Пленки кремний-германий-на-изоляторе нанометровой толщины: метод создания и свойства / Тысченко И.Е., Хмельницкий Р.А., Володин В.А., Попов В.П.

Структуры кремний-германий-на-изоляторе (КГНИ) рассматриваются как один из возможныхпутей создания гибридных интегральных схем и увеличения быстродействия приборов, созданных наоснове кремниевых подложек. Интерес к КГНИ структурам связан в первую очередь с возможностьюувеличения подвижности носителей зарядов канале транзисторов в несколько раз. Традиционныеспособы создания таких структур, как молекулярно-лучевая эпитаксия, газофазные методы имеютцелый ряд ограничений, обусловленных как низкой термической стабильностью таких структур, таки низким структурным качеством рабочего слоя. Существуюти проблемы при создании КГНИ структур методомводородного переноса слоев германия. В данной работепредложен новый метод создания КГНИ структур,основанный на обнаруженном нами ранее эффекте сегрегациигермания, имплантированного в SiO2, к границе разделаSi/SiO2 и встраивания в положения, когерентные сположением атомов кремния.КГНИ структуры были сформированы методомводородно-индуцированного переноса слоя Si наимплантированную ионами Ge+ пленку SiO2, последующимутонением слоя кремния до 35-180 нанометров и диффузиейгермания из слоя SiO2 к границе раздела. Исследованияраспределения германия и формирование фазы Si-Geизучались методами вторичной ионной масс-спектрометрии(ВИМС), электронная микроскопия и спектроскопиикомбинационного рассеяния света (КРС). На основесозданных структур были изготовлены псевдо-МОПтранзисторы с обратным затвором и измерены их стокзатворные характеристики.Установлено, что уже после отжига 900 °С, 30 минпроисходит диффузия Ge как в глубь слоя SiO2, так и в слой КНИ на глубину не более 30 нм. Сростом температуры отжига до 1100 °С в течение 30 мин Ge диффундирует в слой КНИ нарасстояние ~200 нм, а на границе раздела Si/SiO2 эпитаксиально растет промежуточныйнанометровый слой Ge. Увеличение длительности отжига до 180 мин приводит к перераспределениюGe из имплантированного слоя в подложку Si и слой КНИ. При этом происходит срыв ростасплошного слоя Ge, и на границе раздела Si/SiO2 наблюдается ориентированный рост островков SiGe.В спектрах КРС обнаружены 3 пика, связанные с оптическими фононами в растворах Si1-xGex:колебания Ge-Ge связей в матрице кристаллического германия (296 – 303 см-1), колебания Ge-Geсвязей в матрице кристаллического кремния (403 см-1) и колебания Si-Si связей в матрицекристаллического германия (~439 см-1). Изучено положение этих пиков и их ширина взависимости от температуры, длительности отжига и толщины исходной пленки кремния.Полученные данные обсуждаются с точки зрения изменения стехиометрического состава КГНИслоев. Установлено увеличение подвижности носителей зарядов в канале КГНИ-транзистора.