UHVCVD外延生长-薄硅及锗硅单晶薄膜

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1、浙江大学硕士学位论文UHVCVD外延生长——薄硅及锗硅单晶薄膜姓名：崔继峰申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：叶志镇20040101UHV／CVD外延生长⋯薄琏及锗硅单晶薄膜摘要本文利用超高真空化学气相沉积(UHV／CVD)技术，在低温生长环境(500．660。C)对薄硅外延及锗硅外延工艺进行了摸索。主要包括锗硅单层和多层结构外延过程生长特性及表征，以及生长机理的研究。使用实验室自行研制的UHV／CVD--lI外延设备，在低温下(500—650。C)外延生长了大面积均匀的薄硅单晶外延片，系统研究了UHV／

2、CVD系统硅外延的生长速率曲线；并对外延片在高频领域的应用进行了初步探索。成功的在500．660℃范围内生长出高质量、宽范围(0．127≤x≤0．56)的锗硅外延层，并对外延生长条件进行了优化。为在外延前获得洁净的初始表面，我们对比分析了H键饱和、GeH4清洗、原位热处理三种清洗方法在低温中的效果。利用Nomarski显微镜、原子力显微镜、高分辨x射线行亍射仪、拉曼光谱、二次离子质谱及透射电镜对外延层的表面形貌、晶体质量、Ge成份、应变程度、界面特性等进行了研究。并且对不同温度、Ge成份下生长模式与应变驰豫机理进行了

3、探讨。我们对比气体中Ge的比例与外延层中Ge的成份，发现薄膜中Ge含量随温度有略微波动，在高的硅烷／锗烷气体比时，随温度略呈下降，在低气体比时，随温度变化并不规则；并且固定气体比时，随着流量增大而略微下降。同时研究了不同Ge含量时温度对生长速率的影响，在低温时(5109C)，沉积速率随Ge含量呈上升关系，但在较高温度时，生长速率先上升，然后又随着Ge含量增加而下降。通过生长温度与反应气体流量的调整，我们总结了锗硅外延的优化生长条件。同时我们对成份渐变缓冲层和多层结构也进行了研究。在该生长温度下生长厚度已经超过它的二维

4、生长临界厚度情况下，能够生长出周期性好、界面平整度高的多层结构，有效避免了三维岛状生长模式界面的原子互扩散。—塑兰查兰丝燮墼望坚兰竺∑堡竺笙兰墨：：：蔓壁垄堕堡兰璺翌堕AbstractThisthesisworkmainlyinvolvesthedepositionandcharacterizationofundopedSil．xGexsingle-layerandmulti—layerstructureaswellasthestudiesofSil．xGexgrovc{hkinetics．Thedeposition

5、ofSiliconandfabricationofSBDisalsoincludedinthearticle．AprocedurehasbeendevelopedandoptimizedforthedepositionofhighqualityheteroepitaxialSil．xGexlayersattemperaturesfrom500to660。CusingUltrahighVacuumChemicalVaporDeposition(UHV／CVD)reactorwithsilaneandgermaneass

6、ourcegases．ThreedifferentcleaningmethodwereexaminedduringtheSiJ-xG氐depositionprocess．Thesurfacemorphology,crystallineperfection，GecontentandstressofthedepositedfilmswerecharacterizedbyNomarskimicroscopy,atomicforcemicroscopy,highresolutionX—raydiffractometry，Ra

7、manscatteringspectroscopy,secondaryionmassspectrometryandTEM．ThestrainrelaxationmechanismwerestudiedwithtemperatureandgerrnaniumdependenciesofSiI．xGexgrowthmodes．ItWasdemonstratedthathighqualitylayersofSit—xGexsinglelayerswithgermaniumcontentsof≤O．56couldbegrow

8、n012siliconsubstratesattemperatures500—6609C，Asublinearrelationshipwasobservedbetweengermaniumincorporationandgermanefraction．Theamountofincorporatedgermaniumslightlyincreas