SGOI材料的SIMOX制备技术研究

论文题目: SGOI材料的SIMOX制备技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 陈志君

导师: 张峰

关键词: 掩盖注氧隔离技术,氧化增强注氧隔离技术,绝缘体上的锗硅,应变硅

文献来源: 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: SGOI（SiGe-on insulator, SGOI）材料同时具备SiGe材料和SOI材料的双重特点,因而成为应变硅技术应用的新型衬底材料。利用SGOI材料作为衬底生长的应变硅材料,由于载流子迁移率的提高,可以实现现有线宽下,CMOS性能的提高。然而,载流子迁移率的提高效率是由应变硅的应变大小决定的,也就决定于SGOI中锗含量大小。理想的SGOI衬底要求锗含量达到30%以上以使电子、空穴迁移率提高到饱和值。但是,目前30%锗含量的SGOI材料的制备还面临相当的困难。利用SIMOX技术制备的SGOI材料锗含量难以超过10%,这主要是由于随着锗含量的提高,硅锗的熔点逐渐降低,高质量的埋氧层形成所需要的高温退火条件不能满足。锗含量超过10%以上时,高温退火造成严重的锗损失和晶格质量恶化。 本论文即围绕着高质量SGOI材料的SIMOX制备技术进行了系统的研究,重点是改进SIMOX技术并用于SGOI的制备和SIMOX剂量、能量的匹配关系研究。 本论文讨论了SiGe材料的热氧化特性与氧化气氛的关系。通过工艺优化实现了无Ge-Pileup的SiGe热氧化。研究发现,SiGe氧化特性对氧化气氛具有选择性,其本质是氧化传质机理的不同。 为解决锗损失的难题,本文提出了CAP-SIMOX技术,先生长一二氧化硅盖帽层,使锗在退火过程中不能轻易扩散流失出去,再进行离子注入,注入剂量和能量分别为3×1017cm-2和60KeV,最后进行高温退火。研究发现,采用这种新工艺制备得到了高质量的SGOI材料,硅锗组分均匀,晶格质量较好,TEM观测没有发现缺陷存在,X射线摇摆曲线和拉曼光谱分析发现顶层硅锗锗含量提高到约17%,而且应变弛豫完全,且埋氧层连续,无硅岛。CAP-SIMOX技术的提出将SGOI材料的锗含量上限提高到了17%,在此基底上运用应变硅技术可以达到电子迁移率提高的饱和值。 在此基础上,本文还对CAP-SIMOX技术进行了工艺优化,将氧化工艺与退火工艺整合,简化了SIMOX制备SGOI的工艺流程,提出了氧化增强注氧隔离技术,并制备得到了高质量的SGOI材料,RBS沟道产额为7%。研究发现,氧化增强注氧隔

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 引言

1.1 ULSI集成电路的新材料与新工艺

1.2 ULSI集成电路的衬底工程与能带工程——SOI技术与应变硅技术

1.2.1 SOI技术

1.2.2 应变硅技术

1.3 绝缘体上的硅锗技术

1.3.1 SGOI技术的特点

1.3.2 制备SGOI的主要方法

1.3.3 SGOI的制备技术的发展要求

1.4 本论文的工作

第二章 SiGe热氧化对气氛的选择特性研究

2.1 SiGe材料的热氧化工艺研究进展

2.1.1 SiGe材料的热氧化特性

2.1.2 SiGe材料的热氧化存在的问题

2.2.SiGe干氧热氧化工艺研究

2.2.1 实验过程

2.2.2 SiGe表征

2.3 实验结果及分析

2.3.1 SiGe材料氧化后透射电镜结果分析

2.3.2 SiGe材料热氧化层组分的能谱分析

2.3.3 SiGe材料热氧化厚度的SE分析

2.3.4 表面AFM表征

2.3.5 结果讨论

2.4 本章小结

第三章 制备SGOI的CAP-SIMOX技术研究

3.1 用于SGOI制备的CAP-SIMOX技术的设计思路

3.1.1 制备SGOI材料的目标

3.1.2 SIMOX技术制备SGOI的主要不足

3.1.3 CAP-SIMOX技术

3.2 实验过程

3.2.1 SiGe衬底制备

3.2.2 SiGe的氧化

3.2.3 SiGe的CAP-SIMOX工艺

3.2.4 SGOI材料的表征

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 SGOI材料的TEM分析

3.3.2 SGOI材料的SIMS

3.3.3 SGSOI材料四晶衍射分析

3.3.4 SGOI材料组分及应变大小的Raman测试

3.3.5 SGOI材料的RBS分析

3.4 本章小结

第四章 氧化增强注氧隔离技术研究

4.1 用于SGOI制备的氧化增强注氧隔离技术的设计思路

4.1.1 CAP-SIMOX技术带来的启示

4.2 实验过程

4.2.1 SiGe衬底制备

4.2.2 SiGe的O离子注入

4.2.3 SiGe的氧化增强退火工艺

4.2.4 SGOI材料的表征

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 SGOI材料的TEM分析

4.3.2 SGOI材料的SIMS

4.3.3 SGOI材料的组分及应变大小的测试

4.3.4 SGOI材料RBS分析

4.4 本章小结

第五章 SIMOX技术制备SGOI材料的剂量、能量窗口研究

5.1 引言

5.2 高剂量SGOI材料的制备

5.2.1 注入参数和退火工艺

5.2.2 TEM分析与讨论

5.3 低剂量SGOI材料的制备

5.3.1 低剂量SIMOX技术的发展

5.3.2 注入参数和退火工艺

5.3.3 TEM分析

5.3.4 低剂量SGOI材料质量提高的机理分析

5.4 CAP-SIMOX技术制备SGOI材料的注入剂量能量匹配关系

5.5 本章小结

第六章 SGOI的锗浓缩工艺研究

6.1 SGOI在CAP-SIMOX过程中的锗浓缩效应

6.1.1 实验过程

6.1.2 结果与讨论

6.2 SGOI的热氧化锗浓缩工艺研究

6.2.1 实验过程

6.2.2 氧化后SGOI组分的AES分析

6.3 本章小结

第七章 结论

参考文献

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发布时间: 2006-02-08

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