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SOI基锗硅弛豫研究及绝缘体上应变硅材料制备

金波  
【摘要】:应变硅(Strained Silicon)材料是一种新型的电子材料,主要是利用异质外延技术,在弛豫的锗硅(Relaxed SiGe)合金衬底上制备得到一层处于双向压应力状态下的硅层。由于应变硅层中硅的能带在应力状态下由六个能谷分裂为4个高能能谷和2个低能能谷,因而能够同时提高空穴和电子的迁移率,用作器件的沟道材料能够兼顾器件的高速度和低功耗的要求。并且应变硅材料和现有的硅集成电路的工艺完全兼容,对超大规模集成电路的发展有着相当重要的意义。 通常制备应变硅材料,需要高度弛豫、位错密度较低的SiGe合金作为衬底,而SiGe衬底带来的合金散射将会降低载流子的传输效率,同时对于光刻工艺而言,几微米厚的SiGe衬底也是难以处理的。为了消除SiGe层,人们将已经成熟的绝缘体上硅(SOI)技术和应变硅技术相结合,而形成新的绝缘体上的应变硅(Strained Silicon on Insulator,SSOI)技术,不但可以降低SiGe衬底带来的合金散射,还可以解决由于SiGe衬底厚度所带来的光刻方面的问题,同时还充分兼备了SOI技术的优点,因而SSOI技术是目前国际半导体领域研究的热点和重点之一。 现有报道的制备SSOI的方法是采用智能剥离(Smart Cut)技术。将在弛豫的SiGe衬底上外延的应变硅层,与表面氧化的硅片键合在一起,然后通过离子注入的方法将SiGe从应变硅层剥离,从而制备得到SSOI结构。这种方法目前还在实验室阶段,无法进行批量生产。 在研究应变SiGe合金的弛豫现象时,人们发现,当SiGe外延在超薄的SOI衬底上时,不但SiGe合金的弛豫度得到提高,而且由于弛豫而带来的位错密度也得到了大幅度的下降。进一步的研究还发现SOI顶层硅层在SiGe合金弛豫以后,具有一定程度的应变存在。在本文工作中,我们深入探讨了外延在超薄的SOI衬底上的应变SiGe合金的弛豫机理。结果表明在SiGe薄膜和SOI衬底之间存在着一个


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