Теоретический расчет и экспериментальная проверка уменьшения дислокаций в эпитаксиальных слоях германия с полуцилиндрическими пустотами на кремнии

Германий с низкой дислокацией резьбы очень важен для реализации высокопроизводительных кремниевых фотонных чипов. Пустоты на границе раздела германия и силикона работают как стоки дислокаций, снижая плотность дислокаций резьбы. Демонстрировать процедуру будет Мохаммед Фаиз, студент магистратуры из моей лаборатории.

Для начала определите зоны роста германия, подготовив файл проекта с шаблонами линий и пространств, а также квадратными областями кремниевых окон с помощью коммерческого программного обеспечения. Затем подготовьте выборочную эпитаксиальную маску роста, определив ширину окна и ширину маски, в то время как рисуйте прямоугольники, щелкнув по «Открыть файл», затем «Структура» и «Прямоугольник» или «Полилиния» с помощью программного обеспечения. Чтобы получить легированные бором-кремниевые подложки с удельным сопротивлением от одного до 100 Ом сантиметра, откройте крышку трубчатой печи и загрузите кремниевые подложки в печь с помощью стеклянного стержня.

Начните выдувать сухой газообразный азот в печь, открыв газовый клапан. Затем установите расход газа на уровне 0,5 литра в минуту, управляя клапаном. Установите температуру отжига, изменив программу.

Когда температура достигнет 900 градусов по Цельсию, закройте клапан сухого азота. Откройте сухой кислородный клапан и держите его в течение двух часов. Покройте оксидированные силиконовые подложки поверхностно-активным веществом с помощью отверждателя, а затем запекайте его при температуре 110 градусов Цельсия в течение 90 секунд на горячей плите.

После нанесения покрытия поверхностно-активным веществом нанесите на силиконовые подложки фоторезист с помощью вращающегося коатера, как было показано ранее. А затем выпекать при температуре 180 градусов Цельсия в течение пяти минут на горячей плите. После приготовления проявителя фоторезиста и промывки для проявителя в вытяжной камере опустите экспонированные силиконовые подложки в проявитель на 60 секунд при комнатной температуре.

Затем выложите разработанные силиконовые подложки на горячую плиту для запекания при температуре 110 градусов Цельсия в течение 90 секунд. Затем погрузите силиконовые подложки в буферную фтористоводородную кислоту на одну минуту, чтобы удалить часть слоев диоксида кремния, подвергшихся воздействию воздуха в результате воздействия и развития электронного пучка. Чтобы удалить фоторезист с силиконовых подложек, окуните его в органическое средство для удаления фоторезиста на 15 минут, а затем в 0,5% разбавленную фтористоводородную кислоту на четыре минуты, чтобы удалить тонкий нативный оксид в оконных областях, но сохранить маски из диоксида силикона.

Для эпитаксиального роста германия загрузите силикон с селективными эпитаксиальными масками роста в камеру загрузочного замка. Установите основную температуру роста буфера на вкладке Рецепт, отображаемой на рабочем компьютере. После определения продолжительности основного роста германия таким образом, чтобы селективные эпитаксиальные слои роста германия слились с соседними, нажмите кнопку «Пуск» в главном окне, и силиконовая подложка автоматически перейдет в камеру выращивания.

Когда силиконовая подложка автоматически перемещается из камеры выращивания в камеру загрузочного шлюза, проветрите камеру загрузочного замка и выгрузите силиконовую подложку вручную. Для измерения плотности ямы травления растворите 32 миллиграмма йода в 67 миллилитрах уксусной кислоты с помощью ультразвуковой очистительной машины. Смешайте растворенную в йоде уксусную кислоту с 20 миллилитрами азотной кислоты и 10 миллилитрами фтористоводородной кислоты.

Опустите выращенные германием силиконовые подложки в раствор кислотного коктейля на пять-семь секунд, чтобы образовались протравленные ямки. Наблюдайте за травлеными германиевыми поверхностями с помощью оптического микроскопа, чтобы убедиться в успешном формировании протравленных ямок. Чтобы подсчитать протравленные ямки, поместите протравленный германиевый образец на столик АСМ, а затем подойдите к зонду, нажав кнопку «Автоматический подход».

Определите зону наблюдения с помощью оптического микроскопа, интегрированного в АСМ, и отсканируйте пять различных областей размером 10 на 10 микрометров. Были рассчитаны плотности дислокаций резьбы в коалесцном германии, полученном из 113 фасетного и округлого селективного эпитаксиального роста германия, показавшие, что генерация дислокаций резьбы происходит только на границах раздела и плотности дислокаций должны быть уменьшены с помощью коэффициента апертуры. Были получены СЭМ-изображения и карты распределения коалесцированных или некоалесцированных слоев германия, которые показывают, что коалесценция происходила, когда ширина окна меньше одного микрометра.

Плотность дислокаций нитей для коалесцированного и покровного германия была изучена с помощью AFM, которая показала, что толщина слоев германия была уменьшена для слоев, выращенных при температуре 700 градусов Цельсия. Взаимодействие дислокаций резьбы с поверхностью отслеживалось с помощью STEM и TEM-изображений коалесцированных слоев германия, демонстрирующих, что накопление деформации происходит в верхней части полуцилиндрических пустот и релаксация деформации в подповерхностном слое пустот с целью минимизации ее энергии во время или после роста. На ПЭМ-изображениях слоя коалесцированного и покровного германия видно, что длина линий дефектов в коалесцированном германии больше, чем в бланкете.

Для наклонных дислокаций получены ПЭМ-изображения небольшой области с высокой плотностью дислокаций резьбы, свидетельствующие о том, что дислокация винта исчезла при изменении дифракционного вектора G. При этом смешанная дислокация не исчезала, какой бы вектор дифракции G ни был выбран. Наиболее важным протоколом в этой процедуре является структурирование субстрата с помощью литографии с последующим эпитаксиальным ростом германия.

И, к сожалению, из-за разницы в машине мы не можем напрямую показать протокол. Вместо использования электронно-лучевого пишущего аппарата, i-line step также является одной из машин, которые могут выполнять моделирование и наносить германиевый эпитаксиал на различные типы второй подложки.