JP2012169596A - 半導体材料の選択堆積方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンやゲルマニウムのようなＩＶ族半導体材料を、半導体表面上に、絶縁表面上への堆積無しに選択的に堆積する方法を提供する。
【解決手段】半導体プロセスで半導体材料の選択成長を行う方法が、第１領域１１と第２領域１２とを含むパターニングされた基板１０を提供する工程を含み、第１領域１１は露出した第１半導体材料を含み、第２領域１２は露出した絶縁材料を含む。この方法は、更に、第２半導体材料の前駆体、Ｃｌ化合物とは応性しないキャリアガス、および錫テトラクロライド（ＳｎＣｌ_４）を供給することにより、第１領域の第１半導体材料の上に第２半導体材料の膜を選択的に形成する工程を含む。錫テトラクロライドは、第２領域の絶縁材料上への第２半導体材料の堆積を阻害する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体プロセスにおける半導体材料の堆積に関する。特に、本発明は、ＩＶ族半導体材料の選択堆積に関する。

シリコンやゲルマニウムのようなＩＶ族半導体材料を、半導体表面上に、絶縁表面上への堆積無しに選択的に堆積できることがしばしば望まれる。

例えば、先端の相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）トランジスタが、しばしば選択堆積技術を用いて作製され、この技術は、一般には高くなったソース／ドレイン構造として知られるトランジスタの活性領域上にのみ単結晶の半導体膜をエピタキシャル成長させるものである。

一般的に、選択堆積は、異なる材料上への堆積中の、異なる核生成を利用する。選択された前駆体は、一の表面上でより速く、他の表面ではより遅く核生成および成長する傾向を有する。

核生成の段階の初期において、絶縁材料（例えば酸化物）上の不連続な膜は、半導体材料（例えばシリコン）上の統合し連続した膜に比較して、大きく露出した表面領域を有する。

このように、最先端の選択堆積方法は、選択性を得るために、（ジクロロシランのような）塩素含有前駆体の使用、または堆積プロセス中のリアクタ中でのＨＣｌの供給、または双方の組み合わせを報告する。（ジクロロシランのような）塩素化前駆体または（ＨＣｌやＣｌ_２のような）エッチャントが、半導体材料上での速い核生成膜に比較して、絶縁材料上での乏しい核生成膜を更に抑制するために、しばしば使用される。ＧｅＨ_４を用いたゲルマニウム成長は、Ｈ_２がキャリアガスとして使用された場合、ＨＣｌの追加の必要なく選択的である。

広く使用されるシラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、およびトリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）のようなシリコン前駆体の欠点は、これらは酸化物や窒化物のような絶縁材料に対して選択的でなく、シリコン成長が、露出した半導体材料と絶縁材料の双方の上で生じることである。

一般に、選択堆積プロセスは、半導体材料により覆われた領域上でもっとも高い堆積速度となり、一方、絶縁材料で覆われた領域上では、堆積されずまたは実質的に堆積されないように調整される。

先端デバイスの製造は、しばしば選択堆積工程のために、温度量の低減を必要とする。この新しい束縛の下では、熱活性プロセスに基づく公知の選択成長方法は、低温での許容できないような低い堆積速度を考えると、もはや実行できない。

ジクロロシラン（Ｓｉ_２Ｈ_２Ｃｌ_２、ＤＣＳ）の使用またはＨＣｌの添加は、堆積を選択的にする。しかしながら、ＤＣＳやＨＣｌは、５００℃より低温では分解しない。それゆえに、５００℃より低い成長温度では、選択性も、単純な成長も、まったく観察されない。特に、ジクロロシランの場合、低い反応温度ではＣｌは脱着できないため、Ｓｉの１モノレイヤが成長され、続いて反応（成長）は停止する。

シリコン領域とシリコン酸化物領域とを含む、パターニングされた半導体基板上のゲルマニウム成長の場合、ゲルマン（ＧｅＨ_４）が前駆体として使用され、水素（Ｈ_２）が堆積チャンバ中でキャリアガスとして使用されることにより、成長が選択的になることが知られている。しかしながら、ゲルマンが分解されないため、ＧｅＨ_４とキャリアガスとしてＨ_２を用いた３５０℃より低い温度でのゲルマニウム成長は不可能である。

Ｈ_２またはＮ_２中のジゲルマン（Ｇｅ_２Ｈ_６）は、３５０℃より低い温度で分解し、ゲルマニウムの成長を許容するが、成長は酸化物に対して選択的ではなく、大気圧までのリアクタ中で全ての圧力に対して、成長温度に依存して少なくとも約１０ｍＴｏｒｒより高い、または約２０ｍＴｏｒｒより高いジゲルマンの分圧に対して選択的でない。この欠点は、図２Ａの比較テストに示される。

ＧｅがＩｎＧａＡｓ上に成長され、窒化物のスペーサが用いられた場合、選択性の全体の損失は、Ｇｅ成長で観察された。この場合、表面から窒化物スペーサ中へのＩｎのアウトでディフュージョンは、Ｇｅのためのシード層を形成し、選択性を不可能にする。これは、図３Ａの比較テストに示される。

多くの産業的応用のために、半導体の選択成長はかなり商業的に重要であるにもかかわらず、選択性に関する問題が、このように公知のプロセスで発生する。

このように、半導体表面上に半導体膜を選択的に堆積させるための、改良された方法が必要である。

特に例えば６５０℃より低い温度、または５００℃より低い温度のような低温プロセス温度で、半導体材料の選択堆積のための方法を提供し、従来技術の方法が遭遇する問題を克服することが、本発明の具体例の目的である。

上記目的は、本発明の具体例にかかる方法により達成される。

本発明の具体例では、第１半導体材料の上に第２半導体材料を選択的に堆積する方法が記載される。この方法は、少なくとも第１領域と第２領域とを含む、パターニングされた基板を提供する工程を含み、第１領域は露出した第１半導体材料を含み、第２領域は露出した絶縁材料を含む。この方法は、更に、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ中にパターニングされた基板を挿入し、第２半導体材料の前駆体、Ｃｌ化合物とは非反応性のキャリアガス、およびＣｌ前駆体としての錫テトラクロライド（ＳｎＣｌ_４）をチャンバ中に供給することにより、第１領域の露出した第１半導体材料の上に第２半導体材料を含む膜を選択的に形成する工程を含む。錫テトラクロライドは、第２領域上への第２半導体材料の堆積を阻害する。

いくつかの具体例では、膜を選択的に形成する工程は、６５０℃より低い温度、または５００℃より低い温度、特に３５０℃より低い温度で、膜を堆積する工程を含む。

いくつかの具体例では、第２半導体材料の前駆体を提供する工程は、ＩＶ族元素またはＩＶ族元素の合金の前駆体を提供する工程を含んでも良い。堆積される第２半導体材料の膜は、ＩＶ族元素またはＩＶ族元素の合金の膜である。

いくつかの具体例では、絶縁材料は、ＩＶ族元素の酸化物、ＩＶ族元素の窒化物、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される。

いくつかの具体例では、第１半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む。

いくつかの具体例では、第２半導体材料はシリコンを含む。そのような具体例では、前駆体は、例えばシラン（ＳｉＨ_４）のようなシリコン含有前駆体である。他の具体例では、第２半導体材料はゲルマニウムを含む。それらの具体例では、膜を選択的に堆積する工程は、３５０℃より低い温度で行われても良い。それらの具体例では、前駆体はゲルマニウム含有前駆体である。特別な具体例では、前駆体は例えば分圧が１０ｍＴｏｒｒより高いジゲルマンである。

いくつかの具体例では、第１半導体材料は、２元または３元のＩＩＩ−Ｖ化合物を含む。ＩＩＩ−Ｖ化合物は、ＩＩＩ−アンチモン化物、ＩＩＩ−砒化物、ＩＩＩ−リン化物、およびそれらのいずれかの組み合わせからなるグループから選択される。

第１領域の半導体材料の上に第２半導体材料を選択的に形成する本発明の具体例にかかる方法は、キャリアガスを提供する工程を含み、Ｃｌ化合物とは反応しない第１キャリアガスとしてキャリアガスを選択する工程を含んでも良い。第１キャリアガスは、例えばＮ_２または不活性ガス（例えば希ガス）でも良い。

いくつかの具体例では、本方法は更に、第１領域の第１半導体材料の上に第２半導体材料の膜を選択的に形成する工程の後に、Ｃｌ化合物と反応するＨ_２のような第２キャリアガスで第１キャリアガスを置き換えることにより、第１領域および第２領域の上に、第２半導体材料の膜を非選択的に堆積する工程を含む。選択形成、非選択堆積、および双方の間に、パターニングされた基板は反応チャンバ中に保持されても良い。また、非選択堆積中に、第２半導体材料の前駆体および錫テトラクロライド（ＳｎＣｌ_４）が、更にチャンバ中に供給されても良い。

いくつかの具体例では、第２半導体材料の膜の選択堆積と共に、ドーパント前駆体が堆積チャンバ中に供給されても良い。

本発明の特別で好適な形態は、添付の独立請求項および従属請求項に表される。従属請求項の特徴は、必要に応じて独立請求項の特徴や他の従属請求項の特徴と組み合わせても良く、単に請求項に明示的に記載された通りではない。

従来技術を超えて達成される発明と長所を要約する目的で、本発明の所定の目的と長所が上のようにここで記載された。

もちろん、そのような目的や長所の全てが、本発明の特別な具体例を達成するために必要なわけではないことが理解される。

このように、例えばここで教示または示唆された他の目的または長所を達成する必要なしに、ここで教示された１つの長所または長所のグループの達成または最適化を行う方法で、本発明が具体化または実施できることを、当業者は認識するであろう。

本発明の上記および他の形態は、以降に記載される具体例から明らかになり、明確になるであろう。

本発明は、添付の図面を参照しながら、例示の方法で記載される。

露出した半導体材料を含む第１領域と、露出した絶縁材料を含む第２領域とを含むパターニングされた基板を示し、露出した半導体材料の上に半導体材料を選択堆積するために、本発明の具体例で使用される例示の基板である。 シリコン領域（第１領域）およびシリコン酸化物領域（第２領域）を含むパターニングされた基板上へのゲルマニウムの堆積を示し、リアクタ中で、３２０℃および大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）で、２５０ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６を用いた非選択的Ｇｅ堆積を含む。 シリコン領域（第１領域）およびシリコン酸化物領域（第２領域）を含むパターニングされた基板上へのゲルマニウムの堆積を示し、リアクタ中で、３２０℃および大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）で、２５０ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６と２０ｓｃｃｍのＳｎＣｌ_４、キャリアガスとしてのＮ_２を用いた、本発明の具体例にかかるシリコン上への選択Ｇｅ堆積（シリコン酸化物上への堆積無し）を含む。 ＩｎＧａＡｓ（第１領域）とシリコン窒化物（スペーサ）領域（第２領域）とを含むパターニングされた基板上へのゲルマニウム堆積を示し、リアクタ中で、３００℃および１０Ｔｏｒｒで、２００ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６を用いた非選択的Ｇｅ堆積を含む。 ＩｎＧａＡｓ（第１領域）とシリコン窒化物（スペーサ）領域（第２領域）とを含むパターニングされた基板上へのゲルマニウム堆積を示し、リアクタ中で、３００℃および１０Ｔｏｒｒで、２００ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６と１０ｓｃｃｍのＳｎＣｌ_４を用いた、本発明の具体例にかかる選択Ｇｅ堆積（シリコン窒化物上への堆積無し）を含む。

図面は単に模式的であり、限定的ではない。図面において、いくつかの要素の大きさは図示目的で拡大され、縮尺どおりには描かれない。寸法と相対寸法とは、本発明の実施に対する実際の縮小に対応する必要は無い

異なる図面において、同一の参照符号は、同一または類似の要素を示す。請求項中の参照符号は、範囲を限定するものと解釈すべきではない。

本発明は、特定の具体例に関して、所定の図面を参照しながら説明されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、請求の範囲によってのみ限定される。

説明や請求の範囲中の、第１、第２等の用語は、類似の要素の間で区別するために使用され、順序や他の方法で、一時的、空間的なシーケンスを表す必要はない。そのように使用される用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された発明の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる他のシーケンスによっても操作できることを理解すべきである。

また、説明や請求の範囲中の、上、下、上に、下に、等の用語は、記載目的のために使用され、相対的な位置を示すものではない。そのように使用される用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された発明は、ここに記載や図示されたものと異なる位置でも操作できることを理解すべきである。

また、請求の範囲で使用される「含む（comprising）」の用語は、それ以降に示される手段に限定して解釈されるべきではなく、他の要素や工程を排除しない。このように、言及された特徴、数字、工程、または成分の存在は、述べられたように解釈されるべきであり、１またはそれ以上の他の特徴、数字、工程、または成分、またはそれらのグループの存在や追加を排除するものではない。このように、「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の表現の範囲は、構成要素ＡとＢのみを含むデバイスに限定されるべきではない。本発明では、単にデバイスに関連した構成要素がＡとＢであることを意味する。

この明細書を通じて参照される「一の具体例（one embodiment）」または「具体例（an embodiment）」は、この具体例に関係して記載された特定の長所、構造、または特徴は、本発明の少なくとも１つの具体例に含まれることを意味する。このように、この明細書を通して多くの場所の「一の具体例（one embodiment）」または「具体例（an embodiment）」の語句の表現は、同じ具体例を表す必要はなく、表しても構わない。更に、特定の長所、構造、または特徴は、この記載から当業者に明らかなように、１またはそれ以上の具体例中で適当な方法で組み合わせることができる。

同様に、本発明の例示の具体例の記載中において、能率的に開示し、多くの発明の形態の１またはそれ以上の理解を助ける目的で、本発明の多くの長所は、時には１つの具体例、図面、またはその記載中にまとめられることを評価すべきである。しかしながら、この開示の方法は、請求される発明がそれぞれの請求項に記載されたものより多くの特徴を必要とすることを意図して表されていると解釈すべきではない。むしろ、以下の請求項が表すように、発明の態様は、１つの記載された具体例の全ての長所より少なくなる。このように詳細な説明に続く請求の範囲は、これにより詳細な説明中に明確に含まれ、それぞれの請求項は、この発明の別々の具体例としてそれ自身で成立する。

更に、ここで記載された幾つかの具体例は幾つかの特徴で、他の具体例に含まれる以外の特徴を含み、異なった具体例の長所の組み合わせは、本発明の範囲に入ることを意味し、当業者に理解されるように異なった具体例を形成する。例えば、以下の請求の範囲では、請求された具体例のいくつかは、他の組み合わせにおいても使用することができる。

特定の用語の使用が本発明の所定の特徴や形態を表す場合、その用語が関連する本発明の特徴や形態に特定の特徴を含むように、その用語がここで再定義されることを暗示すると取るべきではない。

本発明の文脈では、前駆体は、他の化合物を製造する化学反応に関係する化合物であり、これにより少なくとも前駆体の一部は反応後に他の化合物の一部を形成する。特に本発明の文脈では、化学反応は、半導体材料膜または層を堆積するための堆積反応である。

本発明の文脈では、シングルソース前駆体が前駆体であり、他の化合物に必要とされる全ての元素がこのシングルソース前駆体中で提供される。

本発明の文脈では、キャリアガスは、半導体材料の前駆体と錫テトラクロライドを、化学気相堆積チャンバ中に運ぶガス流である。キャリアガスは不活性ガスでも良く、即ち化学気相堆積チャンバ中で他の成分と非反応のガスである。不活性ガスは、希ガスの場合は元素状態でも良く、または化合物ガスも良い。本発明の具体例では、不活性ガスは、それらが機能的に不活性なために、化学気相堆積チャンバの特定の操作のセッティングのために、特に選択される。

ここで提供された説明では、多くの特定の細部が記載される。しかしながら、本発明の具体例はそれらの特別な細部無しに実施できることを理解すべきである。他の例では、公知の方法、構造、および技術は、この説明の理解をわかりにくくしないために、詳細には示されていない。

図２Ａは、リアクタ中で、３２０℃および大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）で、Ｎ_２キャリアガスとともに２５０ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６を用いた、シリコン酸化物上への多結晶Ｇｅ２０堆積、およびＳｉ上への単結晶Ｇｅ２１堆積を示す。

更なるテストは、露出したＩｎＧａＡｓ領域１１とシリコン窒化物１２で覆われたパターニング構造を含む基板上にゲルマニウムを成長させる場合に、約３００℃の温度で前駆体のゲルマンとジゲルマンの双方に対して、選択性の全損が観察されることを示す。多結晶ゲルマニウム３０の堆積が、リアクタ中で、３００℃および１０Ｔｏｒｒで、Ｎ_２キャリアガスとともに２００のｓｃｃｍＧｅ_２Ｈ_６を用いて、図３Ａに示すように、基板の全体で起きる。

本発明の具体例に関して、上述の例のそれぞれにおいて堆積プロセス中プロセスチャンバ中で錫テトラクロライドＳｎＣｌ_４を加えた後に、堆積の選択性が達成された。

本発明の異なる具体例は、絶縁材料の上でなく、第１半導体材料の上に、第２半導体材料の膜を選択的に形成する方法であって、
ａ．少なくとも第１領域１１と第２領域１２を含むパターニングされた基板１０を提供する工程であって、第１領域１１は露出した第１半導体材料を含み、第２領域１２は露出した絶縁材料を含む工程と、
ｂ．パターニングされた基板をＣＶＤチャンバ中に挿入する工程と、
ｃ．第２半導体材料の前駆体、キャリアガス、および錫テトラクロライド（ＳｎＣｌ_４）をチャンバ中に提供することにより、第１領域１１の第１半導体材料上に第２半導体材料の膜を選択的に形成して、これにより錫テトラクロライドが、第２領域１２の絶縁材料上への第２半導体材料の堆積を禁じる工程と、を含む。

本発明の具体例にかかる方法中で、膜の選択形成工程は６５０℃より低い温度、５００℃より低い温度で行われることは、特に有利である。このように、本発明の具体例にかかる方法は、半導体材料の低温選択堆積に使用される。

第２半導体材料の堆積は、当業者に知られた様々なＣＶＤ法、即ち、常圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）または減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）のいずれかで好適に行われてもよい。一般的なＣＶＤ堆積温度は、約２００℃から約８００℃までの範囲であるが、しかしながら本発明は６５０℃より低い温度に関する。例示的な堆積プロセスは、ここで教示されるＣＶＤ法により導かれる。

基板１０は、シリコン、ゲルマニウム、ＩＩＩ／Ｖ化合物基板のような半導体材料、またはガラス、石英のような半導体製造と互換性のある他の材料を含む。基板１０は更に、シリコン−オン−インシュレータ（ＳＯＩ）またはゲルマニウム−オン−インシュレータ（ＧｅＯＩ）を含んでも良い。好適には、基板１０はシリコンである。

基板１０は、露出した第１半導体材料を含む第１領域１１と、露出した絶縁材料を含む第２領域とを少なくとも含む。特別な具体例では、パターニングされた基板１０で露出した第１半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、またはそれらの組み合わせを含んでも良い。代わりに、第１半導体材料は、２元または３元のＩＩＩ−Ｖ化合物を含んでも良い。ＩＩＩ−Ｖ化合物は、ＩＩＩ−アンチモン化物、ＩＩＩ−砒化物、ＩＩＩ−リン化物、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される。

第１半導体材料の上に選択的に形成される第２半導体材料は、１またはそれ以上のＩＶ族元素を含んでも良い。本発明の異なる具体例では、第２半導体材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、Ｃおよび／またはＳｎ合金化Ｓｉ、ＧｅまたはＳｉＧｅ、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択されても良い。第２半導体材料は、堆積条件に応じて、単結晶または多結晶である。

第２半導体材料の前駆体は、半導体ソース材料（ＩＶ族元素）を含むガスである。更に、第２半導体材料の前駆体は、シングルソース前駆体（例えばＳｉ_ｘＨ_２ｘ＋２、Ｇｅ_ｘＨ_２ｘ＋２、ＳｉＣｌ_ｘＨ_４−ｘ、ＳｉＨ_３−ＣＨ_３、ＣＨ_４、または組み合わされたＳｉ_ｘＧｅ_ｙＨ_{２（ｘ＋ｙ）＋２}前駆体）または２またはそれ以上の前駆体の混合（例えばＳｉ_ｘＨ_２ｘ＋２とＧｅ_ｘＨ_２ｘ＋２）でも良い。

第２半導体材料の前駆体は、Ｎ_２、Ｈ_２または希ガス（Ｈｅ、Ａｒ）のようなキャリアガスの存在下でチャンバ中に提供される。好適にはキャリアガスはＮ_２またはＨ_２である。

特別な具体例では、第２半導体材料は、更に、堆積チャンバ中で成長プロセス中にドーパント前駆体を加えることにより提供されるｎ型（例えばＰ、Ａｓ）またはｐ型（例えばＢ）ドーパントを含んでも良い。

パターニングされた基板１０の第２領域１２上に露出した絶縁材料は、ＩＶ族元素の酸化物または窒化物、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択されても良い。絶縁材料は、更に、炭素（Ｃ）のような第２グループのＩＶ元素を含んでも良い。本発明の特別な具体例では、絶縁材料は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される。

テトラクロライドは、経済的に興味があり、たとえ半導体の製造中でなくても、広く使用される化合物であるという長所を有する。

本発明の異なる具体例では、ＳｎＣｌ_４が、Ｎ_２またはＨ_２または不活性ガスのようなキャリアガスで希釈された堆積チャンバに供給される。

堆積チャンバ中に供給されたＳｎＣｌ_４流量は、選択堆積を達成するのに必要な最小量のＣｌにより下限が制限され、成長した材料中で許容できるＳｎの最大量に対応するＳｎＣｌ_４流量と成長がエッチングに変わるＳｎＣｌ_４流量との間の最小による上限が制限される。ＳｎＣｌ_４流量（またはそれらの等価な分圧）の上限および下限は、それゆえに、堆積チャンバの形状と成長材料の意図する用途に依存する。

本発明の特別な具体例では、ＩＶ族前駆体とＳｎＣｌ_４に対して、同量（モル流量で約１：１の比）が使用される。

１の例では、シリコン領域１１とシリコン酸化物領域１２を含むパターニングされた基板上にシリコンが選択的に成長される。シリコン前駆体は、シラン、ジシラン、トリシラン、およびネオ−ペンタシランのようなより高次のシランを含むグループから選択される。

特徴的に、この特定の具体例では、シランがＳｎＣｌ_４と組み合わせて５００℃より低い温度で使用され、シリコンの選択堆積を提供する。双方の前駆体は広く入手でき、この製造工程で安全制約を負わせない。これは、真剣な安全リスクが存在するとして知られている例えばトリシランやＣｌ_２を用いる公知の解決策と比較して、方法の明確な優位点を表す。

ＳｎＣｌ_４は安定した前駆体で、低温堆積プロセスに適している。加えて、選択堆積中に、堆積された材料中のＳｎの非常に低い結合があり、一般には約１０^１８〜１０^１９ａｔ・ｃｍ^−３の濃度レベルであり、一般には１０^２０ａｔ・ｃｍ^−３より低い。ＩＶ族元素で、Ｓｎは、ＳｉＧｅ化合物中で現れるバンドギャップを狭くする効果（narrowing effect）と比較できる効果が可能であるにもかかわらず、成長膜の電気的特性に影響を与えない。

それゆえに、本発明の具体例の方法は、例えば高いソース／ドレイン応用やＳｉＧｅ含有領域上のＳｉ保護層の形成のような、異なる応用のために、シリコン、ゲルマニウム、またはＳｉＧｅをエピタキシャル成長させるのに適している。

他の例では、パターニングされた基板は、第１領域１１の上に露出したシリコンを含み、第２領域１２の上に露出したシリコン酸化物を含む。本発明の具体例にかかる、シリコン上へのゲルマニウム膜の選択堆積は、３２０℃および大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）において、ゲルマニウム前駆体としての２５０ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６と、２０ｓｃｃｍのＳｎＣｌ_４を、キャリアガスとしてのＮ_２と共に用いて、リアクタ中で、３２０℃で行われる。堆積は、図２Ｂに示すように、シリコン酸化物に対して選択的である。

理論に縛られることを望むわけではないが、Ｓｉ−Ｃｌに比較してＳｎ−Ｃｌより低いボンディングエネルギーにより、Ｃｌの脱着に対してＳｎはより活性なサイトとして働くと信じられ、それゆえにＣｌの脱着プロセスと、それゆえにＳｎＣｌ_４の分解を加速する。

他の例では、パターニングされた基板１０は、露出した２元または３元のＩＩＩ−Ｖ化合物を含む第１領域１１と、露出したシリコン窒化物を含む第２領域１２とを含む。

好適には、ＩＩＩ−Ｖ化合物はＩｎＧａＡｓであり、その上にゲルマニウムの膜が、３００℃および１０Ｔｏｒｒにおいて、２００ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６と１０ｓｃｃｍのＳｎＣｌ_４を用いてリアクタ中で選択的に堆積される。堆積は、図３Ｂに示すスペーサのシリコン窒化物材料に対して選択的である。

本発明の具体例では、第２半導体材料の前駆体が、キャリアガスの存在下でチャンバ中に供給される。好適には、キャリアガスはＣｌ化合物と反応して副生成物を形成しないガスである。この方法では、４つのＣｌ元素が１つのＳｎ元素とともに、反応中に供給され、第２半導体材料が選択的に成長する。即ち、露出した絶縁体を含む領域１２の上には、堆積は起きない。

本発明の特別な具体例では、Ｃｌ化合物と反応しないように、キャリアガスが選択される。

特別な具体例では、本発明の具体例の方法は、更に以下のｄ．を含む。

ｄ．選択堆積に続いて、パターニングされた基板を反応チャンバ中に保持し、更に、第２半導体材料の前駆体と錫テトラクロライド（ＳｎＣｌ_４）をチャンバ中に供給しながら、Ｃｌ化合物と反応する第２のキャリアガスで、キャリアガスを置き換えることにより、第１領域の上と第２領域の上に第２半導体材料の膜を非選択的に堆積する工程。

Ｃｌ化合物と反応しないキャリアガスの例は、Ｎ_２または不活性ガス（例えば、ＨｅやＡｒのような希ガス）またはそれらの混合物である。

Ｃｌ化合物と反応する第２キャリアガスの例は、Ｈ_２またはＨ_２含有混合物である。

キャリアガスがＮ_２または希ガスである本発明の具体例では、第２半導体材料の前駆体はＳｎＣｌ_４と反応して第２半導体材料（例えばＧｅ_２Ｈ_６の場合はＧｅ含有半導体）を形成するため、成長は選択的である。

キャリアガスが（ＳｎＣｌ_４からの）Ｃｌ化合物と反応して副生成物を形成する場合、成長プロセスの選択性がマイナスに影響される。Ｈ_２がキャリアガスの特別な例では、選択成長に使用可能なＣｌ_２の量を減少させるＨＣｌの副生成物が形成され、これにより第２半導体材料の選択成長が妨げられる。

有利には、反応チャンバ中でキャリアガスを置き換えることで、第２半導体材料の成長のタイプが、選択成長から非選択成長に切り替えることができる／変化させることができる。特別な具体例では、Ｎ_２または不活性ガスをＨ_２で置き換えることにより、選択成長を非選択成長に変えることができる。基板を反応チャンバから取り出すことなくおよび／または前駆体を変えることなく、成長の型を選択性から非選択性に連続して変えることにより、複雑な構造が成長できる。

第２半導体材料がドープされる本発明の具体例では、（例えばＢ_２Ｈ_６、ＰＨ_３、ＰＣｌ_３のような）ドーパントが反応チャンバ中に供給される。それらのドーパント前駆体は、Ｃｌ化合物（例えばＢ_２Ｈ_６前駆体の場合はＢ_２Ｃｌ_６）と反応し、これにより選択性を低下させる。低下した選択性を補うために、例えばＳｎＣｌ_４濃度を増やすことにより、および／または追加のＣｌ含有ガス（例えばＣｌ_２、ＨＣｌ）を供給することにより、反応チャンバ中に存在するＣｌ化合物の量を増やしても良い。

本発明の特別な具体例では、５００ｓｃｃｍと１０００ｓｃｃｍとの間のＧｅ前駆体（Ｇｅ_２Ｈ_６）の異なる流量についてテストした。反応チャンバ中のＳｎＣｌ_４の流量は、２０ｓｃｃｍと１２０ｓｃｃｍとの間で変化させた。テストは、リアクタ中で、３２０℃および大気圧の下で、シリコン酸化物を含む基板上で行われた。

いくつかの非制限的なサンプルについて以下で更に検討する。

２０ｓｌｍのＮ_２がキャリアガスとして使用された例では、５００ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６と、４０ｓｃｃｍ、８０ｓｃｃｍ、および１２０ｓｃｃｍのそれぞれのＳｎＣｌ_４流量で、選択成長が達成された。１．５分、３分、および４．５分の堆積時間においてシリコン酸化物上で堆積が観察されず、一方、４０ｎｍ、８０ｎｍ、および１２０ｎｍのゲルマニウム含有材料（この例ではＧｅ）が第１半導体材料上に堆積したため、成長は選択的であった。

２０ｓｌｍのＨ_２がキャリアガスとして使用された例では、５００ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６と、２０ｓｃｃｍおよび４０ｓｃｃｍのそれぞれのＳｎＣｌ_４流量で、非選択成長が達成された。１．５分の堆積時間においてシリコン酸化物上に４０ｎｍのゲルマニウム含有材料（この例ではＧｅ）が堆積され、３５ｎｍが第１半導体材料上に堆積されたため、成長は非選択的であった。

２０ｓｌｍのＮ_２がキャリアガスとして使用され、追加のドーパント前駆体（Ｂ_２Ｈ_６＝１ｓｃｃｍ）が反応チャンバ中に供給された例では、５００ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６と、１２０ｓｃｃｍのＳｎＣｌ_４流量で、選択成長が達成された。５００ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６と、２０ｓｃｃｍおよび４０ｓｃｃｍのＳｎＣｌ_４流量で、非選択成長が得られた。５００ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６と、８０ｓｃｃｍのＳｎＣｌ_４流量で、得られた選択性は低かった。

５００ｓｃｃｍのＧｅ_２Ｈ_６と４０ｓｃｃｍのＳｎＣｌ_４流量で得られた選択成長は、成長中のドーパントとして１ｓｃｃｍのＢ_２Ｈ_６が加えられた場合に、非選択成長に変わる。ドーパント前駆体の影響は、約１００ｓｃｃｍのＨＣｌの追加で補われ、成長を選択プロセスに戻す（シリコン酸化物に対する成長の選択性を戻す）。代わりに、他のＣｌ含有化合物（Ｃｌ_２）またはより高い流量のＳｎＣｌ_４を用いることができる。

本発明は、図面や上述の説明中に詳細に描写され記載されるが、そのような描写や記載は一例または例示であり、限定するものでないと考えられる。上述の説明は、本発明の所定の具体例について詳述する。しかしながら、テキスト中の上述の内容はいかに詳しく示されても、本発明は多くの方法で実施できることが認められるであろう。本発明は、記載された具体例に限定されるものではない。

Claims (17)

1. 第１半導体材料の上に第２半導体材料を選択的に堆積する方法であって、
   少なくとも第１領域（１１）と第２領域（１２）とを含む、パターニングされた基板（１０）を提供する工程であって、第１領域（１１）は露出した第１半導体材料を含み、第２領域（１２）は露出した絶縁材料を含む工程と、
   パターニングされた基板（１０）の上に第２半導体材料を含む膜を堆積する工程であって、膜を堆積する工程は、第２半導体材料の前駆体、Ｃｌ化合物とは反応しないキャリアガス、および錫テトラクロライドを提供することにより、第１領域（１１）の第１半導体材料の上に第２半導体材料を選択的に形成する工程を含む工程と、を含む方法。
2. パターニングされた基板（１０）を提供する工程は、パターニングされた基板（１０）を化学気相堆積チャンバ中に挿入する工程を含む請求項１に記載の方法。
3. 第２半導体材料を含む膜を堆積する工程は、６５０℃より低い温度で膜を堆積させる工程である請求項１または２のいずれかに記載の方法。
4. キャリアガスは、Ｎ_２または不活性ガスである請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 第２半導体材料の前駆体を提供する工程は、ＩＶ族元素またはＩＶ族元素の合金の前駆体を提供する工程を含む請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 第２半導体材料の前駆体を提供する工程は、シリコン前駆体を提供する工程を含む請求項５に記載の方法。
7. 第２半導体材料の前駆体を提供する工程は、シランを提供する工程を含む請求項６に記載の方法。
8. 第２半導体材料の前駆体を提供する工程は、ゲルマニウム前駆体を提供する工程を含む請求項５に記載の方法。
9. 第２半導体材料の前駆体を提供する工程は、１０ｍＴｏｒｒより高い分圧で、ジゲルマンを含む前駆体を提供する工程を含む請求項８に記載の方法。
10. 第２半導体材料を含む膜を堆積する工程は、３５０℃より低い温度で膜を堆積する工程を含む請求項８または９のいずれかに記載の方法。
11. パターニングされた基板（１０）を提供する工程は、ＩＶ族元素の酸化物、ＩＶ族元素の窒化物、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される絶縁材料を含む第２領域（１２）を備えた基板を提供する工程を含む請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. パターニングされた基板（１０）を提供する工程は、シリコン、ゲルマニウム、またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む第１領域（１１）を備えた基板を提供する工程を含む請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. パターニングされた基板（１０）を提供する工程は、２元または３元のＩＩＩ−Ｖ化合物を含む第１領域を備えた基板を提供する工程を含む請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
14. パターニングされた基板（１０）を提供する工程は、ＩＩＩ−アンチモン化物、ＩＩＩ−砒化物、ＩＩＩ−リン化物、およびそれらのいずれかの組み合わせからなるグループから選択されるＩＩＩ−Ｖ化合物を含む第１領域を備えた基板を提供する工程を含む請求項１３に記載の方法。
15. 選択堆積の後に、パターニングされた基板を反応チャンバ中に維持しながら、キャリアガスをＣｌ化合物と反応する第２キャリアガスで置き換えると共に、第２半導体材料の前駆体と錫テトラクロライドを更に供給することにより、第１領域および第２領域の上に第２半導体材料の膜を非選択的に堆積する工程を更に含む請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 第２キャリアガスは、Ｈ_２を含む請求項１５に記載の方法。
17. キャリアガスは、Ｎ_２または不活性ガスである請求項１５または１６のいずれかに記載の方法。