超高真空CVD选择性外延锗硅及其电学特性

为了满足高性能的红外探测要求，以高品质硅基器件研制了选择性外延锗硅肖特基二极管．利用低温下锗硅材料在二氧化硅表面成核需要一定时间的特点，采用超高真空化学气相沉积（UHV-CVD）技术，550℃下，在硅光刻窗口处，选择性生长了锗硅外延层．由此技术生长的锗硅材料制作了硅基肖特基二极管原型器件，并研究了该二极管器件的电流一电压特性曲线．结果表明，与传统方法制备的非选择性外延锗硅肖特基二极管相比，该二极管器件可以避免在确定有源区后再经受高温处理，简化了器件制作工艺，该二极管反向漏电流低2～3个数量级，具有优良的器件电学特性．

H_2对UHV/CVD低温选择性外延生长Si_(1-x)Ge_x的影响

利用超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)成功实现了Si1-xGex的低温选择性外延生长,并研究了H2对选择性外延生长的影响及其作用机理.以Si H4和GeH4为反应气源,在开有6mm×6mm窗口氧化硅片上进行Si1-xGex外延层的生长.首先分别以不含H2(纯GeH4)和含H2(90%H2稀释的GeH4)的两种Ge源进行选择性外延生长.通过SEM观察两种情况下氧化硅片表面,发现H2的存在对选择性外延生长有至关重要的作用.接着以90%H2稀释的GeH4为Ge源,变化Si源和Ge源的流量比改变H2分压,以获得Si H4和GeH4(90%H2)的最佳流量比,使外延生长的选择性达到最好.利用SEM观察在不同流量比时,经40min外延生长后各样品的表面形貌,并对其进行比较,分析了H2分压在Si1-xGex选择性外延生长中的作用机理.

利用选择性外延法生长单芯片双波长白光InGaN/GaN多量子阱结构

为了制备单芯片无荧光粉白光InGaN/GaN多量子阱发光结构,利用选择性外延生长法在SiO2条纹掩膜板上生长出具有梯形形貌的GaN微面结构,并在该GaN微面结构上生长InGaN/GaN多量子阱结构,最终在单芯片上获得了双波长发光.结果表明:梯形GaN微面由(0001)和(11-22)面组成,两者的表面能和极性不同,并且在InGaN/GaN多量子阱生长过程中,In原子和Ga原子迁移速率不同,从而使得(0001)和(11-22)面上的多量子阱具有不同的发光波长;该性质可以使(11-22)面的微面量子阱发出蓝光(峰值波长为420nm),而(0001)面的量子阱发出黄光(峰值波长为525nm),最终形成双波长的复合白光外延结构.

硅基锗薄膜的选择性外延生长

采用减压化学气相沉积(RPCVD)系统,通过调节GeH4和刻蚀性气体HCl的通入速率,在Si/SiO2图形衬底上利用40 nm薄低温Ge缓冲层选择性外延生长Ge薄膜,然后H2退火20 min以减少外延Ge层中的位错及缺陷。采用化学腐蚀方法检查位错坑密度,利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和高分辨率X射线衍射(HRXRD)方法表征分析了外延Ge晶体质量。测试结果表明,图形衬底上直径为10μm的圆形区域外延Ge位错密度低至1.3×10~6/cm^2,约1.5μm厚外延Ge层衍射峰的半高宽平均为240 arcsec,化学机械抛光(CMP)工艺后用AFM测得Ge膜表面粗糙度低至0.2 nm,该工艺方法制备的锗薄膜材料将有望集成应用于硅基探测器等硅基光电器件。

一种硅基选择性外延生长的锗波导光探测器

制作了一种硅接触侧向PIN型Ge波导光探测器,叙述了Si基选择性Ge外延层的制作流程,介绍了Ge波导光控测器的整体结构及制作流程。对该Ge波导光探测器的响应度、暗电流、带宽等参数进行了测试。结果表明,该Ge波导光探测器在-1 V偏压下的暗电流为8.3 nA,在1 550 nm处的响应度为0.85 A/W,3 dB带宽为29 GHz。

基于MBE的SiGe非选择性图形外延技术研究

针对siGe BiCMOS集成中材料低温特性和高温工艺的矛盾，研究了一种基于MBE的SiGe非选择性图形外延技术，并进行了扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线双晶衍射（XRD）与位错密度测试。结果表明，该生长工艺制得了高质量SiGe薄膜，其表面平均粗糙度为0．45nm，位错密度为0．3×10^3cm^-2～1．2×10^3cm^-2，图形边界处材料生长良好，未出现位错堆积。实验证实，该技术可满足SiGe BiCMOS器件制备要求。

用于1.5μmBiCMOS技术的SiGeHBT结构及工艺研究

基于非选择性外延,基极/发射极自对准和集电区选择性注入,提出了一种可用于1.5μmSiGeBiCMOS集成的HBT器件结构及其制作流程。并利用TSuprem4,Medici进行了工艺模拟和电学特性仿真。模拟结果表明,所设计的SiGeHBT具有良好的电学特性。当Vce为2.5V时,其最大电流增益为385,截止频率达到54GHz,验证了流程设计和器件结构的合理性。

高性能波导集成型锗pin光电探测器的制备

采用CMOS兼容工艺,在绝缘体上硅（SOI）晶圆片上制备了高性能波导集成型锗pin光电探测器。该光电探测器锗区长度为15μm,宽度分别为1,2,3,4和5μm。光波导与探测器间的光耦合为倏逝波耦合。为了进一步提高探测器的性能,在结构设计上采用了聚焦耦合光栅及楔形耦合增强结构,在材料生长方面采用了选择性外延生长法,以提高锗的质量。通过暗电流、响应度、带宽及眼图测试对光电探测器性能进行了表征。测试结果表明在-2 V的反向偏压下,尺寸为15μm×4μm的光电探测器暗电流低至169 nA,其在波长1 530 nm处的最高响应度为0.43 A/W,3 dB带宽高达48 GHz并获得40 Gbit/s的清晰眼图。

高性能波导集成型锗/硅水平APD

相较于传统的吸收层-电荷层-倍增层分离(SACM)的锗/硅雪崩光电二极管(APD),水平APD器件结构及工艺流程简单,且从设计上避免了电荷层的杂质浓度控制的难题。选用绝缘体上硅(SOI)晶圆片,基于0.18μm CMOS兼容工艺制备了一种高性能的波导集成水平锗/硅APD。对APD的器件参数进行了晶圆级测试,包括暗电流、光响应度以及带宽。测试结果表明,吸收区宽度为0.5μm、两侧间隔区宽度为0.8μm的器件在反偏电压-27.5 V下光响应度高达75.89 A/W,间隔区宽度为0.3μm时雪崩击穿电压低至-6.5 V,且可在0.9倍雪崩击穿电压附近测得3 dB带宽达20.06 GHz。

3D NAND中基于SEG高度失效模型的DPPM预测算法

3D NAND中工艺结构是导致器件失效的重要因素之一,其中,选择性外延生长(SEG)的生长高度也是导致失效的一个重要参数。因此,提出了一种新的关于SEG高度引起器件失效的模型、失效概率的计算方法,并由此计算预测每百万缺陷数(DPPM)。该算法涉及多种数学模型如泊松分布、正态分布等,同时对3D NAND中不同层次的失效概率进行计算。根据该算法可以得到DPPM与SEG高度的关系,并对SEG高度最优值、DPPM对不同区域的SEG高度的敏感性进行了研究。

化学气相沉积技术在先进CMOS集成电路制造中的应用与发展

随着CMOS集成电路晶体管尺寸不断微缩及其制造工艺的日益复杂,对化学气相沉积CVD薄膜制备工艺的要求越来越高。本文主要研究了用于介质间隙填充的流CVD技术和用于SiGe选择性外延的亚常压CVD技术,重点介绍了它们的工艺原理和方法,以及薄膜材料质量及其关键影响因素。本文综述了CVD技术的特点、优势及其在先进CMOS制造工艺中的应用;面对更先进工艺应用中的挑战,分析了它们存在的问题,并讨论了可能的解决方案和应用前景。

兰州化物所金属/半导体异质光催化纳米材料研究获进展

在中国科学院"百人计划"项目和国家自然科学基金委支持下,中国科学院兰州化学物理研究所能源与环境纳米催化材料课题组在金属/半导体异质光催化纳米材料结构设计合成研究领域获新进展。能源与环境纳米催化材料课题组设计构建了一种新型异质结构光催化剂——金属Ag纳米线/Ag3PO4立方体异质光催化剂,即在Ag纳米线表面通过选择性外延生长构建了尺寸、形貌、位置、数量等可控的Ag3PO4立方体,形成项链状异质纳米结构。由于金属Ag纳米线具有较低费米能级。

锗硅工艺开发过程中的缺陷改善

随着IC芯片特征尺寸进入45nm以后,锗硅(Si Ge)选择性外延工艺已成为不可或缺的关键性技术。虽然此技术可提升PMOS器件的性能,但其提升程度与器件中的缺陷息息相关。这些缺陷的产生不仅与外延工艺本身相关,也与工艺集成直接有关,会影响到后续多道工艺的缺陷检测,更会影响到器件的良率与可靠性。然而,关于此工艺在开发过程中遇到的常见性缺陷并未见相关报道。本文对这些常见性的缺陷进行归类并给出了产生的机理及相应的解决方案,为正在进行锗硅工艺开发的半导体公司和研究者们提供参考与指导。

GaN{11-22}半极性面上生长InGaN/GaN多量子阱的研究

利用选择性横向外延技术生长{11-22}半极性面GaN模板,并利用半极性面模板生长InGaN/GaN多量子阱结构。结果表明,生长出的GaN模板由半极性面{11-22}面和c面组成,多量子阱具有390nm和420 nm的双峰发光特性,局域阴极发光(CL)测试表明390 nm附近的发光峰来源于半极性面上的量子阱发光,而420 nm左右的发光峰源于c面量子阱发光。c面量子阱发光相对于斜面量子阱发光发生显著红移是因为在选择性横向外延生长过程中,In组分相比Ga较易从掩模区域向窗口中心区域迁移,形成了中心高In组分的c面量子阱,而半极性面上InGaN/GaN多量子阱量子限制斯塔克效应相比于极性面会减弱,此外,相同生长条件下半极性面的生长速率低于极性c面的生长速率。