UHVCVD外延生长——薄硅及锗硅单晶薄膜

【摘要】：本文利用超高真空化学气相沉积(UHV／CVD)技术，在低温生长环境(500-660℃)对薄硅外延及锗硅外延工艺进行了摸索。主要包括锗硅单层和多层结构外延过程生长特性及表征，以及生长机理的研究。 使用实验室自行研制的UHV／CVD—Ⅱ外延设备，在低温下(500-650℃)外延生长了大面积均匀的薄硅单晶外延片，系统研究了UHV／CVD系统硅外延的生长速率曲线；并对外延片在高频领域的应用进行了初步探索。 成功的在500-660℃范围内生长出高质量、宽范围(0.127≤X≤0.56)的锗硅外延层，并对外延生长条件进行了优化。为在外延前获得洁净的初始表面，我们对比分析了H键饱和、GeH_4清洗、原位热处理三种清洗方法在低温中的效果。利用Nomarski显微镜、原子力显微镜、高分辨X射线洐射仪、拉曼光谱、二次离子质谱及透射电镜对外延层的表面形貌、晶体质量、Ge成份、应变程度、界面特性等进行了研究。并且对不同温度、Ge成份下生长模式与应变驰豫机理进行了探讨。我们对比气体中Ge的比例与外延层中Ge的成份，发现薄膜中Ge含量随温度有略微波动，在高的硅烷／锗烷气体比时，随温度略呈下降，在低气体比时，随温度变化并不规则；并且固定气体比时，随着流量增大而略微下降。同时研究了不同Ge含量时温度对生长速率的影响，在低温时(510℃)，沉积速率随Ge含量呈上升关系，但在较高温度时，生长速率先上升，然后又随着Ge含量增加而下降。通过生长温度与反应气体流量的调整，我们总结了锗硅外延的优化生长条件。 同时我们对成份渐变缓冲层和多层结构也进行了研究。在该生长温度下生长厚度已经超过它的二维生长临界厚度情况下，能够生长出周期性好、界面平整度高的多层结构，有效避免了三维岛状生长模式界面的原子互扩散。