（微电子学与固体电子学专业论文）超薄绝缘体上锗goi材料制备及其性质研究.pdf

摘要 g o i ( g e r m a n i u m o n i n s u l a t o r ，g o i ) 材料兼具g e 材料和s o i 材料的双重优 点，成为极具应用前景的新型衬底材料。采用高质量的g o i 材料作为衬底材料 制作m o s f e t s 器件，可以显著提高器件中沟道电子和空穴的迁移率，降低寄 生电容，从而提高器件的性能。因此，制备表面平整、晶格结构完整的g o i 材 料具有重要意义。 本文采用锗浓缩技术对在u h v c v d 系统中外延生长得到的s o i 基s i g e 材 料进行氧化、退火，制备出不同g e 组分的绝缘体上锗硅( s g o i ) 材料，并对其 结构、表面形貌、光学特性等进行表征；利用制得的s o i 、g o i 材料探索了s o i 、 g o i 肖特基源漏结m o s f e t s 器件工艺，并对其电学特性进行表征。本论文的主 要研究内容包括以下三个方面： l 、利用超高真空化学气相淀积系统在减薄的s o i 衬底上外延生长g e 组分为 0 1 9 ，应变弛豫度为1 2 ，表面粗糙度为0 8 n m ，厚度约为7 0 n m 的s i g e 外延层。 2 、采用循环氧化退火的改进型锗浓缩方法制备s g o i 和g o i 材料。通过优化氧 化退火温度和时间，利用s o i 基s i o 8 i g e o 1 9 材料成功制备出g e 组分从o 2 4 到l 的高质量s g o i g o i 材料。研究表明，在氧化退火初始阶段，s i g e 层g e 组分 不断提高，s i g e 层厚度不断减小，由于s i g e 层厚度小于临界厚度，其应变状态 遵循异质结构的临界厚度限制，应变弛豫度较小。当s i g e 层中g e 组分大于o 5 时，氧化引起的s i g e 层厚度的减小变缓，而g e 组分提高导致临界厚度减小， s i g e 层厚度大于临界厚度时，则发生较大的应变弛豫。当形成g o i 时，g e 受 到张应变，此时的应变由热失配主导。在室温下观测到ll n m 厚g o i 样品g e 直 接带跃迁光致发光。 3 、设计并探索了s o i 、g o i 衬底n i s i ( n i g e ) 肖特基源漏结金属栅m o s f e t s 的 制作工艺，制备了栅长为1 5 0 p m ，栅宽为1 6 0 0 1 x m ，环栅面积为2 4 x 1 0 5 岬2 ，栅 氧化层厚度约为3 5 n m 的s o i 、g o i 肖特基结源漏m o s f e t s 。初步测试验证了 其电学特性，器件工艺需要进一步优化。 关键词：锗浓缩；氧化；退火；g o i ；肖特基源漏结m o s f e t s a b s t r a c t g e r m a n i u m o n - i n s u l a t o r ( g 0 0 ，w i t hm e r i t so fg e r m a n i u ma n ds o im a t e r i a l s ，h a s b e c o m ean o v e lp r o m i s i n gs u b s t r a t em a t e r i a l t h ep e r f o r m a n c eo fd e v i c ec a nb e e n h a n c e db yu s i n gh i g hq u a l i t yg o im a t e r i a la st h es u b s t r a t eb e c a u s ei to f f e r s s i g n i f i c a n t l yh i g he l e c t r o na n dh o l em o b i l i t i e si nt h ec h a n n e la n dl o wp a r a s i t i c c a p a c i t a n c e t h e r e f o r e ，i ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c et of a b r i c a t eg o im a t e r i a lw i t h s m o o t hs u r f a c ea n dp e r f e c tl a t t i c es t r u c t u r e s o i - b a s e ds i g em a t e r i a lp r e p a r e db ye p i t a x i a lg r o w t ho fs i g el a y e ro ns 0 1w a f e r i nt h eu l t r a - h i g hv a c u u mc h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n ( u h v c v ) s y s t e mw a su s e dt o f a b r i c a t et h es i g eo ni n s u l a t o r ( s g o i ) s u b s t r a t ew i t hv a r i o u sg ec o n t e n t sb yt h e o x i d a t i o na n da n n e a l i n gp r o c e s s e s t h es t r u c t u r e ，s u r f a c em o r p h o l o g ya n do p t i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fs g 0 1w e r ec h a r a c t e r i z e d t h ed e v i c et e c h n o l o g yp r o c e s so fs o i a n dg o is c h o t t k ys o u r c e d r a i nj u n c t i o nm o s f e t so ns o ia n dg o im a t e r i a l s f a b r i c a t e dw e r ee x p l o r e d ，a n dt h ee l e c t r i c a lp r o p e r t i e so fd e v i c e sw e r ec h a r a c t e r i z e d t h ef o l l o w i n gs t u d i e sw e r ec a r r i e do u ti nt h ep r e s e n tt h e s i s ： 1 s i g ee p i t a x i a ll a y e r ，w i t hg ec o n t e n to fo 19 ，s t r a i nr e l a x a t i o nd e g r e eo f12 ，t h e r m so f0 8 r i m ，a n dt h i c k n e s so fa b o u t7 0 n m ，w a sg r o w no nt h i n n e ds o ii nt h e u l t r a - h i g hv a c u u mc h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n ( u h v c v ) s y s t e m 2 p r e p a r a t i o no fs g o ia n dg o im a t e r i a l su s i n gam o d i f i e dg ec o n d e n s a t i o nm e t h o d o fc y c l i co x i d a t i o na n da n n e a l i n gw a sp e r f o r m e d h i g hq u a l i t ys g o im a t e r i a l sw i t h g ec o n t e n tf r o mo 2 4t o1 ( 0 2 4 x o 。 1 ) w e r es u c c e s s f u l l yp r e p a r e df r o ms o i - b a s e d s i 0 8 1 g e o 1 9i nd r yo x y g e na t m o s p h e r eb yt h eo x i d a t i o na n da n n e a l i n gp r o c e s s e sw i t h ， t e m p e r a t u r ea n dt i m eo p t i m i z e d r e s e a r c hs h o w st h a tt h et h i c k n e s so fs i g el a y e r c o n t i n u a l l ym i n i s h e da st h eg ec o n c e n t r a t i o ni ns i g el a y e ri m p r o v e di nt h ei n i t i a l s t a g eo fo x i d a t i o na n da n n e a l i n gp r o c e s s e s ，a n dt h es t r a i n e dc o n d i t i o no fs g o i f o l l o w e dt h ec r i t i c a lt h i c k n e s sr e s t r i c t i o no fh e t e r o s t r u c t u r eb e c a u s et h es i g el a y e r t h i c k n e s sw a sl e s st h a nt h ec r i t i c a lt h i c k n e s s t h er e d u c t i o no fs i g el a y e rt h i c k n e s s i i a r i s e df r o mo x i d a t i o np r o c e s s e ss l o w e dd o w na st h eg ec o n t e n ti ns i g el a y e r e x c e e d e d0 5 ，a n dt h es t r a i nr e l a x e ds i g n i f i c a n t l ya st h eg ec o n t e n ti m p r o v e db e c a u s e t h es i g el a y e rt h i c k n e s sw a sm o r et h a nt h ec r i t i c a lt h i c k n e s s t h eg el a y e rw a s s u b j e c t e dt ot e n s i l es t r a i na st h ef o r m a t i o no fg o i ，a n dt h es t r a i nw a sd o m i n a t e db y t h e r m a le x p a n s i o nm i s m a t c h t h ed i r e c tb a n dt r a n s i t i o np h o t o l u m i n e s c e n c eo ft h e 1ln m t h i c k g 0 1w a so b s e r v e da tr o o m t e m p e r a t u r e 3 w ed e s i g n e da n de x p l o r e dt h ef a b r i c a t i o np r o c e s s e so fs c h o t t k ys o u r c e d r a i nm e t a l g a t em o s f e t so ns o ia n dg o is u b s t r a t e s ，a n ds 0 1a n dg o im o s f e t sw e r e f a b r i c a t e dw i t hg a t el e n g t h ，w i d t ha n da r e ao f1 5 0 1 x m ，1 6 0 0 i t ma n d2 4 x1 0 5 岬2 ， r e s p e c t i v e l y ap r e l i m i n a r y t e s th a db e e np e r f o r m e dt o v e r i f yt h e e l e c t r i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fd e v i c e s ，a n df u r t h e ro p t i m i z a t i o no ft h ed e v i c et e c h n o l o g yp r o c e s si s n e e d e d k e y w o r d s ：g ec o n d e n s a t i o n ；o x i d a t i o n ；a n n e a l i n g ；g o i ；s c h o t t k ys o u r c e d r a i n j u n c t i o nm o s f e t s i l i 第章绪论 第一章绪论 1 1s g o i 材料研究意义及应用 自从1 9 5 8 年美国德州仪器( t i ) 发明了集成电路( i c ) ，集成电路产业开始迅猛 发展。不断提高的集成度和系统性能是其核心体现，这主要是通过缩小器件的特 征尺寸、增大硅片面积和优化设计来实现。其中，器件的微型化更是由于能同时 提高集成度、性能和减小功耗而成为i c 技术持续发展的关键【l 2 】。目前，以3 2 r i m 为特征线宽的深亚微米集成电路工艺已经进入了工业化阶段，随着集成电路特征 线宽的进一步减小，微电子技术的发展遇到了诸多限制和挑战。由缩小器件的特 征尺寸带来的经济利益正不断下降。因此，寻找新的半导体材料、新的器件结构 及新的器件工艺，是提高器件和电路性能的另一途径【3 j 。 在众多的半导体材料中，应变s i ，s i g e ，g e 材料是近年来发展起来的新一 代硅基材料。g e 材料的电子和空穴迁移率都比s i 材料要高( 2 4 倍) ：g e 材料不 像s i 材料那样容易形成自然氧化层，制备高k 介质时不容易形成额外的中间氧 化层( 高k 介质制备一般是在富氧环境中进行) ，与高k 介质具有更好的兼容性； g e 材料的掺杂激活温度低于s i 材料，有利于形成超浅结，进一步减小器件尺寸。 s i g e 合金，可用改变g e 组分及膜应力的方法调整材料的禁带宽度，以其独有的 优良的异质结构特性及优于s i 的载流子输运特性【4 】，吸引了国内外众多研究者的 关注。此外，s i g e 合金的工艺与成熟的s i 工艺基本兼容，在制作低成本高性能 的i c s 领域，具有很强的市场竞争力。 然而，与体硅器件相比，g e 、s i g e 器件在低功耗、抗辐射、耐高温等方面 的性能并无明显改进。绝缘层上硅( s o i ) 衬底是开发低功耗、抗辐射0 耐高温、 高集成度等新型i c s 的理想平台【5 】，但传统的s o i 电路和器件在本质上并未脱离 体硅材料的物理性能限制，存在高速性能方面的刁 足。在s i g e 和s o i 两种技术 优势的基础上发展起来的绝缘体上锗硅( s g o i ) 、绝缘层上锗( g o i ) 技术是现有工 艺技术水平上可显著提高硅基集成电路性能的有效途径，是c m o s 技术今后的 发展方向之一。g o i 材料也可以作为应变s i 结构的衬底材料，对应变s i 技术有 第章绪论 巨大的推动作用；g o i 结合g a a s 外延技术，在太阳能电池方面有着诱人的应用 前景。 兼具s i g e 和s o i 两种材料优点的s g o i ( g o i ) 材料，在高性能器件中已经显 示了其重要作用。m i z u n o 等人在1 9 9 9 年就报道了利用s g o i 材料制备了应变 p - m o s f e t s 6 1 ，后来又制作了应变c m o s 环形振荡甜7 1 ，都大大提高了器件的性 能。m a e d a 等人所报道的在锗浓缩法制备的g o i 上制作铂锗肖特基源漏 m o s f e t s ，也观察到了载流子迁移率的提高 8 9 】。 1 2s g o i 材料制备方法及其进展 与传统s o i 材料的制备方法类似，目前用于制备s g o i ( g o i ) 材料的主要方 法有注氧隔离( s e p a r a t i o nb yi m p l a n t a t i o no fo x y g e n ，s i m o x ) 技术、智能剥离 ( s m a r t c u t ) 技术、晶片键合与背刻蚀( w a f e rb o n d i n ga n de t c hb a c k ) 技术、锗浓缩 ( g ec o n d e n s a t i o n ) 技术等1 0 1 。 1 注入氧隔离技术 注氧隔离( s i m o x ) 技术是目前主流的s o i 晶圆生产技术。s g o i 的s i m o x 技术的工艺过程与s o i 的类似，过程比较简单，将氧注入s i g e s i 中，经过高温 退火后，得到s i 0 2 埋层，形成s g o i 结构，其工艺流程如图1 1 所示。 一纠：匠匿。+ 脞商霉糜麓箸露答羹露答透 由于s g o i 材料与s o i 材料之间的差异性，s g o i 材料的s i m o x 技术还是 有许多需要改进的地方。直接的s i m o x 技术得到均匀的埋层s i 0 2 往往需要 1 3 0 0 c 高温的长时间退火；大剂量、高注入工艺使得s i g e 非晶化，退火可以一 定程度地改善s i g e 层的结晶质量。s i i x g e x 的熔点随着锗含量的增加逐渐降低， 2 第t + 幸绪论 难以满足高温长时间退火的要求；对于g e 组分较大( x 芝0 1 5 ) 的情况，高温退火过 程使s i g e 层出现严重的g e 流失，形成的s g o i 结构g e 含量降低。z h a n g 等人 研究发现在普通的注入工艺下难以得到高质量的埋氧】。i s h i k a w a 等人利用低能 氧注入的方法，在注入能量2 5 k e v ，注入剂量2 1 0 17 c m 2 ，衬底温度7 0 0 c 的工 艺下得到了完整的s g o i 材料【1 2 舶】，这一研究表明利用优化的s i m o x 工艺可以 制备出组分范围在x 0 1 8 的s g o i 材料。 进一步提高s i g e 层中的g e 含量受限于常规s i m o x 技术的退火工艺，于 是有人就提出了将常规s i m o x 技术得到的低g e 含量的s g o i 结构再进行表层 氧化的技术。m i z u n o 等人【1 5 , 1 6 】结合s i m o x 技术和表层氧化技术( i t o x ) ，其改进 工艺如下：先在s i 片上外延生长g e 组分较低的s i g e 层，利用s i m o x 技术注 氧，高温退火形成埋氧，再利用g e 的表层氧化工艺，将s i g e 表层中的s i 氧化， 促使g e 向下扩散，下层s i g e 中的g e 组分便得到进一步提高。通过这种改进工 艺可以克服s i m o x 技术不能应用于高g e 组分s g o i 制备的难趔1 7 j 。 2 智能剥离技术 智能剥离( s m a r t c u t ) 技术是b r u e l 等人发明的将传统的键合技术和离子注入 技术结合起来的s o i 制备方法【1 8 】，也是法国的s o i t e c 公司目前生产s o i 晶圆采 用的主导技术。s m a r t c u t 技术用于s g o i 的制备的工艺过程如图1 2 【l9 】所示。 键合 e = 令 鬻 鬻缁鲻缁黼 缀：蘑鬟i 爱，荔茏嚣鬻 爱、s i g e 。j 一鬻 is i 魄l 鬻荔 潮 遐火 c = 今 一2 “包层 豳 繁缵缁麟 。一謦，。一- _ m j 警 tttttt 从气泡层处裂开 j iji ij 辫薯，或艺鬻鬻：誊蕤 i 瑷j j 藤s i 0 薹鎏j 囊鬟l l 薹 黼 图1 2s m a r t - c u t 技术制备s g o i 的工艺过程示意图 利用s m a r t c u t 技术制备s g o i 结构的典型工艺如下：先在4 寸 均( 0 0 1 ) s i 片 第。章绪论 上用u h v c v d 技术外延生长s i g e 缓冲层( x = 0 o 2 5 ) ，组分变化率为1 0 g e l a m ， 然后在其上长2 5 岬的s i o 7 5 g e o 2 5 层，生长温度9 0 0 。c ，用c m p 工艺提高材料 平整度至5 n m ，s i g e 层中先注入氢离子，注入能量为5 0 , 2 0 0 k e v ，注入剂量为 5 x 1 0 1 l x l 0 1 7 c m 2 ，形成多孔气泡层，室温下将表层氧化的s i 片与之键合，然 后在4 0 0 6 0 0 c 退火，退火过程气泡层发生剥离，再在8 5 0 退火1 5 小时，改 善键合强度。最后，利用c m p 工艺进一步减薄l o o n m ，以改善s i o 7 5 g e o 2 5 层， 得到s g o i 结构。 s m a r t c u t 技术还可以用于制备g o i 。t r a c y 等人【3 】利用与制备s o i 类似的 s m a r t c u t 方法制备了直径为1 5 0 m m 的g o i 。主要步骤是：通过氢注入，在 g e 片上形成应变层解理面；热氧化s i 片形成s i 0 2 作为埋氧层；采用等离子 体活性晶圆键合技术将注氢的g e 片与带有s i 0 2 的s i 片键合；室温下晶片沿 解理面分离，g e 器件层与带有s i 0 2 的s i 片结合，形成g o i ；减薄g e 层，减 小表面粗糙度，消除注入损伤。如图1 3 所示。 s o i x 涨i d i z e d e 酬w a 刚f e r 0 簸洲g 图1 3s m a r t c u t 技术制备g o i 的工艺过程示意图 ， s m a r t c u t 技术通过调节注入氢离子的能量可以精确控制表层s i g e 或g e 的 厚度，同时能使表层s i g e 或g e 保持晶格完整性。s m a r t c u t 技术原理简单，但 工艺复杂，影响最终产品质量的因素多。 3 晶片键合与背刻蚀技术 c h e n 等人利用e t c h b a c k 技术进行了s g o i 结构的研究2 0 。2 2 1 。e t c h b a c k 技 4 第章绪论 术的工艺过程如下：先在4 寸的( 0 0 1 ) s i 片上用c v d 技术生长s i g e 缓冲层 x = 0 枷2 5 ，1 0 g e m ，然后长2 5 “m 的s i 们5 g e o 2 5 层，生长温度9 0 0 。c 。用c m p 工艺提高材料平整度，室温下将表层氧化的s i 片与之键合，然后在8 5 0 c 退火 1 5 小时进一步提高键合强度，然后再利用t m a h - 1 - 艺将s i g e 缓冲层腐蚀掉， 在x - - 0 2 0 时，腐蚀自动停止，再利用c m p 工艺进一步减薄到s i o 7 5 g e o - 2 5 层得到 s g o i 结构。工艺过程如图1 4 所示。 键合 邋火 e 冷 腐蚀 t w o s t e pe t c h a n dc m p 图1 4e t c h b a c k 技术制备s g o i 的工艺过程示意图 e t c h b a c k 技术可以得到高g e 含量的s g o i 材料，界面平整度高，分界面陡 峭，缺点是由于材料的厚度较大，器件应用方面尚存在一些难度。 4 锗浓缩技术 锗浓缩( g ec o n d e n s a t i o n ) 技术的工艺过程如图1 5 所示，在s o i 材料上外延 生长s i g e 层，然后利用热氧化工艺氧化s i g e 层，氧化过程中s i g e 层中的s i 被 氧化形成s i 0 2 ，而g e 析出与氧化层与s i g e 界面处，并在s i g e 层中扩散，形成 g e 组分更高的s i g e 合金层，通过工艺的控制和优化，最后可以得到任意g e 组 分的s g o i 或g o i 材料。过程示意图如图1 5 。 藕黛蠢豳 第一章绪论 s o i l 外延 e 专 氧化 e 辛 h f 鲁 图1 5 锗浓缩技术制各s g o i 的工艺过程示意图 与其他制备s g o i 的方法( 如s i m o x 技术) 相比，锗浓缩技术的发展起步相 对晚些。2 0 0 1 年，t e z u k a 等人将s i m o x 方法获得的低g e 组分的s g o i ( g e 组分 x = 0 0 8 士0 0 1 ) 通过高温( 1 0 5 0 c ) 氧化、退火，成功制得了组分高达0 5 7 的1 6 n m 厚 的组分均匀的几乎完全弛豫的s g o i 2 3 】。这是s i m o x 技术和表层氧化技术( i t o x ) 的结合，也可以算是锗浓缩技术的雏形。t e z u k a 等人还将在s o i 上外延生长应 变s i o 9 2 g e o 0 8 层形成的s i o 9 2 g e o 0 8 s o i 结构放在1 0 5 0 c 的用n 2 稀释的5 0 0 2 环 境中进行氧化，获得厚度为9 n m 、g e 组分为0 5 6 的s g o i 。并在其上外延了一 层张应变为1 的应变s i ，形成s s o i 2 4 , 2 5 】。 由于s i g e 合金的熔点随着g e 组分的升高而下降，继续在1 0 5 0 下进行氧 化，会导致s i g e 熔融，破坏s i g e 的晶格结构。因此，想要进一步提高s i g e 层 的g e 组分，就必须降低氧化温度。2 0 0 3 年，n a k a h a r a i 等人对原先的单步氧化 的锗浓缩技术进行了改进，采用逐步降低氧化温度的多步氧化的方法。他们利用 这种改进型锗浓缩方法，成功制得了厚度仅为7 n m 的应变g o i 2 6 1 。 这种改进后的多步氧化的锗浓缩技术虽然可以同时控制s i g e 层的厚度和g e 的浓度，但在控制g e 损失方面仍存在一些缺陷，这些缺陷是：( 1 ) s i 0 2 的吉布斯 生成自由能比g e 0 2 低【27 1 ，导致在s i g e 氧化过程中s i 更易被氧化。但在氧化过 6 蠹 第章绪论 程初期，氧气的量大大超过s i ，根据扩散反应模型2 8 1 ，g e 不可避免的被氧化， 从而产生( s i ，g e ) 0 2 或s i 0 2 g e 0 2 等混合生成物；( 2 ) 氧化过程初期，在完整s i 0 2 层形成之前，g e 易于形成挥发性的g e o 而损失。针对这个问题，狄增峰等人对 锗浓缩工艺做进一步改良，在s o i 上外延一层s i g e ，再在其上外延s i 盖帽层， 最后对三明治结构s i s i g e s i 进行氧化，如图6 所示。额外的s i 盖帽保证了在 s i g e 氧化之前形成完整的s i 0 2 层，避免了g e 通过上述两种途径损失。区别传 统锗浓缩工艺，他们在对样品进行1 1 5 0 。c 氧化后，继续将该样品在n 2 保护下， 9 0 0 。c ，退火3 小时，使g e 元素在整个s i g e 层中分布均匀2 9 - 3 0 1 。 2 0 0 9 年，n a k a h a r a i 等人【3 1 1 也在s i o 8 5 g e o 1 5 s o i 上加了一层l o n m 的s i 盖帽 层，并且分三步氧化，i 2 0 0 。c ( g e 组分x 0 3 ) ，1 0 5 0 。c ( g e 组分x = 0 3 0 5 ) ，9 0 0 。c ( g e 组分x = 0 5 1 ) 。根据t s a n g 等人提出的r a m a n 光谱技术【3 2 1 ，他们估算出三个样品 的s i g e 层的g e 组分分别为( a ) x = 0 4 5 ，( b ) x - - 0 8 6 ，( c ) x = l ；( d ) 为体g e 的r a m a n 光谱谱线，以供参考。如图1 6 所示。 贺“恻 “i v s is u b 些世歹拶| ；jk - 。一i v 警j ，义。1f 以。 _ p i v l a 一- 一一一。 3 0 04 0 0 5 0 0 w a v e n u m b e r c m 一) 图1 6 ( a ) x = o 4 5 ，( b ) x = o 8 6 ，( c ) x = l 的s g o i 及( d ) 无应变体g e 的r 2 m a n 光谱 锗浓缩技术可以得到任意g e 组分和厚度的s g o i ( g o i ) ，经过彳、= 断地优化制 备条件，可以得到晶格质量、界面平整度较好的s g o i ( g o i ) 。另外，通过在样品 上刻蚀图形，局部氧化，可以得到g e 纳米线、g e 量子点等，这在光电子领域将 一m 描一c 3直1玛一篁协c-cc囝pjll乃配 第章绪论 有很好的应用前景。 1 3 本论文主要工作 本论文的主要工作是采用循环氧化退火的锗浓缩技术制备不同g e 组分的 s g o i g o i 衬底，并在g o i 衬底上制备n i g e 源漏的m o s f e t s 器件。具体工作 包括以下三个方面：利用u h w c v d 系统，在减薄的s 0 1 衬底上外延出高质 量的s i g e 层；采用氧化退火循环的锗浓缩方法制备晶格质量较好的g o i 衬底， 并研究了其结构和光学性质。采用n i s i 和n i g e 合金作为源漏区，探索s 0 1 ， g o i 肖特基源漏结金属栅m o s f e t s 的制备工艺，以研究g o i 的电学特性。 本论文的结构安排如下： 第一章评述了s g o i g o i 材料的研究意义及其应用，概述了s g o i g o i 材料 的制备方法及其研究进展，最后简述本论文的整体框架。 第二章介绍了s o l 衬底的减薄技术和s o l 基s i g e 材料的外延生长方法，并 对所生长的s 0 1 基s i g e 材料进行了测试表征。 第三章提出了循环氧化退火的锗浓缩方法，优化了制备s g o i g o i 的氧化和 退火的温度、时间等条件，制备出g e 组分从0 2 4 到l 的晶格质量高、界面平整 的s g o i g o i 材料。研究了制备s g o i g o i 材料的过程中氧化层厚度、g e 组分 和弛豫度的变化关系，分析了s i g e 氧化浓缩过程中的应变弛豫机制。利用各种 测试表征方法，对s g o i g o i 材料的性质进行了测评。为了研究锗浓缩方法获得 的g o i 的电学性质，设计并探索了s 0 1 、g o i 衬底n i s i ( n i g e ) 肖特基源漏结金 属栅m o s f e t s 的制作工艺，制备出s 0 1 、g o i 肖特基源漏结m o s f e t s ，并对 其电学特性进行了初步测试和分析。 第四章总结了本论文工作取得的结果，并展望了未来的工作。 第一章绪论 参考文献 r h d e n n a r d ，eh g a e n s s l e n ，h n y u ，e ta 1 d e s i g no fi o n i m p l a n t e d m o s f e t sw i t hv e r ys m a l lp h y s i c a ld i m e n s i o n s j 】p r o c e e d i n g so ft h ei e e e ， 19 9 9 ，8 7 ( 4 ) ：6 6 8 - 6 7 8 m l u n d s t r o m m o o r e sl a wf o r e v e r ? j 】s c i e n c e ，2 0 0 3 ，2 9 9 ( 5 6 0 4 ) ：210 c j t r a c y , p f e j e s ，n d t h e o d o r e ，e ta 1 g e r m a n i u m o n - i n s u l a t o rs u b s t r a t e s b yw a f e rb o n d i n g j 】j o u r n a lo f e l e c t r o n i cm a t e r i a l s ，2 0 0 4 ，3 3 ( 8 ) ：8 8 6 8 9 2 t m i z u n o ，s t a k a g i ，n s u g i y a m a ，e ta 1 e l e c t r o na n dh o l em o b i l i t y e n h a n c e m e n ti ns t r a i n e d s im o s f e t so ns i g e - o n i n s u l a t o rs u b s t r a t e sf a b r i c a t e d b ys i m o xt e c h n o l o g y j 】e l e c t r o nd e v i c el e n e r s ，i e e e ，2 0 0 0 ，2l ( 5 ) ：2 3 0 2 3 2 t - m a t s u s h i t a ，c f u k u n a g a ，h i k e d a ，e ta 1 t o t a l d o s ee f f e c t so f 【g a m m a - r a y i r r a d i a t i o no ns o i - m o st r a n s i s t o r s 【j n u c l e a ri n s t r u m e n t sa n dm e t h o d si n p h y s i c sr e s e a r c hs e c t i o na ：a c c e l e r a t o r s ，s p e c t r o m e t e r s ，d e t e c t o r sa n d a s s o c i a t e de q u i p m e n t ，19 9 5 ，3 6 6 ( 2 - 3 ) ：3 6 6 3 71 舀 t m i z u n o ，s t a k a g i ，n s u g i y a m a ，e ta 1 h i g hp e r f o r m a n c es t r a i n e d s i p - m o s f e t so ns i g e o n i n s u l a t o rs u b s t r a t e sf a b r i c a t e db ys i m o xt e c h n o l o g y c 】 i e e e ，1 9 9 9 ：9 3 4 9 3 6 t m i z u n o ，n s u g i y a m a ，t t e z u k a ，e ta 1 h i g hp e r f o r m a n c ec m o so p e r a t i o n o fs t r a i n e d - s o im o s f e t su s i n gt h i nf i l ms i g e - o n i n s u l a t o rs u b s t r a t e c 】i e e e ， 2 0 0 2 ：1 0 6 1 0 7 ， t m a e d a ，k i k e d a ，s n a k a h a r a i ，e ta 1 t h i n b o d yg e o n i n s u l a t o rp - c h a n n e l m o s f e t sw i t hp tg e r m a n i d em e t a ls o u r c e d r a i n j 】t h i ns o l i df i l m s ，2 0 0 6 ， 5 0 8 ( 1 - 2 ) ：3 4 6 - 3 5 0 t m a e d a ，k i k e d a ，s n a k a h a r a i ，e ta 1 , h i g hm o b i l i t yg e o n i n s u l a t o r p - c h a n n e lm o s f e t su s i n gp tg e r m a n i d es c h o t t k ys o u r c e d r a i n j 】- e l e c t r o n d e v i c el e n e r s ，i e e e ，2 0 0 5 ，2 6 ( 2 ) ：10 2 10 4 高兴国、刘超、李建平、曾一平、李晋闽硅基微电子新材料s g o i 薄膜 研究进展 j 】微电子学，2 0 0 5 ，3 5 ( 0 0 1 ) ：7 6 8 0 yt a n g ，j z h a n g ，p - h e m m e n t ，e ta 1 f o r m a t i o no fb u r i e ds i 0 2l a y e rb y 9 】 】 】 】 】 1 i l l u 1 网阿 州 吲 同 吲 嗍 例 m 第章绪论 【1 2 】 【1 3 】 1 4 】 【1 5 1 6 1 7 】 【1 8 】 1 9 】 【2 0 】 2 1 【2 2 】 o x y g e ni m p l a n t e di n t os i g e a n ds i s i o 5 9 e o 5s u b s t r a t e s 【j j o u r n a lo f a p p l i e dp h y s i c s ，1 9 9 0 ，6 7 ( 1 1 ) ：7 1 5 1 7 1 5 3 yi s h i k a w a ，t s a i t o ，n s h i b a t a ，e ta 1 c r e a t i o no fs i g e b a s e ds i m o xs t r u c t u r e s b yl o we n e r g yo x y g e ni m p l a n t a t i o n 【c 】i e e e ，1 6 - 1 7 yi s h i k a w a ，n s h i b a t a ，s f u k a t s u s i g e o n i n s u l a t o rs u b s t r a t eu s i n gs i g e a l l o yg r o w ns i ( 0 0 1 ) 【j 】a p p l i e dp h y s i c sl e t t e r s ，1 9 9 9 ，7 5 ：9 8 3 s f u k a t s u ，yi s h i k a w a ，t s a i t o ，e ta 1 s i g e b a s e ds e m i c o n d u c t o r - o n - i n s u l a t o r s u b s t r a t ec r e a t e db yl o w e n e r g ys e p a r a t i o n b y i m p l a n t e d o x y g e n 【j a p p l i e d p h y s i c sl e t t e r s ，1 9 9 8 ，7 2 ：3 4 8 5 t m i z u n o n e wc h a n n e le n g i n e e r i n gf o rs u b - 10 0n l nm o sd e v i c e sc o n s i d e r i n g b o t hc a r r i e rv e l o c i t yo v e r s h o o ta n ds t a t i s t i c a lp e r f o r m a n c ef l u c t u a t i o n s 【j 】 e l e c t r o nd e v i c e s ，i e e et r a n s a c t i o n so n ，2 0 0 0 ，4 7 ( 4 ) ：7 5 6 7 61 t m i z u n o ，n s u g i y