厚膜SOI材料和SiGeOI材料制备研究

论文题目: 厚膜SOI材料和SiGeOI材料制备研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 程新利

导师: 邹世昌,张峰

关键词: 厚膜绝缘体上的硅,绝缘体上的锗硅,注氧隔离,气相外延

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: 绝缘体上的硅(SOI)材料以其独特的结构在低压、低功耗电路,高温、抗辐照器件和光电子学等方面都有广泛的应用,并且与成熟的硅工艺相兼容,是很有应用前景的光电集成用材料。SiGeOI材料同时具有SiGe材料和SOI材料的特点,具有电子学和光子学的特点,近年来受到众多研究者的重视。由于自身的特点,高Ge浓度SiGeOI材料制备存在着困难。本论文即围绕着是光通信厚膜SOI材料和高Ge组分SiGeOI材料进行研究,对两种材料的制备进行了研究并开展了以下的工作。 在SIMOX技术基础上结合气相外延技术制备了厚膜SOI材料。在标准剂量的SOI衬底上生长了厚度约为8μm的Si层,研究发现外延层和氧化埋层厚度均匀性良好,外延层单晶性能良好,SOI衬底中缺陷导致了外延层中的缺陷。SOI衬底顶层硅呈现高阻状态,合适温度的退火可以明显降低SOI衬底顶层硅电阻率,也可部分减少外延高阻过渡层厚度。外延后顶层Si表面粗糙度明显降低。利用厚膜SOI材料成功制作了波长1.55μm时传输损耗系数约0.4dB/cm单模脊型波导。 研究了不同氧注入剂量衬底对外延层性能的影响,在标准剂量衬底上外延Si层中缺陷密度明显高于在低剂量衬底上的外延层。研究发现标准剂量SOI衬底中位错密度比低剂量衬底中高两个数量级,表面粗糙度较大,顶层硅单晶质量也比低剂量衬底差。减少注入剂量是获得良好外延层的一种可行方法。 研究了外延生长前高温氢处理的影响。在外延生长前对SOI衬底进行适当的高温氢处理可以使表面得到改善,在经过高温氢处理的SOI衬底上生长的外延层中缺陷密度明显减小,这是提高高剂量SOI衬底上外延硅层质量的有效方式。 本论文另一重要内容是制备高Ge浓度的弛豫SiGeOI材料。在标准剂量SOI衬底减薄后外延生长了Ge组分为55%,应变弛豫约90%的SiGe层。经过高温氧化后得到了Ge组分近60%且分布均匀的SiGeOI材料,SiGe层应变弛豫在90%以上。在未经过减薄的SOI衬底上经过相似工艺后得到了Ge组分为55%且分布均匀的SiGeOI

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 引言

1.1 SOI材料的应用

1.1.1 SOI材料在集成电路方面应用

1.1.2 SOI材料在光通信方面的应用

1.2 SOI材料制备方法

1.2.1 注氧隔离(SIMOX)技术

1.2.2 键合与背面腐蚀技术(BESOI)

1.2.3 智能剥离(Smart—Cut)技术

1.3 SiGeOI材料发展应用

1.3.1 SiGe材料在微电子技术中应用

1.3.2 SiGe材料的性质和特点

1.3.3 SiGeOI材料

1.3.4 SiGeOI材料的制备

1.4 本论文工作

第二章 厚膜SOI材料制备研究

2.1 厚膜SOI材料制备

2.1.1 厚膜SOI材料制备步骤

2.1.2 制备原理

2.2.厚膜SOI材料性能表征

2.2.1 厚膜SOI材料SE测试

2.2.2 厚膜SOI材料结构表征

2.2.3 卢瑟福背散射技术分析外延层晶体质量

2.2.4 厚膜SOI材料电阻率分析

2.2.5 热处理对SOI衬底和厚膜SOI材料的影响

2.2.6 厚膜SOI材料缺陷密度表征

2.2.7 表面与界面AFM表征

2.3 厚膜SOI材料光传输实验

2.3.1 脊型SOI波导制备

2.3.2 波导测试

2.4 本章小结

第三章 不同氧注入剂量对外延厚膜SOI材料的影响

3.1 实验过程

3.1.1 SOI衬底制备

3.1.2 外延生长制各厚膜SOI村料

3.2 样品表征

3.2.1 Secco液腐蚀观察缺陷密度

3.2.2 衬底表面表征

3.2.3 透射电镜(TEM)分析

3.2.4 卢瑟福背散射(RBS／C)分析

3.2.5 分析与讨论

3.3 本章小结

第四章 高温氢处理衬底对外延层的影响

4.1 引言

4.2 实验安排

4.3 结果与分析

4.3.1 外延层中缺陷分析

4.3.2 高温氢处理对SOI衬底的影响

4.4 本章小结

第五章 SiGeOI材料制备研究

5.1 SiGe材料生长介绍

5.2 SGOI材料制备方法

5.2.1 SiGe／SOI材料制备

5.2.2 SGOI材料获得和材料表征

5.3 高Ge浓度SiGe／SOI制备SGOI材料

5.3.1 SiGe／SOI材料RBS分析

5.3.2 SiGe／SOI材料Raman分析

5.3.3 SiGe／SOI材料结构TEM分析

5.3.4 SiGe／SOI材料四晶衍射分析

5.3.5 SGOI材料(1#B样品制备)TEM和EDS分析

5.3.6 SGOI材料(1#B样品制备)应变弛豫和成分分析

5.3.7 SGOI材料(1#B样品制备)表面分析

5.3.8 SGOI材料(1#A样品制备)TEM和EDS分析

5.3.9 SGOI材料(1#A样品制备)应变弛豫和成分分析

5.4 低Ge浓度SiGe／SOI制备SGOI材料

5.4.1 SiGe／SOI村料应变弛豫和成分分析

5.4.2 SiGe层氧化过程中成分分析

5.4.3 SGOI材料Raman和X射线四晶衍射分析

5.4.4 SiGe层氧化后表面形貌分析

5.5 本章小结

第六章 注H在制备SiGeOI材料中作用研究

6.1 实验安排

6.2 结果与分析

6.2.1 H离子注入深度模拟

6.2.2 TEM结构分析

6.2.3 AES分析成分变化

6.2.4 AFM表面分析

6.2.5 二次离子质谱分忻(SIMS)

6.2.6 RBS／C分析晶体质量

6.2.7 SGOI材料应变弛豫分析

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

参考文献

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