用于應變硅和化合物半導體的鍺前驅物
摘要 隨著Ge重要性的提高,需要尋找比GeH4更適用的前驅物。本文對用于應變Si和化合物半導體集成電路的兩種新型Ge前驅物的品質特性進行了探討。
當集成度不斷增加,鍺也變得日益重要。
由于Si工業(yè)正在尋找新型方法和材料,以保持微電子器件快速增長的步伐,應變和晶格工程變得至關重要�？梢圆捎�多種方法使Si產(chǎn)生應變,其中包括使用外延生長SiGe的方法。1 使用外延工藝產(chǎn)生應變的各種方法之間存在很大的差異,這些差異主要取決于需要加工的晶圓的熱預算對生長設備的限制。由此可見,主要差異在于生長溫度。
對于外延膜的局部應用來說,希望實現(xiàn)區(qū)域的選擇性,且可以通過在適中的生長溫度下使用含有鹵素的前驅物得到極大地增強。對于覆蓋式淀積,要求具有高生長速率和完美的晶體質量,通�？梢酝ㄟ^高生長溫度得以實現(xiàn)。到目前為止,所有含Ge的薄膜均使用GeH4生長。這主要是由于GeH4具有適合于BiCMOS中SiGe HBT基區(qū)層的理想的淀積溫度,這是SiGe最初始的應用。然而,新型SiGe薄膜要求使用新型工藝,GeH4不是最佳匹配材料,要求使用更加適合的Ge前驅物（圖1）。
國際半導體技術藍圖(ITRS)預測,除了應變Si,未來的III-V族化合物半導體器件還將與Si襯底相集成。為了在Si襯底上集成這些半導體器件,需要設計使Si晶格常數(shù)向III-V族半導體晶格常數(shù)轉變。這時我們希望Ge再次發(fā)揮重要的作用。為了拓展新的工藝方法,我們開發(fā)并測試了幾種新型Ge前驅物,用于改進薄膜生長或用于生長新型薄膜。通過對不同配位體進行精心的選擇,新型Ge前驅物平衡了某種工藝的淀積和去除速率,可以與Si外延中廣泛應用的氯硅烷系列產(chǎn)品相媲美。氯鍺烷不同于氯硅烷,因為只有GeH4和GeCl4做外延前驅物比較穩(wěn)定。在這一工藝中,生長設備面臨著溫度范圍的差別。GeH4通常在400-700℃下正常工作,而GeCl4在低于850℃時不能被有效激活。為了消除這一溫差,我們目前又增加了兩種新型Ge前驅物。
一種新型前驅物是(CH3)GeCl3,作為應變Si襯底的高溫生長SiGe模板。分子在750℃以上被激活。圖2表示使用(CH3)GeCl3和TCS在1000℃常壓下生長的外延膜的SIMS結果。通過與GeH4比較,我們觀察到更陡峭的界面和更平滑的梯度斜坡。反應器側壁上的淀積大大地減少,這可能是增加了Cl含量的結果。側壁淀積減少可減少維護并降低成本。與使用GeH4優(yōu)化工藝生長的薄膜相比,此時的堆積和位錯密度均有所下降。
另一種新型前驅物是(H9C4)GeH3,適用于純Ge膜或含Ge膜的低溫生長。(H9C4)GeH3是一種液體,且比GeH4的毒性小得多。圖3表示在降低壓力條件下500℃時薄膜生長的SIMS結果。雖然襯底和外延膜交界處的氧和碳的濃度很高,但在薄膜中濃度又下降到其檢測范圍內。
隨著更多的材料與Si基電子器件集成技術的不斷進步,作為關鍵元素,Ge的重要性在不斷增加。它的主要作用在于帶隙和應變工程,從而實現(xiàn)所需的功能性。使用化學汽相淀積(CVD)法制作所需的各類薄膜。新材料和Si的每一次結合都要求對工藝進行優(yōu)化,只有使用專門的Ge前驅物才能實現(xiàn)。
