發(fā)布時(shí)間：2017-09-25 00:43

  本文關(guān)鍵詞：SOI、SGOI、GOI材料制備技術(shù)研究

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【摘要】：微電子技術(shù)沿著摩爾定律從65nm、45nm不斷推進(jìn)至當(dāng)前的14nm節(jié)點(diǎn),不遠(yuǎn)的未來(lái)將發(fā)展至10/7nm節(jié)點(diǎn),摩爾定律的發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。研究表明,當(dāng)晶體管柵極長(zhǎng)度小于5nm時(shí),晶體管會(huì)因?yàn)樗泶┬?yīng)而失效。因此,尋找替代硅工藝的材料,成為非常迫切的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。目前,高遷移率SiGe材料已經(jīng)逐步成為主要的溝道材料。根據(jù)ITRS的預(yù)測(cè),在2016～2020年間,溝道材料將過(guò)渡到Ge/Ⅲ-Ⅴ族材料。本論文正是在上述背景下,結(jié)合承擔(dān)的“極大規(guī)模集成電路制造設(shè)備及成套工藝”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“新型硅基應(yīng)變材料研究”和“16/14nm關(guān)鍵工藝研究”課題,開(kāi)展廣泛、深入的研究與開(kāi)發(fā)工作,主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：第一,8英寸sSi、SiGe和Ge材料制備技術(shù)研究；第二,基于層轉(zhuǎn)移技術(shù)制備ETSOI、sSOI、SGOI和GOI材料；第三,開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Simsplit吸附剝離技術(shù)；第四,Simsplit技術(shù)中吸附剝離機(jī)制研究；第五,Simsplit技術(shù)中影響吸附剝離效果因素的研究。取得了如下重要研究成果：1、通過(guò)對(duì)8英寸體硅上外延SiGe材料工藝的系統(tǒng)研究,探索了薄膜的生長(zhǎng)速率、Ge組分與外延溫度、壓強(qiáng)和氣體流量比之間的關(guān)系,深刻研究了不同Ge組分的SiGe薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制。2、使用低溫緩沖層與高低溫外延技術(shù)相結(jié)合的方法成功制備出了8英寸高質(zhì)量的Ge薄膜材料(表面粗糙度小于0.5nm,穿透位錯(cuò)密度為106cm-2量級(jí),均勻分布的0.24%張應(yīng)變),為后續(xù)層轉(zhuǎn)移制備GOI材料奠定基礎(chǔ)。3、利用Smart cut技術(shù)制備了高遷移率SGOI、sSOI和GOI材料系列晶圓片。大量測(cè)試結(jié)果顯示,制備的SGOI、sSOI和GOI材料表現(xiàn)了很高的晶體質(zhì)量：低的表面粗糙度(lnm)和低的穿透位錯(cuò)密度(～105cm-2)。4、基于B摻雜SiGe夾層對(duì)注入H+的強(qiáng)烈吸附作用,開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Simsplit技術(shù)。此技術(shù)可以把傳統(tǒng)Smart cut工藝的注入劑量(6×1016/cm2)降低一半(3×1016/cm2),有效地提高制備效率、降低制備成本。使用此工藝制備的SGOI材料具有良好的特性：平整的剝離界面,粗糙度為1.5nm,無(wú)需后續(xù)化學(xué)機(jī)械拋光處理。5、通過(guò)對(duì)240nm Si/15nm B-doped Si0.70Ge0.30/Si sub.異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行注入3×1016/cm2 H+及退火的研究,分別從原子間成鍵鍵能、界面剪切力、注入損傷區(qū)最大應(yīng)力釋放速率和缺陷演變這四個(gè)方面對(duì)機(jī)理進(jìn)行了解釋。6、進(jìn)一步研究了Simsplit吸附剝離技術(shù)。根據(jù)離子注入及退火工藝的不同,對(duì)比分析了B摻雜SiGe夾層中Ge組分、退火溫度、不同注入能量、不同夾層厚度等因素對(duì)吸附剝離的影響。7、通過(guò)B摻雜SiGe/Si超晶格結(jié)構(gòu)的引入,即使B濃度降低一個(gè)數(shù)量級(jí)(1018 cm-3),B摻雜的超晶格結(jié)構(gòu)對(duì)注入H+仍具有強(qiáng)烈的吸附效果,實(shí)現(xiàn)吸附剝離。另外,創(chuàng)造性地把微波退火引入Simsplit吸附剝離技術(shù)中,實(shí)現(xiàn)了低溫下的吸附剝離,這對(duì)具有高熱失配的材料(如GOI、ⅢVOI等)制備提供了技術(shù)保障。
【關(guān)鍵詞】：絕緣體上應(yīng)變硅 絕緣體上鍺硅 絕緣體上鍺 減壓化學(xué)氣相沉積
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN304
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-36
• 1.1 引言10-11
• 1.2 絕緣體上的硅技術(shù)(Silicon on Insulator：SOI)11-13
• 1.2.1 絕緣體上硅的定義與主要優(yōu)勢(shì)11-13
• 1.2.2 SOI技術(shù)的發(fā)展歷史與新動(dòng)向13
• 1.3 SOI技術(shù)的拓展—應(yīng)變及高遷移率材料的引入13-18
• 1.3.1 SOI技術(shù)中應(yīng)變的引入—sSOI材料14-17
• 1.3.2 SO1技術(shù)中應(yīng)變的引入—高遷移率材料SiGeOI、GeOI17-18
• 1.4 基于絕緣體上材料的MOSFET器件性能參數(shù)18-21
• 1.4.1 MOSFET的工作原理19-20
• 1.4.2 MOSFET的最重要參數(shù)20-21
• 1.5 絕緣體上材料的主要制備技術(shù)21-29
• 1.5.1 SOI材料的主要制備方法21-25
• 1.5.2 SGOI材料的主要制備方法25-27
• 1.5.3 sSOI材料的主要制備方法27-28
• 1.5.4 GOI材料的主要制備方法28-29
• 1.6 本論文的主要研究工作29-30
• 1.7 參考文獻(xiàn)30-36
• 第二章 8英寸體硅上sSi、SiGe、Ge材料外延技術(shù)36-74
• 2.1 減壓化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(RPCVD)介紹36-39
• 2.1.1 RPCVD系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)造36-37
• 2.1.2 襯底材料外延前清潔處理37-38
• 2.1.3 薄膜外延沉積38-39
• 2.2 材料表征與性能測(cè)試介紹39-43
• 2.2.1 離子注入機(jī)39-40
• 2.2.2 XRD四晶衍射儀40-41
• 2.2.3 原子力顯微鏡(AFM)41-42
• 2.2.4 Raman光譜42
• 2.2.5 透射電子顯微鏡(TEM)42
• 2.2.6 二次離子質(zhì)譜(SIMS)42-43
• 2.3 體硅上SiGe材料外延制備43-49
• 2.3.1 襯底溫度對(duì)SiGe外延薄膜的影響43-45
• 2.3.2 氣體流量對(duì)SiGe外延薄膜的影響45-46
• 2.3.3 反應(yīng)壓強(qiáng)對(duì)SiGe外延薄膜的影響46
• 2.3.4 8英寸高質(zhì)量SiGe薄膜制備46-49
• 2.4 體硅上sSi材料外延制備49-59
• 2.4.1 He~+注入致SiGe弛豫技術(shù)研究49-51
• 2.4.2 H~+注入致SiGe弛豫技術(shù)研究51-57
• 2.4.3 He~+注入致SiGe弛豫制備sSi材料表征57-59
• 2.5 體硅上Ge材料外延制備59-70
• 2.5.1 利用低溫B摻雜SiGe緩沖薄層外延高質(zhì)量Ge薄膜59-63
• 2.5.2 利用低溫SiGe/Si超晶格緩沖薄層外延高質(zhì)量Ge薄膜63-66
• 2.5.3 低溫-高溫升溫速率對(duì)外延高質(zhì)量Ge薄膜的影響66-70
• 2.6 本章小結(jié)70
• 2.7 參考文獻(xiàn)70-74
• 第三章 基于層轉(zhuǎn)移技術(shù)制備絕緣體上材料74-98
• 3.1 智能剝離(Smart cut)技術(shù)制備絕緣體上材料74-84
• 3.1.1 8英寸絕緣體上應(yīng)變Si(sSOI)制備74-78
• 3.1.2 8英寸絕緣體上SiGe(SGOI)制備78-80
• 3.1.3 8英寸絕緣體上Ge(GOI)制備80-84
• 3.2 吸附剝離(Simsplit)技術(shù)制備絕緣體上材料84-94
• 3.2.1 Simsplit技術(shù)的介紹及SGOI制備86-90
• 3.2.2 Simsplit技術(shù)制備ETSOI、GOI材料研究90-94
• 3.3 本章小結(jié)94-95
• 3.4 參考文獻(xiàn)95-98
• 第四章 Simsplit技術(shù)及其吸附剝離機(jī)理研究98-128
• 4.1 Simsplit技術(shù)中摻雜夾層對(duì)注入H~+的吸附行為及其機(jī)理研究98-108
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)流程98-99
• 4.1.2 Simsplit技術(shù)中剝離行為測(cè)試表征99-102
• 4.1.3 Simsplit技術(shù)中剝離機(jī)理研究102-108
• 4.2 Simsplit技術(shù)中吸附剝離行為的可控性研究108-120
• 4.2.1 B摻雜SiGe夾層中不同Ge組分對(duì)吸附剝離的影響108-109
• 4.2.2 不同退火溫度對(duì)吸附剝離的影響109-110
• 4.2.3 不同的注入能量對(duì)吸附剝離的影響110-114
• 4.2.4 不同的夾層厚度對(duì)吸附剝離的影響114-117
• 4.2.5 厚膜剝離研究117-120
• 4.3 Simsplit技術(shù)中增強(qiáng)吸附剝離效應(yīng)及其機(jī)理研究120-125
• 4.3.1 增強(qiáng)吸附剝離效應(yīng)—B摻雜SiGe/Si超晶格夾層121-124
• 4.3.2 增強(qiáng)吸附剝離效應(yīng)—微波退火124-125
• 4.4 本章小結(jié)125-126
• 4.5 參考文獻(xiàn)126-128
• 第五章 全文總結(jié)和工作展望128-130
• 5.1 全文總結(jié)128-129
• 5.2 工作展望129-130
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文、申請(qǐng)專利情況130-136
• 致謝136-137

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