制备和使用卤代甲硅烷基锗烷的新方法技术

本发明专利技术提供分子式Ｓｉ↓［ｘ］Ｇｅ↓［ｙ］Ｈ↓［ｚ－ａ］Ｘ↓［ａ］的化合物和制备该化合物的方法，其中Ｘ为卤素，ｘ、ｙ、ｚ和ａ在本文中定义，以及使用本发明专利技术的化合物在硅衬底上沉积高Ｇｅ含量Ｓｉ膜的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请总体涉及化学、光电子、硅锗合金、半导体结构的领域以 及相关的方法和器件。
技术介绍
Si(100)上的具有高Ge含量的异质外延GehSL层由于许多在关键 技术中的应用而引人关注，这些技术诸如太阳能电池、MEMS、量子级 联激光器和Si基光电子器件(参见Mooney， P. M.; Chu， J. 0. Annu. Rev. Mater. Sci. 2000， 30， 335;以及Tromp， R. M.; Ross, F. M. Annu， Rev. Mater. Sci. 2000,30， 431)，包括高速调制器和光检测器(参 见Kuo等人，Nature 2005， 437， 1334)。然而，尽管在红外光学器件 中具有这种高的影响潜力，这些材料开发得较少。另外，它们用作生 长高迁移率、应变的Si和Ge器件沟道的虛拟衬底，并且还被认为是 III-V基器件与Si技术单片集成的潜在路径(Leeetal.， J. Vac. Sci.10Technol. 2004， B 22 (1)， 158;以及Kasper， E.; Heim， S. Appl Surf. Sci. 2004, 224,3)。这些材料的当前最佳路径复杂而且充满困难，不 但需要高温生长厚OIO jLim)的组成渐变膜还需要化学机械平坦化步骤 以减轻Ge卜xSL外延层和Si衬底之间的错配应变并分别产生平坦的表 面(参见Currieet al.， Appl. Phys. Lett. 1998， 72 (14)， 1718)。最近已经开发出化学气相沉积(CVD)法，其容许在Si上生长无法 通过常规路径获得的富Ge (Ge>50原子％)的器件品质合金(参见 Ritter et al.， J. Am. Chem. Soc. 2005， 127 (27)， 9855-9864; Hu et al.， J. Appl. Phys. Lett. 2005， 87(18)， 181903/1-3;以及 Chizmeshya， et al. , J. Am. Chem. Soc. 2006 ， 128(21)， 6919-6930)。 富Ge膜能实现微处理器中的更高速度、手机中的更低功耗、硅基光子 学、以及更有效的太阳能电池(参见Mooney and Chu， supra; and Tromp and Ross， supra)。该:技术利用先前未知i殳计者的Si-Ge氢化物前体 以精确控制相应膜的化学组成、形貌和显微结构，规避对厚的渐变层 和剥离(lift off)才支术的需要(参见Currie et al. ， supra)。为了制备上述半导体结构，可以在例如晶体管结构的源极区和漏 极区中选择性沉积ShGe卜d合金。使用氯硅烷、锗烷和单质Cl2的高温 反应来实现SGeH合金的常规选择性生长，所述反应通常不能在高 Ge浓度范围内产生具有适合形貌和显微结构的膜。例如，已经用氯硅 烷、锗烷和单质Cl2的高温反应实现了 ShGew合金的选择性生长。然 而，相关的多组分反应的复杂性以及腐蚀性Ch的存在要求可供替代 的选择性生长途径。这一需要在高Ge浓度范围内特别急切，对此氯硅 烷路径无法产生具有适合的形貌、显微结构或组成的选择性沉积膜。 此外，对于高Ge含量而言，常规工艺造成高的位错密度、应变不均匀 性、缺乏组成控制、以及减小的膜厚度，所有这些最终都会劣化应激 物材料(stressor material)的品质和性能，从而限制该途径的实用 性。因此，本领域需要避免上述问题的沉积SidGe卜d材料的方法，在衬 底上选择性沉积SidGei-d材料、特别是高Ge含量的SidGew材料的方法。专利技术概述本专利技术提供分子式为SixGeyHz-aXa的化合物的制备方法，其中X为 卣素，以及x、 y、 z和a如本文所定义。本专利技术进一步提供分子式为SLGeyHz-丄的化合物，其中X为离素， 以及x、 y、 z和a如本文所定义。本专利技术提供按照本专利技术的方法制成的基本上纯的化合物。本专利技术还提供通过使用本专利技术的化合物在衬底上沉积高Ge含量 的SidGe卜d膜而制备半导体结构的方法。本专利技术还提供选择性沉积SidGe卜d层的方法，其包括接触具有包含 至少两个部分的表面层的衬底，其中所述表面层的第一部分包含半导 体表面层，所述表面层的第二部分包含氧化物、氮化物或氮氧化物表 面层，其中仅在所述衬底的第一部分上形成SidGe卜d层。所述新技术的关键组成部分为分子SLGeyHz-Ja的整个卣代(甲锗 烷基)硅烷序列，其中X为卣素以及其余变量如本文中所定义，其通过 本文所述的合成方法在可行的高纯度收率下获得。SLGey分子核被内 在引入到膜中提供空前的形貌、组成和应变控制。该领域的工作致力 于对前体和工艺的严重需要，所述前体和工艺在低温CMOS相容的条件 下以比现有工艺所提供的生产率显著更高的生产率沉积上述膜。用卣素取代SLGeyHz物种的硅原子上的一些或全部的H原子提供 若干期望的益处，例如内含的HX离去基团，其在期望膜的生长过程中 可以原位用作除去来自生长表面的杂质的清洁剂。它们还可以促进在 图案化的Si晶片上的多种器件结构(应变的Si、 SiGe和应变的Ge)的 选择性生长。通常，在具有Si(h图案化特征的Si表面上选择性生长 SidGe卜d膜可以在生长过程中通过诸如HC1的原位蚀刻剂的生成而实 现，并且促进在晶片上的图案化区域周围的未掩蔽区域上选择性生长 晶态物质。囟代(甲锗烷基)硅烷的更大质量提供提高的动力学稳定性， 其容许在比ShGe卜d氢化物、例如H3SiGeH3的情况下更低的温度下进行 生长。图l是H3S卜GeH3、 ClH2Si-GeH3、 ChHSi-GeH3和Cl3Si-GeH3分子的 球棍结构图示。图2是H3Si-GeH3、 ClH2Si-GeH3、 ChHSi-GeH3和Cl3Si-GeH3分子的 计算低频(1QG-1100 cm—红外光谱。图3是H3Si-GeH3、 ClH2Si-GeH3、 Cl2HSi-GeH3和ChSi-GeH3分子的 计算高频(900-2500 cm，红外光谱。图4显示比较的ClH2SiGeH3分子的计算和观察红外光镨。分别向 (a)和(b)部分中显示的计算低频和高频光镨应用0. 989和0. 979的频 率换算因子。图5显示用表3中给出的ClH2SiGeH3的转动常数获得的模拟转动 谱带轮廓A-、 B-和C-型谱带。图6显示经由ClH2SiGeH34 400 。C下分解生长的Si。.s。Ge。.s。膜的 明场显微照片(上)；<110>投影中Si/SiGe界面的高分辨率图像，显示 出相匹配的无缺陷界面(左下)；以及RBS随机语和沟道谱分别显示 Si。.5。Ge。.5。组成和高度外延配向(右下)。图7是10 rnn厚试样和Si衬底的(224)倒易空间图，显示出双层 结构的峰[1]和[2]。图8显示整个膜厚度的XTEM显微照片(上)，表明平坦表面和无缺 陷的本体区域；以及界面区域的高分辨率显微照片(下)，表明完美的 赝晶生长。图9显示通过在420 。C下沉积Cl2Si(GeH3)2在器件的凹进源极 和漏极，，区域中本文档来自技高网...

【技术保护点】
式（Ⅰ）的化合物的制备方法，　Ｓｉ↓［ｘ］Ｇｅ↓［ｙ］Ｈ↓［ｚ－ａ］Ｘ↓［ａ］　（Ⅰ）　其中ｘ为１、２、３或４；ｙ为１、２、３或４，ｚ为２（ｘ＋ｙ＋１）；ａ为１至ｚ；以及Ｘ为卤素，条件是ｘ与ｙ之和小于或等于５，所述方法包括步骤 ：（ｉ）在约－８０℃至约２５℃的温度下，用式ＢＸ↓［３］、ＡｌＸ↓［３］的化合物、或者金属氯化剂处理分子式Ｓｉ↓［ｘ］Ｇｅ↓［ｙ］Ｈ↓［ｚ］的化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-4-2 60/909,5051.式(I)的化合物的制备方法，SixGeyHz-aXa(I)其中x为1、2、3或4；y为1、2、3或4，z为2(x+y+1)；a为1至z；以及X为卤素，条件是x与y之和小于或等于5，所述方法包括步骤(i)在约-80℃至约25℃的温度下，用式BX3、AlX3的化合物、或者金属氯化剂处理分子式SixGeyHz的化合物。2.权利要求1的方法，其中a为1至2(x+y)。3.权利要求2的方法，其中a为1。4.权利要求2的方法，其用于制备式SiGeyHz-Ja的化合物。5.权利要求4的方法，其用于制备式SiGeyHz—aCla的化合物。6.权利要求5的方法，其用于制备式SiGeHhCla的化合物。7.权利要求1的方法，其中式(I)的化合物为氯代(曱锗烷基)硅烷；二氯代(甲锗烷基)硅烷；氯代(二甲锗烷基)硅烷；二氯代(二甲锗烷基)硅烷；氯代(三甲锗烷基)硅烷；`1， 2-二甲锗烷基-l-氯二硅烷；`1， 2-二甲锗烷基-1， 2-二氯二硅烷;`1， 2-二甲锗烷基-l， l-二氯二硅烷;氯代(氯代甲锗烷基)硅烷；二氯代(氯代甲锗烷基)硅烷；氯代(二氯代曱锗烷基)硅烷；或二氯代(二氯代曱锗烷基)硅烷。8. 权利要求l-7任一项的方法，其进一步包括如下步骤m)分馏步骤(i)的产物。9. 权利要求1-7任一项的方法，其中所述反应温度为约-25 。C 至约5 °C。10. 权利要求l-4任一项的方法，其中式BX3的化合物为BC13。11. 权利要求8的方法制成的基本上纯的化合物。12. 权利要求11的基本上纯的化合物，其为氯代(甲锗烷基)硅烷 或二氯代(甲锗烷基)硅烷。13. 下式化合物的制备方法，<formula>formula see original document page 3</formula>其中x为l、 2、 3或4; y为l、 2、 3或4; z为2(x+y+l); a为l至 3x;以及X为卣素，条件是(i) X仅与Si键合；和(U)x与y之和小 于或等于5,所述方法包括如下步骤(i)在约-50 。C至约40 。C的温度下，使下式的化合物与式CsX 的化合物接触，<formula>formula see original document page 3</formula>其中Y为-0S02R1，其中W为d-C6面代烷基、。-C6烷基、或苯基，其 中所述烷基和苯基任选地被l-4个各自独立地是g素、d-C2面代烷基、 d-C;烷基、氰基、硝基、d-C3烷氧基、-C(O)d-C3烷氧基、-C(0)C「C3 烷基、-S(0)d-C3烷基或-S(0)2C广C3烷基的基团取代；条件是Y仅与 Si键合。14. 权利要求13的方法，其用于制备式SiGeyPUX的化合物。15. 权利要求14的方法，其用于制备式SiGeyHz-Xl的化合物。16. 权利要求15的方法，其用于制备式ClH2SiGeH3的化合物。17. 权利要求13-16任一项的方法，其中W为C「C4卤代烷基、 d-a烷基、或苯基，其中苯基任选地被卣素、d-C2卣代垸基或CfC3 烷基取代。18. 权利要求13-16任一项的方法，其中所述反应温度为约-25'C至约25 °C。19. 权利要求13-16任一项的方法，其进一步包括如下步骤 (ii)分馏步骤(i)的产物。20. 在衬底上制备式SidGe卜d的层的方法，其包括在足以在所述衬 底上沉积SidGew层的温度和压力下，使衬底与包含下式的化合物的化 学蒸气接触，S ixGeyHz_aXa其中x为l、 2、 3或4; y为l、 2、 3或4; z为2 (x+y+l); a为l至 z;以及X为卤素，条件是x与y之和小于或等于5。21. 权利要求20的方法，其中所述化学蒸气包含式SiGeyHz-丄的 化合物。22. 权利要求21的方法，其中所述化学蒸气包含式SiGeyHz-aCL 的化合物。23. 权利要求22的方法，其中所述化学蒸气包含式SiGeH6—aCla 的化合物。24. 权利要求20的方法，其中所述化学蒸气包含如下的化合物氯代(甲锗烷基)硅烷；二氯代(甲锗烷基)硅烷；氯代(二曱锗烷基)硅烷；二氯代(二曱锗烷基)硅烷；氯代(三甲锗烷基)硅烷；1， 2-二甲锗烷基-l-氯二硅烷；1， 2-二曱锗烷基-1, 2-二氯二硅烷；1， 2-二甲锗烷基-l， l-二氯二硅烷；氯代(氯代曱锗烷基)硅烷；二氯代(氯代曱锗烷基)硅烷；氯代(二氯代曱锗烷基)硅烷；二氯代(二氯代曱锗烷基)硅烷； 或其混合物。25. 权利要求20-24任一项的方法，其中所述温度为约200 。C至 约600 。C。26. 权利要求25的方法，其中所述温度为约350 。C至约450 °C。27. 权利要求20-24任一项的方法，其中所述层基本上是晶态的。28. 权利要求27的方法，其中所述温度为约200 。C至约600 'C。29. 权利要求28的方法，其中所述温度为约350 'C至约450 aC。30. 权利要求20-24任一项的方法，其中所述包括硅。31. 权利要求20-24任一项的方法，其中所述沉积层具有SixGey 的经验式。32. 权利要求20-24任一项的方法，其中所述压力为约10-8托至 760托。33. 权利要求28的方法，其中所述压力为约10—3托至760托。34. 权利要求20-24任一项的方法，其中所述SiaGeH层是完全应 变的。35. 权利要求20-24任一项的方法，其中所述层由等离子体增强 化学气相沉积形成。36. 根据下式的化合物，其中x为l、 2、 3或4; y为l、 2、 3或4; z为2 (x+y+l); a为l至 2(x + y);以及X为卣素，条件是(...

【专利技术属性】
技术研发人员：J库维塔奇斯，J泰斯，Y方，
申请(专利权)人：代表亚利桑那州立大学行事的亚利桑那董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]