基于UHVCVD的选择性外延锗硅与金属诱导生长多晶锗硅的研究

论文摘要

锗硅(Si1-xGex)是硅和锗组成的半导体合金材料。除具有硅材料的优点外,还具有能带可调以及应力调整等自身的特性,同时它还与目前先进的硅集成电路工艺相兼容,因此锗硅材料在如今的集成电路领域有着重要的应用。当然,随着技术进步,锗硅材料在应用中又会不断面临新问题的挑战,从下面的论述中可以看到,这些问题的解决毫无疑问将会对拓展硅基材料的应用范围以及提高器件性能的重要性起着推动的作用。 涉及到本论文中,锗硅材料所面临的问题主要有以下两个方面:第一,随着器件向着深亚微米级发展,单纯的外延生长已无法满足锗硅材料的应用,一系列新器件、新结构的出现,对锗硅材料的生长提出了更高的要求。例如在抬高源/漏极MOSFET中,要求选择性生长单品锗硅材料,而目前采用的选择性生长方法普遍具有较高的生长温度,这会导致锗硅材料的应力弛豫,产生缺陷,影响器件性能,因此很有必要研究适合锗硅材料低温选择性生长的方法。第二,就多晶SiGe材料而言,我们知道,多品锗硅材料具有广阔的应用前景,但采用目前方法生长的多晶锗硅薄膜并不象理论预期一样,具有较高的载流子迁移率,这主要是由于生长的多晶锗硅薄膜内的缺陷较多以及锗偏析等原因造成的,从而限制了锗硅薄膜作为器件有源区的应用,因此开发先进的多晶锗硅薄膜生长技术是当务之急。本文的研究正是围绕上述两方面问题展开的。 本文采用一种先进的薄膜制备技术—超高真空化学气相沉积（UHVCVD）对锗硅薄膜的生长进行了研究,该技术不仅具有超净的生长环境,而且能够在低温、低压下生长锗硅薄膜,可以精确控制薄膜的生长速度等,这些特性对生长高质量的薄膜是必不可少的,因此我们利用该技术,对单晶锗硅薄膜、多品锗硅薄膜的生长进行了研究,主要取得以下成果: （1） 研究了不同的生长气氛对超高真空化学气相沉积选择性生长锗硅薄膜的影响,指出当温度高于550℃时,气氛中锗含量对超高真空选择性生长锗硅有明显的影响,低于550℃时,氢气以及锗烷相互作用共同对锗碓选择性生长产生影响。通过对比不同的生长条件,并结合锗硅材料的生长特性,

论文目录

• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• 2.1 SiGe基本性质
• 2.1.1 SiGe异质结构材料的基本性质
• 2.1.2 锗硅材料的能带结构
• 2.2 单晶锗硅薄膜的研究现状
• 2.2.1 单晶SiGe材料的生长方法
• 2.2.2 单晶SiGe材料的用途
• 2.2.4 单晶SiGe材料存在的问题
• 2.3 多晶锗硅薄膜的研究现状
• 2.3.1 多晶锗硅薄膜的生长方法
• 2.3.2 多晶锗硅材料的应用
• 2.4 本论文的内容
• 参考文献
• 第三章实验设备及原理
• 3.1 超高真空化学气相沉积原理
• 3.1.1 超高真空化学气相沉积概述
• 3.1.2 超高真空化学气十订沉积特点
• 3.2 UHVCVD．Ⅱ实验设备介绍
• 参考文献
• 第四章 单晶锗硅生长
• 4.1 SiGe薄膜生长工艺
• 4.2 不同的缓冲层结构
• 4.3 小结
• 参考文献
• 第五章选择性外延生长锗硅
• 5.1 预备知识
• 5.2 低温选择性外延SiGe的必要性
• 5.3 样品的制备
• 5.4 生长气氛对选择性外延锗硅薄膜的影响
• 2、GeH₄低温下对选择性外延锗硅的影响（500℃～550℃）'>5.4.1 H₂、GeH₄低温下对选择性外延锗硅的影响（500℃～550℃）
• 4较高温度下对选择性外延的影响（≥550℃）'>5.4.2 GeH₄较高温度下对选择性外延的影响（≥550℃）
• 5.4.3 SiGe选择性生长范围的确定
• 5.5 电学性能
• 5.5.1 肖特基结制备流程
• 5.5.2 I-V电学性能测试
• 5.6 小结
• 参考文献
• 第六章多晶锗硅生长
• 6.1 前言
• 6.2 超高真空化学气相沉积生长多晶锗硅
• 6.2.1 多品锗硅的制备
• 6.2.2 UHVCVD生长多品锗硅薄膜的特征
• 6.2.3 UHVCVD生长多品锗硅的评价
• 6.3 金属诱导与超高真空相结合生长多晶锗硅
• 6.3.1 样品的制备
• 6.3.2 MIG对多品锗硅薄膜生长的影响
• 6.3.2.1 Ni对多品锗碎薄膜的生长的影响
• 6.3.2.2 Ni厚度对薄膜质量与形貌的影响
• 6.3.2.3 生长参数对多品锗硅薄膜的生长
• 6.3.2.4 Ni、Ge住薄膜中的分布
• 6.3.2.5 品须状薄膜的生长
• 6.3.3 金属诱导生长机理的研究
• 6.4 多晶锗硅薄膜的Hall迁移率
• 6.5 MIG方法生长多晶锗硅的优势
• 6.6 小结
• 参考文献
• 第七章 多晶锗硅薄膜的电学性能
• 7.1 前言
• 7.2 肖特基结的制备
• 7.3 电学性能测试
• 7.3.1 肖特基结的I-V曲线图
• 7.3.1 相关参数的计算
• 7.4 小结
• 参考文献
• 第八章总结
• 致谢
• 附：博士期间发表和接收的论文