超薄SiGe虛擬襯底的制備與建模.pdf

1、在Moore定律的推動下，晶體管尺寸逐漸縮小，集成電路集成度越來越高，當(dāng)特征尺寸進(jìn)入到納米量級，晶體管性能會受到小尺寸效應(yīng)的影響。包括SiGe材料在內(nèi)的應(yīng)變Si技術(shù)，以其諸多優(yōu)點成為現(xiàn)階段保持Moore定律、同時提升器件性能的新材料技術(shù)。
　　SiGe虛擬襯底主要是通過SiGe與Si材料間的晶格失配在溝道中引入應(yīng)變。因而要實現(xiàn)性能優(yōu)良的應(yīng)變Si/SiGe器件需要制備出高質(zhì)量的弛豫SiGe薄膜。良好的SiGe虛擬襯底要有高弛豫度、低

2、缺陷密度、低表面粗糙度以及較薄的厚度，但這幾項指標(biāo)之間互有影響甚至互相對立。為了獲得高質(zhì)量且薄的SiGe虛擬襯底，本論文通過對 SiGe合金材料應(yīng)變弛豫機理的研究，設(shè)計出制備超薄 SiGe虛擬襯底的方案并成功制備，并針對離子注入致超薄SiGe虛擬襯底應(yīng)變弛豫的過程構(gòu)建模型。
　　本論文從SiGe和Si的晶格失配入手，闡明了SiGe中應(yīng)變產(chǎn)生的原因；通過分析SiGe中應(yīng)變弛豫與SiGe/Si界面處失配位錯的關(guān)系，解釋了SiGe外延薄

3、膜應(yīng)變弛豫的機理，給出了常見的臨界厚度模型。
　　本論文在研究位錯與應(yīng)變弛豫關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合SiGe合金的制備技術(shù)及常見的虛擬襯底的實現(xiàn)方法，設(shè)計出兩種超薄SiGe虛擬襯底制備方案，經(jīng)對比選擇后采用 Ar+離子注入的方案。針對此方案設(shè)計實驗條件并成功制備出厚度僅為200nm的超薄SiGe虛擬襯底；同時研究了虛擬襯底的測試表征技術(shù)，對制備成功的超薄虛擬襯底進(jìn)行測試、計算及分析，結(jié)果表明虛擬襯底的Ge含量為19.93％，弛豫度高達(dá)8

4、1.51%。
　　本論文針對離子注入致超薄SiGe虛擬襯底應(yīng)變弛豫的過程進(jìn)行了建模。針對彈性多層薄膜系統(tǒng)，本文在已有的熱應(yīng)力失配模型的基礎(chǔ)上，建立了由晶格失配引起的多層薄膜系統(tǒng)的應(yīng)變分布物理模型，并推導(dǎo)出了其解析表達(dá)式；并進(jìn)一步考慮到離子注入所導(dǎo)致的空位缺陷，將其納入到多層薄膜系統(tǒng)的應(yīng)變分布模型中，給出了離子注入所致的空位缺陷密度與弛豫度之間的解析關(guān)系式；將此模型應(yīng)用的Si/SiGe雙層系統(tǒng)構(gòu)成的虛擬襯底中，得到了與實驗數(shù)據(jù)較好的