含む、上項３２に記載の方法。
３４．前記Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、約６００℃を超える温度で堆積させる、上項３１に記載の方法。
３５．前記Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、約１１００℃を超える温度で堆積させる、上項３１に記載の方法。
３６．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最終Ｇｅ含有量が、ｘ＞０．２０となる値を有している、上項３３に記載の方法。
３７．傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層上に設けられた薄い歪み半導体層を設けることをさらに含む、上項３３に記載の方法。
３８．前記薄い歪み半導体層が、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅからなる群から選択される、上項３７に記載の方法。
３９．前記Ｇｅ含有量が、１ミクロン当たり約２５％より大きな率で増加しており、これにより、前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の表面を横切る貫通転位密度が約１×１０６／ｃｍ２未満となる、上項３９に記載の方法。
４０．前記Ｇｅ含有量が、１ミクロン当たり約２５％より小さな率で増加しており、これにより、前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の表面を横切る貫通転位密度が約１×１０６／ｃｍ２未満となる、上項３３に記載の方法。
４１．前記Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積速度が、１分当たり約０．３ミクロンより大きい、上項３１に記載の方法。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、シリコンゲルマニウム層の製造に関し、より詳細には、高品質のシリコンゲルマニウム層の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ基板上に緩和シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層を製造するための従来の技術は、典型的には、ゲルマン（ＧｅＨ４）およびシリコン前駆体、例えばシラン（ＳｉＨ４）またはジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を、加熱した半導体基板を横切らせて流す技術である。これらの前駆体の温度が、各前駆体の分解温度にそれぞれ達すると、前駆体は分解し、ＳｉおよびＧｅ原子は、加熱基板上で自由に堆積するようになる。基板を充分に高温に保った場合に、薄膜結晶生成が進む。
【０００３】
基板上に緩和ＳｉＧｅ層を形成するこの方法を光電子デバイスおよび電子デバイスで使用するために商業的に実用化するには、高品質のＳｉＧｅ層を形成する経済的なプロセスが要求される。これは、装置コストのような製造コストおよび製造時間を最低限に抑えなければならないと同時に、形成されるＳｉＧｅ層の材料特性を、それが使用される特定の目的のために調整しかつ最適化しなければならないことを意味する。
【０００４】
たいていの条件下では、結晶半導体の薄層を堆積させる最も経済的な方法は、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスによって提供される。例えば、一般的に、ＣＶＤの装置コストは、これに対応する、分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）技術を使用して同じ薄層生成物を製造するのに必要とされる装置コストよりずっと低い。さらに、ＣＶＤを用いることで、高い薄膜成長速度が得られる。このような高い成長速度（つまり、０．１ミクロン／分より大きい）は、緩和ＳｉＧｅ材料を経済的に製造することにおいて重要である。それというのは、高い成長速度によって堆積時間が短縮され、これにより、製品の製造速度は最大化し、製品のコストが低減するからである。
【０００５】
製造コストを低く保つことが重要である一方で、光電子デバイスおよび電子デバイスでの使用に適切な材料特性を有する高品質のＳｉＧｅ層を製造することも同様に重要である。高品質のＳｉＧｅ膜は、小さなパーティクル欠陥密度（つまり、０．３パーティクル／ｃｍ２より小さな）を有し、小さな貫通転位密度（つまり、１０６／ｃｍ２より小さな)を有している。製造されたＳｉＧｅ層がこのレベルの品質を達成していないと、その層の電子特性は、光電子デバイスおよび電子デバイスでの使用には適さないであろう。
【０００６】
したがって、高品質の緩和ＳｉＧｅ層の商業的な製造は、次の３つの条件が大きく関連している。
・堆積時間を最短化しかつ製造速度を最大化し、これによりＳｉＧｅ層の製造コストを低減するのに必要とされる高い成長速度。成長速度の増加は、典型的には、基板温度および前駆体ガス濃度を増加させることによって達成される。
・堆積されたＳｉＧｅ層が、小さな貫通転位密度を有しており、堆積ＳｉＧｅ層の品質が高くなっている。貫通転位密度の減少は、典型的には、堆積温度を増加させることによって達成される。
・堆積ＳｉＧｅ層が、小さなパーティクル欠陥密度を有していて、高品質のＳｉＧｅ層が製造される。エピタキシャル堆積中のパーティクル欠陥の主な原因は、反応器壁部の堆積物が剥がれ落ちることである。したがって、反応器壁部の被覆積層物を減少させることによって、一般には、ＳｉＧｅ層上に続いて堆積するパーティクル数が減少する。
【０００７】
従来の研究段階のＳｉＧｅ層の製造方法を、商業的に実施可能なプロセスへと拡張することを試みる場合に遭遇する問題の１つは、成長速度を増加させる努力および貫通転位密度を減少させる努力を行うと、パーティクル欠陥密度が増加してしまうということである。このことは、堆積温度の上昇および前駆体濃度の増加により、基板上でのパーティクル欠陥の核生成および堆積、ひいては反応器壁部上での被覆積層物の増加が起こり、最終的にはＳｉＧｅ層の成長時に被覆物の剥がれが起こることが原因となっている。
【０００８】
上記の問題は、ゲルマンガスを前駆体として使用することによって悪化する。ゲルマンは、これに相応なシリコン前駆体（つまり、シランガスの分解温度は９００℃、ジクロロシランの分解温度は９５０℃）よりもずっと低い温度、すなわち６７５℃で分解する。したがって、堆積温度が少しでも増加すれば、堆積に使われるＧｅ原子の量は増加し、よって、反応器壁部の堆積物および基板上のパーティクル欠陥が増加する。ゲルマンの高温成長によって、茶色または黒色で部分的に不透明な被覆物が反応器の内側表面に形成される。典型的なランプ加熱製造ＣＶＤ反応器を用いる場合には、この被覆部物によって、ランプからの放射エネルギーの、石英の反応器壁部を介した基板への伝導が制限される。反応器、典型的には石英管でのこのような伝導損失によって、反応器の内側表面が７００℃を超える温度まで加熱され、そのため、さらに堆積物の堆積が進。これを検査しなければ、最終的には、反応器壁部の温度は、１０００℃にまで達し、この温度で、失透が起こる。反応器の被覆物も失透による生成物も、反応器壁部から剥がれ、基板上で堆積する。
【０００９】
最もよく用いられる緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層には、約１５％（ｘ＝０．１５）を超える原子Ｇｅ含有量が要求される。層中のＧｅ含有量を増加させるためには、ゲルマンの前駆体濃度を増加させる必要があるが、これにより、パーティクル欠陥生成は増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、ＳｉＧｅ層の堆積時、特に高いＧｅ含有量のＳｉＧｅ層におけるパーティクル欠陥生成を最小限化する、半導体基板上で緩和ＳｉＧｅ層を製造する方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題の解決手段の１つは、特にｘの値が０．１５より大きいＳｉ１−ｘＧｅｘ層を製造する場合、ガスの化学的性質に変化を加えることであり、これにより、反応器壁部上での堆積を減少させる。したがって、より高温で分解するゲルマニウム前駆体を使用することが望ましい。
【００１２】
ＳｉＧｅ層成長に関する主な問題は、ゲルマンガスの分解温度が低いことであるので、本発明は、ゲルマンより高い分解温度を有するゲルマニウム前駆体、例えばハロゲン化ゲルマニウムを使用する。この方法では、前駆体の堆積温度を、極めて高い成長速度を高い成長温度で達成しながらも、過剰な反応器の被覆物およびパーティクル欠陥の導入を最小限に抑えることのできるように最適化が行われるよう選択することができる。
【００１３】
ハロゲン化ゲルマニウムは、ＧｅＣｌ４またはＧｅＨＣｌ３またはＧｅＨ２Ｃｌ２のようなゲルマニウム−塩素を含有している物質、ＧｅＦ４のようなゲルマニウム−フッ素を含油している物質、ＧｅＢｒ４のようなゲルマニウム−臭素を含有している物質、ＧｅＩ４のようなゲルマニウム−ヨウ素を含有している物質、ならびにＧｅＡｔ４のようなゲルマニウム−アスタチンを含有している物質を含む。さらに、ゲルマンより高い分解温度を有する、上記のゲルマニウムのハロゲン化物の他のあらゆる組合せ、例えばＧｅＣｌＢｒ３、またはより一般には、ゲルマニウム−ハロゲン（１）ｘ−ハロゲン（２）ｙ［式中、ｘ＋ｙ＝４］をゲルマニウム前駆体として使用することができる。これらの前駆体は、ゲルマンとは異なり、８００℃を超える成長温度で厚い緩和ＳｉＧｅ層を成長させるために使用でき、これにより、過剰な反応器壁部の被覆物が生成されることもなく、パーティクル欠陥が形成されることもない。これらの前駆体は、気体状態または液体状態で使用することができる。液体状態の前駆体の場合には、典型的には、この液体に水素キャリアを泡立つように通し、その液体からの蒸気を反応器内へ導入する。よって、典型的には、この前駆体は、反応器内部では気体状態になっている。ハロゲン化ゲルマニウム前駆体は、典型的なあらゆるシリコン前駆体、例えばＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４と組み合わせることができる。この手段の別の利点は、高い成長温度によって緩和傾斜層内で小さな貫通転位密度が得られることである。したがって、異なるゲルマニウムの前駆体を使用することによって、緩和ＳｉＧｅ層中の欠陥密度が低減される。
【００１４】
一般に、一実施態様では、本発明は、傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を半導体材料上に堆積させる際のパーティクル欠陥生成を最小限にする方法を特徴としている。この方法は、Ｓｉ前駆体およびＧｅ前駆体を含む雰囲気中に基板を設け、この場合、このＧｅ前駆体（例えば、ハロゲン化ゲルマニウム）は、ゲルマンより高い分解温度を有しており、約０．１５より大きな最終Ｇｅ含有量および基板上での約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さなパーティクル密度を有する傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させることを含む。
【００１５】
本発明の前記態様は、約６００℃より高い温度で傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させることを含む。いくつかの態様では、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、８００℃を超える温度で堆積させる。さらに別の態様では、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、１０００℃を超える温度で堆積させ、好ましくは、１１００℃を超える温度で堆積させる。別の態様では、傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層は０．２より大きな最終Ｇｅ含有量を有している、つまりｘ＞０．２である。別の態様では、最終Ｇｅ含有量は、１．０に実質的に等しい。上述の方法を用いて形成される堆積Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層は、特定の成長条件下で０．３ミクロン／分を超える堆積速度で成長する。堆積速度は３．０ミクロン／分を超える場合もある。別の態様では、例えば直流（ＤＣ）で生成される低エネルギープラズマアーク放電を反応器中で利用し、これにより、反応速度、ひいてはＳｉ１−ｘＧｅｘ層の成長速度を増大させる。低エネルギープラズマ放電を容易にするために、ＡｒまたはＨ２のようなガスを使用することもできる。本発明を実施するのに役立つ低エネルギープラズマ反応器は、スイスのPfaeffikonに本社のあるUnaxisで製造されたCLUSTERLINE（登録商標）LEPを含む。
【００１６】
別の態様では、本発明は、傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を半導体材料上に堆積させる際のパーティクル欠陥生成を最小限にする方法に関し、この方法では、堆積またはエッチング反応の逆反応によって、分解が起こっている間に、望ましくない堆積物が反応チャンバの壁部から除去される。この方法は、Ｓｉ前駆体、Ｇｅ前駆体およびエッチャントガスを含む雰囲気中で基板を設けることを含む。反応器壁部の望ましくない堆積物の除去は、ハロゲン化物エッチャント種（例えば、ＧｅＣｌ４の分解から生成したＨＣｌ）を、ハロゲン化シリコン種またはハロゲン化ゲルマニウム種の分解による副生成物として導入することによって行われる。さらに、ハロゲン化水素によって、水素種のみを使用するよりずっと速い速度が得られる。別の態様では、エッチャントガス（例えば、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＦもしくはＨＩ、またはハロゲン化物のみ、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｆ２もしくはＩ２）を、共に吹き込むかまたは導入(つまり、エッチャントガスを少なくともＳｉＧｅの部分的な堆積中に存在させる）することができ、これにより、反応チャンバ壁部の望ましくない堆積物の蓄積が減少する。
【００１７】
別の態様では、本発明は、上記方法を用いて形成された半導体材料に関する。この半導体材料は、高温および高い堆積速度で形成されており、かつこの材料は高品質、つまり約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さな欠陥レベルおよび約１×１０６／ｃｍ２より小さな貫通転位密度を有するので、商業的に製造することが可能である。
【００１８】
別の態様では、本発明は、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４の雰囲気中に基板を設けるステップと、基板上にＳｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させるステップとを含む方法に関する。堆積されたＳｉ１−ｘＧｅｘ層では、ｘの値は０．０２以上であり、また、この層は、約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さなパーティクル密度を有している。
【００１９】
本発明を、好ましい例示的な実施態様に基づき、添付の図面と関連づけて、本発明のさらなる利点と共に以下の詳細な説明において記述する。
【００２０】
図面では、同様の参照符号は、一般的には、異なる図面においても同じ部材を表す。また、これらの図面は、必ずしも一定の比率で描かれているわけではなく、本発明の図示の理念に基づき誇張されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３およびＳｉＣｌ４についての、シリコン成長速度と温度との関係を示したアレニウスプロットである。
【図２Ａ】ＧｅＨ４についての、ＳｉＧｅ中の標準化されたゲルマニウム成長速度と温度との関係を示すアレニウスプロットである。
【図２Ｂ】ＳｉおよびＧｅ前駆体についての、計算された反応のギブス自由エネルギーと温度との関係を示すグラフである。
【図２Ｃ】いくつかのシリコン前駆体およびゲルマニウム前駆体の分解温度を示す表である。
【図３】本発明に基づいて緩和ＳｉＧｅ層を製造するために使用される反応器の一実施態様の概略図である。
【図４】傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積中のパーティクル生成を最小限にする方法の一実施態様のフローチャートである。
【図５Ａ】１０００℃、１．０×１０４Ｐａ（７５ｔｏｒｒ）およびＳｉＨ２Ｃｌ２が１００ｓｃｃｍで、研究用反応器で堆積させたＳｉＧｅの成長速度と、ＳｉＨ２Ｃｌ２に対するＧｅＣｌ４の質量比との関係を示す図である。
【図５Ｂ】１０００℃、１．０×１０４Ｐａ（７５ｔｏｒｒ）およびＳｉＨ２Ｃｌ２が１００ｓｃｃｍで、研究用反応器内で成長させたＳｉＧｅ中のＧｅの原子比率と、ＳｉＨ２Ｃｌ２に対するＧｅＣｌ４の質量比との関係を示す図である。
【図６Ａ】本発明によって形成された傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を含む基板の断面図である。傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最上部には緩和ＳｉＧｅキャップ層が設けられている。
【図６Ｂ】本発明によって形成された傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を含む基板の断面図である。傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最上部には緩和ＳｉＧｅキャップ層およびＧｅの薄い歪み半導体層が設けられている。
【図７】ＧｅＣｌ４をＧｅ前駆体として使用した場合の、達成可能なＳｉ成長速度および達成可能なＳｉ０．８Ｇｅ０．２の成長速度である。
【図８】方法半導体材料の堆積中のパーティクル生成を最小限にする方法の一態様のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に、様々なシリコン前駆体、ＳｉＨ４102、ＳｉＨ２Ｃｌ２104、ＳｉＨＣｌ３106およびＳｉＣｌ４108に対するシリコンの成長速度と温度との関係を表したグラフを示す。このグラフより、２つの明確な成長の型が分かる。低温では、成長速度は温度によって指数関数的に変化し、成長は反応速度によりもしくは速度論的に制限される。高温では、成長速度は温度にあまり依存せず、成長は物質輸送または拡散によって制限される。エピタキシャル層は、典型的には、成長中の温度変化の影響を最小限にするために、物質輸送制限型で形成される。
【００２３】
図１に示す２つの明確な成長の型の間には、遷移点110がある。各前駆体102、104、106および108に対してのこの遷移点に対応する温度は、分解温度、つまり前駆体がほぼ完全に分解する温度温度である。
【００２４】
ＳｉＨ４分子中のより多くの水素原子が塩素原子と置き換わると、前駆体の分解温度が高くなることが知られている。この効果は、前駆体の塩素含有量の増加に伴い、反応制限型の位置がより高温へシフトすることに反映されている。例えば、ＳｉＣｌ４108の物質輸送制限型は、ＳｉＨ４102と比較して２００℃だけより高温にシフトしている。したがって、ＳｉＣｌ４を使用した場合、エピタキシャル成長膜は、ＳｉＨ４を使用した場合よりはるかに高温で成長させることができ、同時に、パーティクル欠陥の形成および反応器壁部被覆への作用も回避される。さらに、極めて高い成長速度を、これらの塩素をベースとした前駆体の化学的性質を利用することによって、より高温で達成することができる。
【００２５】
シリコン前駆体については、堆積を行う圧力が大気圧から減圧へと変化すると、チャンバ被覆物が増加する傾向にあることも知られている。このことは、反応物質よりも気体生成物のモル数の方が大きいという分解反応に関する化学等式によって裏付けられている。この分解反応の特性（生成物より反応物の体積が大きい）により、低圧では、正反応、つまり生成反応が起こる。したがって、一般的に低圧では前駆体の分解温度は低くなり、この性質は、ゲルマニウム前駆体にも当てはまる。これにより、チャンバ被覆を低減するには大気圧での堆積が好ましい。
【００２６】
ＳｉＧｅ層を堆積させる従来技術における主な問題は、ゲルマンガスの分解温度が低いということであり、よって、本発明では、ゲルマンより分解温度の高いあらゆるゲルマニウム前駆体、例えばハロゲン化ゲルマニウム前駆体を使用する。シリコン系、クロロゲルマンおよび他のハロゲン化ゲルマニウムを使用して、粒子欠陥物の堆積量を増加させることなく、成長温度をゲルマン、ＧｅＨ４の成長温度から２００℃を超えて高くさせる。
【００２７】
図２Ａに、従来のＧｅ前駆体、ＧｅＨ４202を使用した場合の、温度とＳｉＧｅ中のＧｅの標準化された成長速度との関係を表すグラフを示す。図２Ａ、図２Ｂ、つまりいくつかのＳｉおよびＧｅ前駆体に対する、計算された反応のギブス自由エネルギーと温度との関係のグラフ、および塩素（ハロゲン化物）の含有量が増加すると分解温度が高くなることを示す図および図１を利用して、あらゆるハロゲン化ゲルマニウム前駆体の分解温度が、ゲルマン、ＧｅＨ４より著しくなることが予想される。例えば、図１は、分解温度、つまりＳｉＨ４102の遷移点110に対応する温度が９００℃であり、ＳｉＨ２Ｃｌ２104の分解温度が９５０℃であり、ＳｉＣｌ４108の分解温度が１１５０℃であることを示している。図２Ｂは、ＳｉＣｌ４204の計算されたギブス自由エネルギー曲線が、ＳｉＨ２Ｃｌ２206の計算されたギブスの自由エネルギー曲線より大きくなっていることを示し、さらにこのＳｉＨ２Ｃｌ２206の計算されたギブスの自由エネルギー曲線は、ＳｉＨ４208の計算されたギブスの自由エネルギー曲線より大きい。したがって、Ｇｅ前駆体もＳｉ前駆体と同様の傾向を示し、計算されたギブス自由エネルギー曲線がＧｅＨ４より大きいＧｅ前駆体の分解温度もＧｅＨ４より高いであろうことが予想される。
【００２８】
図２Ｂに示すように、ゲルマン、ＧｅＨ４210の反応のギブス自由エネルギーは最も低く、これは、図示の全てのＧｅ前駆体の中でゲルマンが最も低い温度で分解することを示している。ＧｅＣｌ４212、ＧｅＢｒ４214、ＧｅＦ４216およびＧｅＩ４218は、ＧｅＨ４210よりずっと高い分解温度を有している。したがって、前記のハロゲン化ゲルマニウムの高純度供給源をＧｅ前駆体として使用すると、６００℃を超える温度でＳｉＧｅを成長させ、反応器被覆は最小限にすることができる。このようにして、高温で極めて高い成長速度が得られるように、前駆体の分解温度を最適に選択することができる。例えば、分解温度がいずれも約９００℃を超えるＳｉ前駆体およびＧｅ前駆体を選択することによって、パーティクル欠陥生成を最小限にすることができる。選択されたＳｉおよびＧｅ前駆体ガスの両方がほぼ同じ高温で分解するとすれば、自由なＳｉおよびＧｅ原子のほとんどが反応し、加熱された基板上でエピタキシャルＳｉ１−ｘＧｅｘ層を形成するであろう。もしくは、選択された前駆体の分解温度が同じ範囲、つまり±２００℃内にない場合、より低い温度で分解した方の前駆体の自由な原子が、急速に表面上、例えば反応器壁部および基板上に堆積を始め、これはもう１つの前駆体が分解する前にパーティクル欠陥となる。
【００２９】
図２Ｃに、様々なＳｉ前駆体およびＧｅ前駆体に対する推定の分解温度を示す。最も簡単に入手可能なハロゲン化ゲルマニウム前駆体は、四塩化ゲルマニウム、ＧｅＣｌ４である。この前駆体は、ゲルマン、ＧｅＨ４とは異なり、８００℃を超える成長温度で、過剰な反応器被覆およびパーティクル欠陥の形成が起こることなく、厚い緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を成長させるために使用することができる。また、四塩化ゲルマニウムは、あらゆるＳｉ前駆体、例えばＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３およびＳｉＣｌ４と組み合わせることができ、これにより高品質のＳｉＧｅ層が形成される。しかし、本発明の好ましい実施態様では、ガスの分解温度の差が互いに２５℃以内であることが理由で、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４を使用していることを留意されたい。
【００３０】
本発明では、図３に示すＣＶＤ反応器300を使用して、半導体基板上に緩和ＳｉＧｅ層を形成する。このＣＶＤ反応器300は、石英管302、熱源304、前駆体ガスインレット306、サセプタ308、およびいくつかの態様では真空ポンプ310（点線で図示）を備えている。半導体材料上に緩和ＳｉＧｅ層を製造するために、シリコン基板311をサセプタ308上に配置する。次に、真空ポンプを作動させ、石英管302内のガスを連続的に排気し、堆積中の反応器300内の圧力を一定に（１．０１×１０５〜１．３３Ｐａ（７６０ｔｏｒｒ〜０．０１０ｔｏｒｒ））保つようにする。さらに、典型的には複数のタングステンハロゲンランプを含む熱源304を作動させ、Ｓｉ基板の温度を堆積温度（６００℃〜１２００℃）にまで上昇させる。Ｓｉ基板311が規定された堆積温度に到達すると、ゲルマンより分解温度の高いＳｉ前駆体312およびＧｅ前駆体314（例えば、ハロゲン化ゲルマニウム前駆体）をガスインレット306を通して反応器300内に導入させる。前駆体の濃度は、典型的には、前駆体タンクに接続された質量流量制御装置によって制御する。これらの前駆体312、314は、加熱されたシリコン基板311上を流れ、その上で堆積する。Ｇｅ含有量、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層のｘは、ＳｉおよびＧｅ前駆体の相対的な濃度によって制御される。いくつかの態様では、層全体で均一なＧｅ含有量を有しているＳｉＧｅ層がシリコン基板上で堆積されている。例えば、Ｓｉ０．９８Ｇｅ０．０２という均一な濃度を有している材料の層を、Ｓｉ基板311上に堆積させることができる。別の態様では、各層のＧｅ含有量、つまりｘが連続的に大きくなるように構成されている複数のＳｉ１−ｘＧｅｘ層をシリコン基板上に堆積させ、傾斜層を形成する。別の態様では、傾斜層のＧｅ含有プロファイルは、実質的に線形である（つまり、プロファイル中で個々の層が明確になっていない）。Ｇｅ含有量を段階的に増加させていくことによって、ＳｉとＧｅとの間の格子不整合によって生じる歪みが緩和され、これにより、堆積させた緩和ＳｉＧｅ層中の貫通転位密度は最小限になる。典型的には、傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層のＧｅ含有量は、１ミクロン当たり約２５％Ｇｅより小さな率で増加する。しかし、いくつかの態様では、その増加率は、１ミクロン当たり２５％Ｇｅより大きい。いずれの態様でも、本発明により可能となる高い処理温度によって、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最上表面と交差する貫通転位の密度が約ｌ×１０６／ｃｍ２より小さくなる。
【００３１】
上記方法を用いて堆積させた傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層に関しては、最終Ｇｅ含有量、つまり最終の堆積層のＧｅ含有量は１５％を超え、いくつかの態様では、最終Ｇｅ含有量は２０％を超える。別の態様では、Ｇｅ含有量は１００％に近くなっている。
【００３２】
図４に、本発明の方法の一態様のフローチャートを示す。詳細には、この方法400は、反応器、例えば図３に図示の反応器300内での半導体材料上への傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であり、少なくとも２つのステップを含む。まず、ステップ402に示すように、基板を、Ｓｉ前駆体およびＧｅ前駆体の両方を含む雰囲気中に設ける。Ｇｅ前駆体は、分解温度がゲルマンより高いあらゆるゲルマニウム源とする。一般には、例えばＧｅＣｌ４、ＧｅＨＣｌ３、ＧｅＨ２Ｃｌ２、ＧｅＢｒ４、ＧｅＩ４、ＧｅＦ４およびＧｅＡｔ４のようなハロゲン化ゲルマニウムは、ゲルマンより高い分解温度を有している。Ｓｉ前駆体は、典型的には、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４およびＳｉＨ４からなる群から選択される。しかし、約７００℃を超える分解温度を有するＳｉをベースとしたあらゆる前駆体をＳｉ前駆体として選択することができ、これは、場合によっては他のハロゲン化シリコン化合物を含む。
【００３３】
次に、ステップ404に示すように、最終Ｇｅ含有量が約１５％より大きく（つまりｘ＞０．１５）かつパーティクル欠陥密度が約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さい傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、基板上に堆積させる。Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層において小さなパーティクル欠陥密度および小さな最終Ｇｅ含有量が得られるのは、Ｇｅ前駆体としてハロゲン化ゲルマニウムを使用し、この選択されたハロゲン化ゲルマニウムの分解温度を特定のＳｉ前駆体に適合させることの利点を方法400が利用しているからである。例えば、図１および２を参照すると、傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、ＳｉＨ４およびＧｅＨ２Ｃｌ２の組合せを使用して、約６００℃を超える温度で、より好ましくは、約８００℃温度を超える温度で反応器300中で堆積させることができる。このような温度では、低エネルギープラズマを使用して、前駆体の熱分解を促進し、低温でより大きな成長速度を提供することができる。
【００３４】
傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の別の態様では、選択されたＳｉおよびＧｅ前駆体は、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４である。この態様では、約１０００℃より高い温度、好ましくは１０５０℃〜１１００℃の温度で堆積が起こる。ＳｉＨ２Ｃｌ２を、約１００ｓｃｃｍ以上の一定の流速で反応器300内へ導入する。ＧｅＣｌ４を、水素キャリアガスを使用して０から２５０ｓｃｃｍへ増加する流量で反応器内に導入し、約２０％の最終Ｇｅ含有量を有する、つまりｘ＝０．２の傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を形成する。いくつかの態様では、ＧｅＣｌ４を、水素キャリアガスを使用して０から３５０ｓｃｃｍへ増加する流量で反応器内へ導入し、約３０％の最終Ｇｅ含有量を有する、つまりｘ＝０．３の傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を形成する。
【００３５】
別の態様では、反応チャンバ壁部の堆積物を低いレベルに低減させるために堆積プロセスを大気圧で行う。これは、高圧ではシリコンおよびゲルマニウム前駆体が分解する傾向が小さいことを利用しするものである。
【００３６】
図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、１０００℃および１．０×１０４Ｐａ（７５ｔｏｒｒ）での研究用反応器系での実験によれば、ＳｉＨ２Ｃｌ２に対するＧｅＣｌ４の質量比の増加に伴い、ＳｉＧｅ層の成長速度が、Ｇｅ原子分率が約０．３の時には約０．２５ミクロン／分の成長速度にまで増加している。当分野の実用反応器系を用いた場合には、典型的には、研究用反応器系を用いた場合より大きな成長速度が得られるので、実用反応器系を用いた場合のＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４によるＳｉＧｅ層の堆積は、上記温度（１０００℃）および上記圧力（１．０×１０４Ｐａ（７５ｔｏｒｒ））では０．２５ミクロン／分より大きな成長速度で起こるだろうと考えられる。
【００３７】
図６Ａに、本発明により形成された傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層520を含むシリコン基板311の断面図を示す。傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層520の上には、実質的に緩和されたＳｉ１−ｙＧｅｙ層522が堆積している。この実施態様で示す層522は、傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最終Ｇｅ含有量にほぼ等しいＧｅ含有量ｙを有している。一般に、本発明により形成された緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層およびＳｉ１−ｙＧｅｙ層は、滑らかで、４０×４０ミクロン原子間力顕微鏡走査において５ｎｍより小さな表面粗さを有している。図６Ｂに示すようなさらに別の態様では、Ｇｅの薄い歪み半導体層524が、実質的に緩和されたＳｉ１−ｙＧｅｙ層上に堆積されている。別の態様では、この層524は、ＳｉまたはＳｉＧｅから形成されている。
【００３８】
ハロゲン化ゲルマニウムガス、例えばＧｅＣｌ４を使用して高温で膜を堆積することが可能になり、これにより、堆積された緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層内のパーティクル欠陥密度は、従来の方法を用いて同じ温度で形成したＳｉ１−ｘＧｅｘ層よりも小さくなる。例えば、本発明によって約１０００℃の温度で形成した緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層パーティクル欠陥レベルは、約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さく、従来の研究技術を用いて形成したＳｉ１−ｘＧｅｘ層（つまり、ＧｅＨ４ガスを使用し、最終Ｇｅ含有量は約１５％より小さい）のパーティクル欠陥密度は、０．６〜２パーティクル／ｃｍ２もしくはこれを超える。さらに、本発明により製造した緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層は、典型的には、０．１３ミクロンより大きな寸法（直径）のパーティクル欠陥に対して約０．３欠陥／ｃｍ２より小さな局所的光散乱欠陥レベル、０．１６ミクロンより大きな寸法をもつパーティクル欠陥に対して約０．２欠陥／ｃｍ２の欠陥レベル、０．２ミクロンより大きな寸法をもつパーティクル欠陥に対して約０．１欠陥／ｃｍ２の欠陥レベル、および１ミクロンより大きな寸法をもつパーティクル欠陥に対して約０．０３欠陥／ｃｍ２の欠陥レベルを有している。さらに、プロセスを最適化することによって、局所的光散乱欠陥レベルを、０．０９ミクロンより大きな寸法をもつパーティクル欠陥に対して約０．０９欠陥／ｃｍ２まで、また、０．１２ミクロンより大きな寸法をもつパーティクル欠陥に対して約０．０５欠陥／ｃｍ２まで減少させることができると考えられる。
【００３９】
したがって、分解温度がゲルマンよりも高いＧｅ前駆体（例えば、ハロゲン化ゲルマニウム前駆体）を使用することによって、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、高温で、しかも高い品質レベル、つまり高いＧｅ含有量、例えばｘ＞０．１５でも０．３パーティクル欠陥／ｃｍ２より小さなパーティクル欠陥密度を保ちながら製造することができる。さらに、約１０００℃を超える温度で堆積を行うので、０．１ミクロン／分より大きな成長速度を得ることができる。例えば、図７に、ＧｅＣｌ４および様々なシリコン前駆体を使用した堆積プロセスでの、達成可能なＳｉ成長速度およびこれに対応する推定の達成可能なＳｉ０．８Ｇｅ０．２の成長速度の表を示す。推定の達成可能なＳｉＧｅ成長速度は、以下の２つの式から計算されたより低い値を用いて計算される。
・ＲＳｉＧｅ≒ＦＧｅＲＧｅ＋ＦＳｉＲＳｉ 式１
・ＲＳｉＧｅ≒ＲＧｅ／ＦＧｅ 式２
式中、Ｒは成長速度であり、Ｆは原子分率である。様々なＳｉ前駆体に対するＳｉの成長速度（ＲＳｉ）の報告値を、図７の２番目の列に示す。ＧｅＣｌ４の成長速度（ＲＧｅ）は、０．７５ミクロン／分と推定され、この値は、ＳｉＨ４およびＳｉＨ２Ｃｌ２の分解温度および得られる成長速度の比較に基づいている。図７に示すように、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４を組合せた場合の達成可能な成長速度は、１．１ミクロン／分であり、ＳｉＨＣｌ３およびＧｅＣｌ４の組合せでは、３．８ミクロン／分である。これらの達成可能ないずれの成長速度によっても、製造時間を著しく短縮することができる。
【００４０】
パーティクルの堆積および反応器壁部の被覆が低減するので、本発明の製造時間は、さらに短縮される。典型的には、反応器300上の被覆が、１ミクロンより厚い厚みになると、石英管302の透過性は急速に低下し、これにより、温度上昇が起こり、最終的には失透が起こる。石英管302が剥がれ落ちて堆積中のＳｉ１−ｘＧｅｘ層520上に載ることをによる汚染を防ぐために、被覆が１ミクロン以上の厚みに達すると、石英管302を浄化して被覆を除去する。本発明においては、Ｇｅ前駆体（ハロゲン化ゲルマニウム）の分解温度がＳｉ前駆体の分解温度近くまで上昇することによって反応器の被覆が制限されるので、堆積時間は、壁部で被覆が成長するのにより長い時間、例えば１７５時間となり、よって、石英管302の浄化に費やす時間がより少なくなる。被覆が最小限となる別の要因は、前駆体のハロゲン成分から生じるエッチング作用によるものである。
【００４１】
ハロゲン化水素およびハロゲン化物ガスは、水素よりも著しく大きな速度でシリコンをエッチングするので、典型的にはこのようなガス（主としてＨＣｌ）が、石英の反応器壁部から被覆をエッチングするために使用される。同様に、ＳｉＧｅ堆積でのハロゲンを含有する副生成物もエッチング作用を促進するであろう。したがって、本発明の別の態様では、このエッチングによって、堆積を反応器内で行っている間に、石英壁部での望ましくない堆積物の蓄積が減少する。これは、ハロゲン化物エッチャント種（例えば、ＧｅＣｌ４の分解から生成するＨＣｌ）が、ハロゲン化シリコンまたはハロゲン化ゲルマニウム種の分解による副生成物として導入されることによって起こる。本発明の別の態様では、エッチャントガス（例えば、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＦもしくはＨＩ、ハロゲン化物のみＣ１２、Ｂｒ２、Ｆ２もしくはＩ２）を共に吹き込むまたは導入して、反応器チャンバの壁部、つまり、石英管302での望ましくない堆積物の蓄積を減少させる。例えば、ＨＣｌを、反応器内へ２ｓｌｍ（１分当たりの標準リットル）以下の流量で、ＳｉおよびＧｅ前駆体と共に吹き込むことができる。好ましい態様では、ＨＣｌを、０．５ｓｌｍ以下の流量で反応器内へ共に吹き込むことができる。また、エッチャントガスを共に吹き込むことは、ゲルマンガスをＧｅ前駆体として使用した場合には、反応器壁部の堆積物を減少させるために利用することさえでき、それというのは、ハロゲン化物源を含むエッチャントガスにより、水素を使用するよりも高い率で、望ましくない堆積物の蓄積の減少が可能となるからである。前記の共に吹き込む効果は、エッチャントガスを反応器の壁部に導入する場合、共に吹き込まれるガスの輸送を制御することができるので、エッチャントガスをＳｉおよびＧｅ前駆体の反応による導入よりも大きい。エッチャントガスが単に堆積の副生成物として生成する場合、堆積物をエッチングするにはサセプタ308から反応器302の壁部へと拡散しなければならない。このプロセスについての有用な見解の１つは、エッチング反応のギブス自由エネルギーが堆積プロセスのそれに比べて温度依存性がずっと小さく、そのため、壁部の温度がサセプタ308の温度より著しく低くても壁部でのエッチング速度が壁部で高く保たれる。
【００４２】
本発明は、高品質の緩和Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を製造するためにさらに最適化することができる。例えば、一態様では、サセプタ308を堆積中に回転させることができ、前駆体の減少を補償し、基板311全体にわたっての均一なＳｉ１−ｘＧｅｘの堆積が形成される。
【００４３】
図８を参照すると、本発明は、均一なＧｅ含有量および小さなパーティクル欠陥密度を有するＳｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積する方法700も提供している。詳細には、方法700は２つのステップ702および704を含む。まず、ステップ702に基づいて、基板をＳｉＨ２Ｃ１２およびＧｅＣｌ４の雰囲気を含む反応器内に配置する。続いて、ステップ704に示すように、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を基板上に堆積させる。堆積したＳｉ１−ｘＧｅｘ層においては、ｘの値は小さくとも０．０２であり、パーティクル欠陥密度は、約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さい。方法700を用いて堆積させたＳｉ１−ｘＧｅｘ層中で見られるパーティクル欠陥密度が小さいのは、共に約７００℃を超える分解温度を有しかつそれらが最適に適合している、つまり互いの分解温度の差が２５℃であるようなＳｉおよびＧｅ前駆体を使用することによる。
【００４４】
方法700を用いることにより、０．３パーティクル／ｃｍ２未満のパーティクル欠陥密度を有する均一なＳｉ１−ｘＧｅｘ層を、基板基板上に堆積させることができる。例えば、約１００ｓｃｃｍの流量でＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを、および２５ｓｃｃｍの一定流量で水素キャリアガス内でＧｅＣｌ４ガスを反応器300内に導入することによって、Ｓｉ０．９８Ｇｅ０．０２層をＳｉウェハ上に形成することができる。Ｓｉ０．９８Ｇｅ０．０２層は、６００℃を超える温度で、好ましくは１１００℃を超える温度で堆積する。
【００４５】
以上、本発明を、特に特定の好ましい態様を用いて例示し説明したが、添付の特許請求の範囲に規定された本発明の思想および範囲から逸脱することがなければ、実施形態の様々な変更および詳細が可能であることは、当業者によって理解されるべきことである。
【００４６】
なお、本発明の有利な態様は次の通りである。
１．反応器内での半導体材料上への傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であって、
（ａ）Ｓｉ前駆体と、分解温度がゲルマンより高いＧｅ前駆体とを含む雰囲気中に基板を設けるステップと、
（ｂ）基板上に、ｘが約０．１５より大きな最終Ｇｅ含有量を有しておりかつパーティクル密度が約０．３パーティクル／ｃｍ２未満である傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させるステップと
を含む方法。
２．前記Ｇｅ前駆体がハロゲン化ゲルマニウムを含む、上項１に記載の方法。
３．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を約６００℃を超える温度で堆積させる、上項１に記載の方法
４．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を約８００℃を超える温度で堆積させる、上項１に記載の方法。
５．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を約１０００℃を超える温度で堆積させる、上項１に記載の方法。
６．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を約１１００℃を超える温度で堆積させる、上項１に記載の方法。
７．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最終Ｇｅ含有量が、ｘ≧０．２０であるｘの値を有する、上項１に記載の方法。
８．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最終Ｇｅ含有量が、実質的に１．０にひとしいｘ値を有する、上項１に記載の方法。
９．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層上に、実質的に緩和されたＳｉ１−ｙＧｅｙ層を設けるステップであって、ｙが傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最終Ｇｅ含有量にほぼ等しくなっているステップをさらに含む、上項１に記載の方法。
１０．前記傾斜Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層上に、薄い歪み半導体層を設けることをさらに含む、上項９に記載の方法。
１１．前記薄い歪み半導体層が、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅからなる群から選択される、上項１０に記載の方法。
１２．前記Ｇｅ含有量が、１ミクロン当たり約２５％より小さい率で増加していて、これにより、前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の表面を横切る貫通転位密度が約１×１０６／ｃｍ２未満となっている、上項１に記載の方法。
１３．前記Ｇｅ含有量が、１ミクロン当たり約２５％より大きい率で増加していて、これにより、前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の表面を横切る貫通転位密度が、約１×ｌ０６／ｃｍ２未満となっている、上項１に記載の方法。
１４．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積速度が、１分当たり約０．３ミクロンより大きい、上項１に記載の方法。
１５．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積速度が、１分当たり約１ミクロンより大きい、上項１に記載の方法。
１６．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積速度が、１分当たり約３ミクロンより大きい、上項１に記載の方法。
１７．前記Ｇｅ前駆体が、ＧｅＣｌ４、ＧｅＨＣｌ３およびＧｅＨ２Ｃ１２からなる群から選択される、上項２に記載の方法。
１８．前記Ｓｉ前駆体が、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ４およびＳｉＣｌ４からなる群から選択される、上項１に記載の方法。
１９．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積中に、基板を回転させることをさらに含む、上項１に記載の方法。
２０．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、４０×４０ミクロン走査で、約５ｎｍ未満の表面粗さを有するように堆積させることをさらに含む、上項１に記載の方法。
２１．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を約１．０１×１０５〜約１．３３Ｐａ（７６０ｔｏｒｒ〜０．０１０ｔｏｒｒ）の圧力で堆積させることをさらに含む、上項１に記載の方法。
２２．前記ステップ（ｂ）が、
前記基板上に傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積する場合、反応器内の内側表面での厚みが約１ミクロンより大きな被覆部の堆積を防止し、当該Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層が、ｘが０．１５より大きな最終Ｇｅ含有量を有し、かつ約０．３パーティクル／ｃｍ２未満のパーティクル密度を有していることを含む、上項２２に記載の方法。
２３．反応器内での半導体材料上への傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であって、
（ａ）Ｓｉ前駆体、Ｇｅ前駆体およびエッチャントガスを含む雰囲気中に基板を設けるステップであって、エッチャントガスが、ハロゲン化物源を含み、かつ反応器壁部への堆積物の蓄積を減少させるステップと、
（ｂ）基板上に傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させるステップであって、該Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層が、ｘが約０．１５より大きな最終Ｇｅ含有量を有しており、約０．３パーティクル／ｃｍ２より小さなパーティクル密度を有している、方法。
２４．前記エッチャントガスが、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＦ、ＨＩ、Ｃ１２、Ｂｒ２、Ｆ２およびＩ２からなる群から選択される、上項２３に記載の方法。
２５．上項１に記載の方法によって形成された半導体材料。
２６．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層が、約０．３欠陥／ｃｍ２より小さな局所的光散乱欠陥レベルを有しており、該パーティクル欠陥が、約０．１３ミクロンより大きな寸法を有している、上項２５に記載の半導体材料。
２７．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層が、約０．２欠陥／ｃｍ２より小さな局所的光散乱欠陥レベルを有しており、該パーティクル欠陥が、約０．１６ミクロンより大きな寸法を有している、上項２５に記載の半導体材料。
２８．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層が、約０．１欠陥／ｃｍ２より小さな局所的光散乱欠陥レベルを有しており、該パーティクル欠陥が、約０．１ミクロンより大きな寸法を有している、上項２５に記載の半導体材料。
２９．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層が、約０．０３欠陥／ｃｍ２より小さな局所的光散乱欠陥レベルを有しており、該パーティクル欠陥が、約１ミクロンより大きな寸法を有している、上項２５に記載の半導体材料。
３０．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層内の各層が、基板を通して実質的に均一な組成を有している、上項２５に記載の半導体材料。
３１．半導体材料の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であって、
（ａ）ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４を含む雰囲気中に基板を設けるステップと、
（ｂ）基板上にｘ≧０．０２であるＳｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させるステップであって、該Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層のパーティクル密度が、約０．３パーティクル／ｃｍ２未満であるステップと
を含む、方法。
３２．追加のＳｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させることをさらに含み、続いて堆積させたＳｉ１−ｘＧｅｘ層のＧｅ含有量が増加している、上項３１に記載の方法。
３３．前記の続いて堆積させたＳｉ１−ｘＧｅｘ層が、パーティクル密度が約０．３パーティクル／ｃｍ２未満である傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を含む、上項３２に記載の方法。
３４．前記Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、約６００℃を超える温度で堆積させる、上項３１に記載の方法。
３５．前記Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、約１１００℃を超える温度で堆積させる、上項３１に記載の方法。
３６．前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最終Ｇｅ含有量が、ｘ＞０．２０となる値を有している、上項３３に記載の方法。
３７．傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層上に設けられた薄い歪み半導体層を設けることをさらに含む、上項３３に記載の方法。
３８．前記薄い歪み半導体層が、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅからなる群から選択される、上項３７に記載の方法。
３９．前記Ｇｅ含有量が、１ミクロン当たり約２５％より大きな率で増加しており、これにより、前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の表面を横切る貫通転位密度が約１×１０６／ｃｍ２未満となる、上項３９に記載の方法。
４０．前記Ｇｅ含有量が、１ミクロン当たり約２５％より小さな率で増加しており、これにより、前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の表面を横切る貫通転位密度が約１×１０６／ｃｍ２未満となる、上項３３に記載の方法。
４１．前記Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積速度が、１分当たり約０．３ミクロンより大きい、上項３１に記載の方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であって、
（ａ）ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４を含む雰囲気中に基板を設けるステップと、
（ｂ）基板上にｘ≧０．０２であるＳｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させるステップであって、該Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層のパーティクル密度が、約０．３パーティクル／ｃｍ２未満であるステップと
を含む、方法。
【請求項２】
追加のＳｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させることをさらに含み、続いて堆積させたＳｉ１−ｘＧｅｘ層のＧｅ含有量が増加している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記の続いて堆積させたＳｉ１−ｘＧｅｘ層が、パーティクル密度が約０．３パーティクル／ｃｍ２未満である傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、約６００℃を超える温度で堆積させる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、約１１００℃を超える温度で堆積させる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最終Ｇｅ含有量が、ｘ＞０．２０となる値を有している、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層上に設けられた薄い歪み半導体層を設けることをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記薄い歪み半導体層が、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅからなる群から選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記Ｇｅ含有量が、１ミクロン当たり約２５％より大きな率で増加しており、これにより、前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の表面を横切る貫通転位密度が約１×１０６／ｃｍ２未満となる、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｇｅ含有量が、１ミクロン当たり約２５％より小さな率で増加しており、これにより、前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の表面を横切る貫通転位密度が約１×１０６／ｃｍ２未満となる、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積速度が、１分当たり約０．３ミクロンより大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項１】
半導体材料の堆積中のパーティクル生成を最小限化する方法であって、
（ａ）ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＧｅＣｌ４を含む雰囲気中に基板を設けるステップと、
（ｂ）基板上にｘ≧０．０２であるＳｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させるステップであって、該Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層のパーティクル密度が、約０．３パーティクル／ｃｍ２未満であるステップと
を含む、方法。
【請求項２】
追加のＳｉ１−ｘＧｅｘ層を堆積させることをさらに含み、続いて堆積させたＳｉ１−ｘＧｅｘ層のＧｅ含有量が増加している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記の続いて堆積させたＳｉ１−ｘＧｅｘ層が、パーティクル密度が約０．３パーティクル／ｃｍ２未満である傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、約６００℃を超える温度で堆積させる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を、約１１００℃を超える温度で堆積させる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の最終Ｇｅ含有量が、ｘ＞０．２０となる値を有している、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層上に設けられた薄い歪み半導体層を設けることをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記薄い歪み半導体層が、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅからなる群から選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記Ｇｅ含有量が、１ミクロン当たり約２５％より大きな率で増加しており、これにより、前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の表面を横切る貫通転位密度が約１×１０６／ｃｍ２未満となる、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｇｅ含有量が、１ミクロン当たり約２５％より小さな率で増加しており、これにより、前記傾斜Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の表面を横切る貫通転位密度が約１×１０６／ｃｍ２未満となる、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の堆積速度が、１分当たり約０．３ミクロンより大きい、請求項１に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２２３０２０（Ｐ２０１１−２２３０２０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２９１５（Ｐ２０１１−１３２９１５）
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【分割の表示】特願２００６−５０７２１６（Ｐ２００６−５０７２１６）の分割
【原出願日】平成１６年３月１５日（２００４．３．１５）
【出願人】（５００２６２０３８）台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司 (198)
【氏名又は名称原語表記】Ｔａｉｗａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】８，Ｌｉ−Ｈｓｉｎ Ｒｄ．６，Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ ３００−７７，Ｒ．Ｏ．Ｃ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【分割の表示】特願２００６−５０７２１６（Ｐ２００６−５０７２１６）の分割
【原出願日】平成１６年３月１５日（２００４．３．１５）
【出願人】（５００２６２０３８）台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司 (198)
【氏名又は名称原語表記】Ｔａｉｗａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】８，Ｌｉ−Ｈｓｉｎ Ｒｄ．６，Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ ３００−７７，Ｒ．Ｏ．Ｃ．
【Ｆターム（参考）】
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