Calcolo teorico e verifica sperimentale per la riduzione della dislocazione in strati epitassiali di germanio con vuoti semicilindrici su silicio

Summary

Il calcolo teorico e la verifica sperimentale sono proposti per una riduzione della densità di dislocazione di filettatura (TD) in strati epitassiali di germanio con vuoti semicilindrici su silicio. Vengono presentati calcoli basati sull'interazione di TD e superficie tramite forza dell'immagine, misurazioni TD e osservazioni al microscopio elettronico a trasmissione dei TD.

Abstract

La riduzione della densità di dislocazione della filettatura (TDD) nel germanio epitassiale (Ge) su silicio (Si) è stata una delle sfide più importanti per la realizzazione di circuiti fotonici monoliticamente integrati. Il presente articolo descrive i metodi di calcolo teorico e di verifica sperimentale di un nuovo modello per la riduzione della TDD. Il metodo di calcolo teorico descrive la flessione delle dislocazioni di filettatura (TD) in base all'interazione di TD e superfici di crescita non planari di crescita epitassiale selettiva (SEG) in termini di forza dell'immagine di dislocazione. Il calcolo rivela che la presenza di vuoti sulle maschere SiO₂ aiuta a ridurre il TDD. La verifica sperimentale è descritta dal germanio (Ge) SEG, utilizzando un metodo di deposizione chimica da vapore ad altissimo vuoto e osservazioni TD del Ge cresciuto tramite incisione e microscopio elettronico a trasmissione in sezione trasversale (TEM). Si suggerisce fortemente che la riduzione del TDD sarebbe dovuta alla presenza di vuoti semicilindrici sopra le maschere SiO₂ SEG e alla temperatura di crescita. Per la verifica sperimentale, gli strati di Ge epitassiale con vuoti semicilindrici si formano come risultato del SEG degli strati di Ge e della loro coalescenza. I TDD ottenuti sperimentalmente riproducono i TDD calcolati in base al modello teorico. Le osservazioni TEM in sezione trasversale rivelano che sia la terminazione che la generazione di TD avvengono a vuoti semicilindrici. Le osservazioni TEM in pianta rivelano un comportamento unico dei TD in Ge con vuoti semicilindrici (cioè, i TD sono piegati per essere paralleli alle maschere SEG e al substrato Si).

Introduction

L'epitassial Ge su Si ha attirato notevoli interessi come piattaforma di dispositivi fotonici attivi poiché Ge può rilevare / emettere luce nel campo di comunicazione ottica (1,3-1,6 μm) ed è compatibile con le tecniche di elaborazione Si CMOS (complementary metal oxide semiconductor). Tuttavia, poiché la mancata corrispondenza del reticolo tra Ge e Si è grande come il 4,2%, le dislocazioni di filettatura (TD) si formano negli strati epitassiali di Ge su Si ad una densità di ~ 10⁹ / cm². Le prestazioni dei dispositivi fotonici Ge sono deteriorate dai TD perché i TD funzionano come centri di generazione di portatori nei fotorivelatori Ge (PD) e mo....

Protocol

1. Procedura teorica di calcolo

1. Calcola le traiettorie dei TD. Nel calcolo, supponiamo che le maschere SEG siano abbastanza sottili da ignorare l'effetto ART sulla riduzione TDD.
   1. Determinare le superfici di crescita ed esprimerle per equazione. Ad esempio, esprimere l'evoluzione temporale di una sezione trasversale di forma rotonda di uno strato SEG Ge con il parametro di evoluzione temporale n = i, altezze SEG Ge (h i) e raggi SEG Ge (r _i), come mostrato nel video supplementare 1a ed Eq. (1):
      

Results

Calcolo teorico

La Figura 3 mostra le traiettorie calcolate dei TD in 6 tipi di strati Ge coalescenti: qui, definiamo il rapporto di apertura (APR) come finestra W /_{(finestra W} +_{maschera W).} La figura 3a mostra un Ge coalescente di origine SEG di forma rotonda di APR = 0,8. Qui, 2/6 TD sono intrappolati.

Discussion

Nel presente lavoro, sono stati mostrati sperimentalmente TDD di 4 x 10⁷/cm² . Per un'ulteriore riduzione del TDD, ci sono principalmente 2 passaggi critici all'interno del protocollo: preparazione della maschera SEG e crescita del Ge epitassiale.

Il nostro modello mostrato in Figura 4 indica che il TDD può essere ridotto al di sotto di 10⁷/cm² in Ge coalescente quando APR, W window/(W_window +_{W mask}.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AFM	SII Nanotecnologia	SPI-3800N
BHF	DAIKIN	BHF-63U
Progettazione CAD	AUTODESK	AutoCAD 2013	Software
CH3COOH	Kanto-Kagaku	Acido acetico	per l'elettronica
CVD	Canon ANELVA	I-2100 SRE
Sviluppatore	ZEON	ZED
Risciacquo sviluppatore	ZEON	ZMD
EB WRITER	ADVANTEST	F5112+VD01
Forno	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	per Elettronica
I2	Kanto-Kagaku	Iodio 100g
Photoresist	ZEON	ZEP520A
Fotoresist Remover	Tokyo Ohka	Hakuri-104
Tensioattivo	Tokyo	Ohka OAP
TEM	JEOL	JEM-2010HC