실리콘에 반원통형 공극이 있는 게르마늄 에피택셜 층의 전위 감소에 대한 이론적 계산 및 실험적 검증

Summary

실리콘에 반원통형 공극이 있는 게르마늄 에피택셜 층에서 나사산 전위(TD) 밀도를 줄이기 위해 이론적 계산 및 실험적 검증이 제안됩니다. 이미지 힘을 통한 TD와 표면의 상호 작용, TD 측정 및 TD의 투과 전자 현미경 관찰을 기반으로 한 계산이 제공됩니다.

Abstract

실리콘(Si)의 에피택셜 게르마늄(Ge)에서 스레딩 전위 밀도(TDD)의 감소는 모놀리식 집적 포토닉스 회로를 실현하기 위한 가장 중요한 과제 중 하나였습니다. 본 논문은 TDD 감소를 위한 새로운 모델의 이론적 계산 및 실험적 검증 방법을 설명합니다. 이론적 계산 방법은 전위 이미지 힘 측면에서 선택적 에피택셜 성장(SEG)의 TD와 비평면 성장 표면의 상호 작용을 기반으로 하는 스레딩 전위(TD)의 굽힘을 설명합니다. 계산에 따르면 SiO₂ 마스크에 공극이 존재하면 TDD를 줄이는 데 도움이됩니다. 실험적 검증은 초고진공 화학 기상 증착 방법과 에칭 및 단면 투과 전자 현미경(TEM)을 통해 성장한 Ge의 TD 관찰을 사용하여 게르마늄(Ge) SEG로 설명됩니다. TDD 감소는_SiO2 SEG 마스크 및 성장 온도에 대한 반원통형 공극의 존재 때문일 것이라고 강력히 제안된다. 실험적 검증을 위해, 반원통형 공극을 갖는 에피택셜 Ge 층은 Ge 층의 SEG와 그 합체의 결과로 형성된다. 실험적으로 획득된 TDD는 이론적 모델에 기초하여 계산된 TDD를 재현한다. 단면 TEM 관찰은 TD의 종단과 생성이 모두 반원통형 공극에서 발생한다는 것을 보여줍니다. 평면도 TEM 관찰은 반원통형 공극이 있는 Ge에서 TD의 고유한 거동을 보여줍니다(즉, TD는 SEG 마스크 및 Si 기판과 평행하게 구부러짐).

Introduction

Epitaxial Ge on Si는 광통신 범위 (1.3-1.6 μm)에서 빛을 감지 / 방출 할 수 있고 Si CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 처리 기술과 호환되기 때문에 능동적 인 광자 소자 플랫폼으로 상당한 관심을 끌었습니다. 그러나, Ge와 Si 사이의 격자 불일치가 4.2 %만큼 크기 때문에, 스레딩 전위 (TDs)는 ~ 10⁹ / cm²의 밀도로 Si의 Ge 에피 택셜 층에 형성된다. TD는 Ge 광검출기(PD) 및 변조기(MOD)에서 캐리어 생성 센터로 작동하고 레이저 다이오드(LD)에서 캐리어 재결합 센터로 작동하기 때문에 Ge 광자 장치의 성능이 TD에 의해 저하됩니다. 차례로, 그들은 PD와 MOD들 ^1,2,3에서 역 누설 전류(J_누설)를 증가시킬 것이고, LD들 ^4,5,6

Protocol

1. 이론적 계산 절차

1. TD의 궤적을 계산합니다. 계산에서 SEG 마스크가 TDD 감소에 대한 ART 효과를 무시할 수 있을 만큼 얇다고 가정합니다.
   1. 성장 표면을 결정하고 방정식으로 표현합니다. 예를 들어, 보충 비디오 1a 및 식 (1)에 표시된 대로 시간 진화 매개변수 n = i, SEG Ge 높이(h i) 및 SEG Ge 반지름(r _i)을 사용하여 SEG Ge 레이어의 둥근 모양 단면의 시간 진화를 표현합니다.
      
   2. 성장 표면의 임의 위치에 대한 수직 방향을 결정합니다. 둥근 형상 단면 SEG Ge의 경우, (xi, yi)에서의 법선 선을 보충 비디오 1b에 빨간색 선으로 표시한 바와 같이

Results

이론적 계산

그림 3은 6가지 유형의 유착된 Ge 레이어에서 계산된 TD의 궤적을 보여줍니다. 여기서는 조리개 비율(APR)을 W_창/(W_창 + W_마스크)로 정의합니다. 도 3a 는 APR=0.8의 Ge가 합쳐진 둥근 형상의 SEG 원점을 나타낸다. 여기에 2/6 TD가 갇혀 있습니다. 그림 3b 는 APR=0.8의 {113}면 SEG 원점 병합 Ge를 보여줍니다. 여기서 0/6 TD가 갇혀 있습니다. 도 3c 는 APR=0.1의 Ge가 유착된 둥근 형상의 SEG 원.......

Discussion

본 연구에서, 4 x 10⁷/^cm2 의 TDD를 실험적으로 나타내었다. 추가 TDD 감소를 위해 프로토콜 내에는 주로 SEG 마스크 준비 및 에피택셜 Ge 성장의 2가지 중요한 단계가 있습니다.

그림 4에 표시된 모델은 APR, W_창 / (W_창 + W_마스크)가 0.1만큼 작을 때 유착 된 Ge에서 TDD가 10⁷ / cm²보다 낮게 감소 될 수 있음을 나타냅니다. TDD를 추가로 줄이려면 APR이 더 작은 SEG 마스크를 준비해야 합니다. 단계 2.1.2에서 언급한 바와 같이, W_윈도우 및 W_마스크의 최소값은 각각 0.5 μm 및 0.3 μm이며, 이는 채용된 EB 리소그래피 시스템에서의 분해능에 의해 제한된다. APR을 감소시키는 한 가지 간단한 방법.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AFM	SII NanoTechnology	SPI-3800N
BHF	DAIKIN	BHF-63U
CAD 디자인	AUTODESK	AutoCAD 2013	소프트웨어
CH3COOH	Kanto-Kagaku	전자공학용	아세트산
CVD	Canon ANELVA	I-2100 SRE
개발자	ZEON	ZED
개발자 린스	ZEON	ZMD
EB 라이터	ADVANTEST	F5112+VD01
Furnace	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	전자 I
2	Kanto-Kagaku	요오드 100g
포토레지스트	ZEON	ZEP520A
포토레지스트 제거제	Tokyo Ohka	Hakuri-104
계면활성제	Tokyo	Ohka OAP
TEM	JEOL	JEM-2010HC