Calcul théorique et vérification expérimentale pour la réduction de la dislocation dans les couches épitaxiales de germanium avec vides semi-cylindriques sur silicium

Le germanium à faible dislocation de threads est très important pour réaliser des puces photoniques de silicium haute performance. Les vides à l’interface germanium-silicone fonctionnent comme des puits de dislocation pour réduire la densité de dislocation du filetage. Mohammed Faiz, un étudiant en master de mon laboratoire, fera la démonstration de la procédure.

Pour commencer, définissez les zones de croissance du germanium en préparant un fichier de conception avec des motifs de lignes et d’espace et des zones de fenêtres en silicium de forme carrée à l’aide d’un logiciel commercial. Préparez ensuite un masque de croissance épitaxial sélectif en déterminant la largeur de la fenêtre et la largeur du masque, tout en dessinant des rectangles en cliquant sur ouvrir le fichier, puis sur la structure, et sur l’option rectangle ou polyligne à l’aide du logiciel. Pour préparer des substrats de p-silicium dopés au bore avec une résistivité de un à 100 ohms centimètre, ouvrez le couvercle du four tubulaire et chargez les substrats de silicium dans le four à l’aide d’une tige de verre.

Commencez à souffler de l’azote gazeux sec dans le four en ouvrant la vanne de gaz. Réglez ensuite le débit de gaz à 0,5 litre par minute en contrôlant la vanne. Réglez la température de recuit en changeant de programme.

Lorsque la température atteint 900 degrés Celsius, fermez la vanne d’azote sec. Ouvrez la valve d’oxygène sec et conservez-la pendant deux heures. Enduisez les substrats en silicone oxydé d’un tensioactif à l’aide d’une machine à essorer, puis faites-le cuire à 110 degrés Celsius pendant 90 secondes sur une plaque chauffante.

Après l’enrobage du tensioactif, enduire les substrats de silicone d’une résine photosensible à l’aide d’un spin coater comme démontré précédemment. Et puis cuire à 180 degrés Celsius pendant cinq minutes sur une plaque chauffante. Après avoir préparé un révélateur photosensible et un rinçage pour le révélateur dans une chambre de tirage, trempez les substrats de silicone exposés dans le révélateur pendant 60 secondes à température ambiante.

Ensuite, placez les substrats en silicone développés sur une plaque chauffante pour cuire à 110 degrés Celsius pendant 90 secondes. Ensuite, trempez les substrats de silicone dans un acide fluorhydrique tamponné pendant une minute afin d’éliminer une partie des couches de dioxyde de silicium exposées à l’air à la suite de l’exposition et du développement du faisceau d’électrons. Pour éliminer la résine photosensible des substrats en silicone, trempez-la dans un dissolvant de résine photosensible organique pendant 15 minutes, puis dans de l’acide fluorhydrique dilué à 0,5 % pendant quatre minutes pour éliminer l’oxyde natif mince dans les régions de la fenêtre mais pour conserver les masques de dioxyde de silicone.

Pour la croissance épitaxiale au germanium, chargez le silicone avec des masques de croissance épitaxiale sélectifs dans une chambre de verrouillage de charge. Réglez la température de croissance principale du tampon dans l’onglet Recette affiché sur l’ordinateur de fonctionnement. Après avoir déterminé les durées de croissance principale du germanium de sorte que les couches de germanium de croissance épitaxiale sélective fusionnent avec les couches adjacentes, cliquez sur Démarrer dans la fenêtre principale et le substrat de silicone est automatiquement transféré dans la chambre de croissance.

Comme le substrat en silicone est automatiquement transféré de la chambre de croissance à la chambre de sas de charge, purgez la chambre de verrouillage de charge et déchargez le substrat en silicone manuellement. Pour mesurer la densité des fosses de gravure, dissoudre 32 milligrammes d’iode dans 67 millilitres d’acide acétique à l’aide d’une machine de nettoyage à ultrasons. Mélangez l’acide acétique dissous dans l’iode avec 20 millilitres d’acide nitrique et 10 millilitres d’acide fluorhydrique.

Trempez les substrats de silicone cultivés au germanium dans la solution de cocktail acide pendant cinq à sept secondes pour former des noyaux gravés. Observez les surfaces de germanium gravées à l’aide d’un microscope optique pour vous assurer que les fosses gravées se forment avec succès. Pour compter les piqûres gravées, placez l’échantillon de germanium gravé sur une platine AFM, puis approchez-vous de la sonde en cliquant sur approche automatique.

Décidez de la zone d’observation à l’aide d’un microscope optique intégré à un AFM et scannez cinq zones différentes de 10 par 10 micromètres. Les densités de dislocation de filetage dans le germanium coalescent provenant de 113 germanium de croissance épitaxiale sélective à facettes et de forme ronde ont été calculées, démontrant que la génération de dislocations de filetage ne se produit qu’aux interfaces et que les densités de dislocation doivent être réduites avec le rapport d’ouverture. Des images MEB et des cartes de distribution de couches de germanium coalisées ou non coalisées ont été obtenues, ce qui montre que la coalescence a eu lieu lorsque la largeur de la fenêtre est inférieure à un micromètre.

La densité de dislocation de filetage pour le germanium coalisé et le germanium en couverture a été étudiée par l’AFM, ce qui montre que l’épaisseur des couches de germanium a été réduite pour celles cultivées à 700 degrés Celsius. L’interaction de la dislocation du filetage avec la surface a été surveillée par des images STEM et TEM de couches de germanium coalescent, démontrant que l’accumulation de déformation se produit au sommet des vides semi-cylindriques et la relaxation de déformation au niveau de la couche sous-superficielle des vides afin de minimiser son énergie pendant ou après la croissance. Les images TEM d’une couche de germanium coalisé et d’une couche de germanium globuleux montrent que la longueur des lignes de défauts dans le germanium coalisé est plus longue que celle d’une couverture.

Des images TEM d’une petite zone avec une densité de dislocation de filetage élevée ont été obtenues pour les dislocations inclinées, indiquant que la dislocation de la vis disparaissait lorsque le vecteur de diffraction G était modifié. Bien que la dislocation mixte n’ait pas disparu, quel que soit le vecteur de diffraction G choisi. Le protocole le plus important dans cette procédure est le modelage du substrat par lithographie, suivi d’une croissance épitaxiale au germanium.

Et malheureusement, en raison de la différence de machine, nous ne pouvons pas afficher directement le protocole. Au lieu d’utiliser un enginérateur à faisceau d’électrons, i-line step est également l’une des machines qui peuvent effectuer le modelage et l’application à l’épitaxial au germanium sur différents types de second substrat.