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《清华大学》 2007年
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应变锗材料的制备及其表征

刘佳磊  
【摘要】: 高迁移率材料技术由于其可以缓解器件等比例缩小过程中日益严重的载流子迁移率下降的问题而受到越来越多的关注。锗(Ge)具有很高的空穴迁移率,这一特性使得Ge沟道技术成为一种非常引人注目的新技术。本论文对应变Ge材料的制备及其表征进行了广泛的研究,并且探讨了制备应变Ge沟道器件面临的挑战,开发出了一套新的应变Ge薄膜的制备方法。 本文首先研究了应变锗硅(SiGe)薄膜的高温氧化特性。利用氧化应变SiGe薄膜的方法获得了部分弛豫的高Ge组分SiGe虚衬底。结合离子注入和高温退火技术实现了完全弛豫的高Ge组分SiGe虚衬底材料。氧化后薄膜的表面粗糙度小于1 nm,符合高质量的虚衬底的要求。高Ge组分SiGe虚衬底厚度约50 nm,远低于文献报道的采用其他方法所获得的厚度。 利用超高真空化学汽相淀积(UHV/CVD)设备研究了不同的外延温度对Ge薄膜性质的影响。制备并研究了不同厚度的应变Ge薄膜。在325℃生长出的应变Ge薄膜表面粗糙度小于1nm,厚度约为7nm时,Ge薄膜的应变达到了1.5%。利用UHV/CVD设备研究了在应变Ge上制备应变Si的方法。获得了不同厚度的应变Si薄膜。研究结果表明,温度在550℃左右,Si生长速率比较适中,可以精确控制应变Si外延薄膜的厚度。在550℃制备出的应变Si薄膜表面粗糙度小于1 nm,厚度约2.5 nm时,Si薄膜的应变达到了1.6%。 研究了应变Ge沟道器件制备工艺中的温度窗口。为了防止应变Ge沟道器件的性能退化,各个工艺的温度必须控制在600℃以下。因此开发一套稳定的低于600℃的低温工艺是实现高性能应变Ge沟道MOS器件的关键。提出了一种优化高Ge组分SiGe虚衬底的方法。最后分析了在不同沟道材料上栅介质的选择方案。 本研究为制备应变Ge沟道器件提供了材料,为开发应变Ge技术提供基础实验数据和依据。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN304.05

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