Cálculo teórico y verificación experimental para la reducción de la dislocación en capas epitaxiales de germanio con huecos semicilíndricos en silicio

Summary

Se propone el cálculo teórico y la verificación experimental para una reducción de la densidad de dislocación de roscado (TD) en capas epitaxiales de germanio con huecos semicilíndricos en silicio. Se presentan cálculos basados en la interacción de TD y superficie a través de la fuerza de imagen, mediciones de TD y observaciones de microscopio electrónico de transmisión de TD.

Abstract

La reducción de la densidad de dislocación de roscado (TDD) en germanio epitaxial (Ge) sobre silicio (Si) ha sido uno de los desafíos más importantes para la realización de circuitos fotónicos monolíticamente integrados. El presente artículo describe métodos de cálculo teórico y verificación experimental de un nuevo modelo para la reducción de TDD. El método de cálculo teórico describe la flexión de las dislocaciones de roscado (TD) basadas en la interacción de TD y superficies de crecimiento no planas de crecimiento epitaxial selectivo (SEG) en términos de fuerza de imagen de dislocación. El cálculo revela que la presencia de huecos en las máscaras de_SiO2 ayuda a reducir el TDD. La verificación experimental se describe mediante SEG de germanio (Ge), utilizando un método de deposición química de vapor de ultra alto vacío y observaciones TD del Ge cultivado a través de grabado y microscopio electrónico de transmisión transversal (TEM). Se sugiere encarecidamente que la reducción de TDD se deba a la presencia de huecos semicilíndricos sobre las máscaras de SiO₂ SEG y la temperatura de crecimiento. Para la verificación experimental, se forman capas epitaxiales de Ge con huecos semicilíndricos como resultado de SEG de capas de Ge y su coalescencia. Los TDD obtenidos experimentalmente reproducen los TDD calculados basados en el modelo teórico. Las observaciones transversales de TEM revelan que tanto la terminación como la generación de TD ocurren en vacíos semicilíndricos. Las observaciones TEM de vista en planta revelan un comportamiento único de los TD en Ge con vacíos semicilíndricos (es decir, los TD se doblan para ser paralelos a las máscaras SEG y al sustrato Si).

Introduction

Epitaxial Ge en Si ha atraído intereses sustanciales como una plataforma de dispositivo fotónico activo ya que Ge puede detectar / emitir luz en el rango de comunicación óptica (1.3-1.6 μm) y es compatible con las técnicas de procesamiento de Si CMOS (semiconductor complementario de óxido metálico). Sin embargo, dado que el desajuste de la red entre Ge y Si es tan grande como 4.2%, las dislocaciones de roscado (TD) se forman en capas epitaxiales de Ge en Si a una densidad de ~ 10⁹ / cm². El rendimiento de los dispositivos fotónicos Ge se ve deteriorado por los TD porque los TD funcionan como centros de generación de portadoras en fotodetectores d....

Protocol

1. Procedimiento teórico de cálculo

1. Calcular trayectorias de TD. En el cálculo, supongamos que las máscaras SEG son lo suficientemente delgadas como para ignorar el efecto ART en la reducción de TDD.
   1. Determine las superficies de crecimiento y expréselas mediante ecuaciones. Por ejemplo, exprese la evolución temporal de una sección transversal de forma redonda de una capa SEG Ge con el parámetro de evolución temporal n = i, las alturas SEG Ge (h i) y los radios SEG Ge (r_i), como se muestra en el Video Suplementario 1a y Eq. (1):
      

Results

Cálculo teórico

La Figura 3 muestra las trayectorias calculadas de TD en 6 tipos de capas de Ge fusionadas: aquí, definimos la relación de apertura (APR) como W ventana / (_ventana W + _máscara W). La Figura 3a muestra un origen SEG de forma redonda fusionado Ge de APR = 0.8. Aquí, 2/6 TDs están atrapados.

Discussion

En el presente trabajo, se mostraron experimentalmente TDD de 4 x 10⁷/^cm2 . Para una mayor reducción de TDD, hay principalmente 2 pasos críticos dentro del protocolo: preparación de la máscara SEG y crecimiento epitaxial de GE.

Nuestro modelo que se muestra en la Figura 4 indica que TDD puede reducirse por debajo de 10⁷ / cm² en Ge fusionado cuando APR, ventana W / (_ventana W +_máscara W),.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AFM	SII Nanotecnología	SPI-3800N
BHF	DAIKIN	BHF-63U
Diseño	CAD AUTODESK AutoCAD	2013	Software
CH3COOH	Kanto-Kagaku	Ácido Acético	para Electrónica
CVD	Canon ANELVA	I-2100 SRE
Desarrollador	ZEON
Enjuague de revelador	ZEON	ZMD
EB escritor	ADVANTEST	F5112+VD01
Horno	Koyo Thermo System	KTF-050N-PA
HF, 0.5 %	Kanto-Kagaku	0.5 % HF
HF, 50 %	Kanto-Kagaku	50 % HF
HNO3, 61 %	Kanto-Kagaku	HNO3 1.38	para Electrónica
I2	Kanto-Kagaku	Yodo 100g
Photoresist	ZEON	ZEP520A
Removedor Photoresist	Tokyo Ohka	Hakuri-104
Surfactante	Tokyo Ohka	OAP
TEM	JEOL JEM-2010HC