A study of morphology and texture of LPCVD germanium-silicon films

Abstract

In this work, LPCVD Germanium-Silicon films were deposited on thermally oxidised silicon wafers using a horizontal LPCVD system, at a deposition temperature in the range between 430 and 480 o C and total pressure between 5 and 200 Pa. Pure GeH 4 and SiH 4 gases were used as precursors. Morphology and texture of the Ge x Si 1-x (X=0.3-0.6) films were investigated versus deposition parameters. It has been shown that at the deposition temperature of 430 o C and total pressure of 20 Pa the grain size varied between 40 and 80 nm for a <100-nm thick poly-Ge 0.6 Si 0.4 film, and the root-mean-square surface roughness did not exceed 2.5 nm. A decrease of the Germanium content from 60 to 40 atomic percent caused an increase of both the grain size and surface roughness due to nucleation matters. The polycrystalline layers mainly contained (110)-and ( 111)-oriented grains with its ratio depending on both deposition pressure and film thickness. The appearance of the big grains and roughening of the surface was also observed with increasing film thickness. Rising the total pressure above a certain level (100-200 Pa) caused an enhanced formation of the amorphous phase and appearance of randomly situated surface convexities. Reducing the total pressure below 10 Pa led to roughening of the surface, probably due to a dominance of (111)oriented grains in the film bulk at such a low pressure.

Low-Temperature LPCVD of Polycrystalline Ge[sub x]Si[sub 1−x] Films with High Germanium Content

“…The film morphology has been studied in detail in our earlier paper. 32 The root-mean-square surface roughness R rms strongly depended on both total pressure and film thickness. The tendency of the R rms behavior exhibits apparent growth of the roughness with increasing thickness.…”

“…31 Film properties ͑texture, morphology, etc.͒ strongly depend on film composition and, therefore, are influenced by the depletion from germane. 32 In addition, the deposition kinetics of poly-Ge x Si 1−x films is strongly influenced by film composition, especially for the films containing a high fraction of germanium, 33 and up to date, a study of such a deposition at lower temperatures down to 430°C is lacking.…”

Desenvolvimento de filmes de silicio-germanio para aplicações em dispositivos MOS

“…Quando falamos de CVD para filmes de silício (ou à base de Si, como SiGe e SiC), a transição entre o limite por taxa de reação e por transporte de massa depende basicamente de um fator: a quantidade de H adsorvido na superfície do substrato [37].…”

“…A mesma seqüência empregada para a SiH 4 pode ser utilizada para a GeH 4 , apenas ajustando as energias de ligação [38,48] As seqüências (r 3) -(r 4) e (r 6) -(r 8) são utilizadas devido à importância exercida pelo silineno (SiH 2 ) durante o processo de deposição [32,47] e a reação (r 9) representa a difusão de átomos de hidrogênio pela superfície de SiGe [38,49]. A reação (r 9) tem influência direta sobre a dessorção de hidrogênio (r 10), principal fator limitante para a deposição de filmes finos de Si [37] e é a principal diferença entre a deposição de SiGe-poli e a deposição de Si-poli.…”

“…Também podemos concluir que, por haver mais sítios livres, a difusão de superfície das espécies adsorvidas (AH n *, H*) é maior. Como resultados práticos observamos que em deposições de SiGe-poli: (a) a temperatura de deposição é reduzida em mais de 100 °C (<500 °C para SiGe-poli contra ~600 °C para Si-poli em reatores horizontais convencionais); (b) a taxa de deposição é maior e (c) os grãos cristalinos também são maiores, podendo atingir até 500 nm [37].…”