автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Молекулярно-лучевая эпитаксия гетероэпитаксиальных структур SiGe/Si

!

на правах рукописи

РУСАКОВ ДЕМЬЯН НИКОЛАЕВИЧ

МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВАЯ ЭПИТАКСИЯ ГЕТЕРОЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР БШе/Би

Специальность 05.27.06 - Технология и оборудование для производства полупроводниковых материалов и приборов электронной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2003.

Работа выполнена на базовой кафедре ОАО "НИИМЭ и Микрон" Субмикронная технология СБИС Московского государственного института электронной техники (Технического университета)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Кравченко Лев Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Вигдорович Евгений Наумович

кандидат технических наук Свешников Юрий Николаевич

Ведущая организация:

АО НИИ Материаловедения

Защита состоится "_" _ 200_г. в _ часов на заседании

диссертационного совета Д 212.134.03 при Московском государственном институте электронной техники по адресу: 124498, г. Москва, Зеленоград, МИЭТ(ТУ).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Московского государственного института электронной техники (Технического университета) Автореферат разослан "_" ноября 2003г. ^^

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор ^ Л.А. Коледов

е. ©572 ■

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Формирование эпитаксиальных слоев для полупроводниковых структур является одним из основных технологических процессов современной микроэлектроники. Развитие микроэлектроники на пути к наноэлектронике выдвигает более жесткие требования к размерам элементов и толщине рабочих слоев полупроводниковых приборов. Технология молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) в условиях сверхвысокого вакуума (СВВ) позволяет выращивать тонкие (до 1 нм) эпитаксиальные слои и гетероструктуры (ГС) с резкими гетеропереходами. Проведение ростовых процессов в условиях СВВ позволяет свести к минимуму влияние среды, а также открывает возможность объективного контроля за параметрами эпитаксиального роста и качеством структуры.

За последние десятилетия в микроэлектронике появилось и активно развивается новое направление - реализация микроэлектронных приборов на основе ГС твердых растворов замещения кремний-германий (8Юе/81). Успешное продвижение этого направления обусловлено рядом причин:

^ совершенствованием технологии изготовления эпитаксиальных слоев и гетероструктур БЮе/Зц

возможностью реализации принципов зонной инженерии при разработке приборов;

открывающиеся возможностью создания на одном кристалле кремниевой подложки схем СВЧ диапазона (до 100ГГц) и сверхскоростных цифровых устройств первичной обработки сигнала; ^ возможностью создания БИС различного типа (аналоговые, цифровые, смешанного типа) на гетероструктурах 81Се/81 с использованием различных технологий на базе широкой номенклатуры активных и пассивных элементов; _____., ____

быстрой динамикой развития сектора рынка приборов для телекоммуникационных систем.

В настоящее время направление по разработке и изготовлению приборов на основе ГС 810е/81 в России ограничиваются в основном академическими исследованиями в области изготовления светочувствительных матриц инфракрасного диапазона. В последние годы наметилась тенденция к исследованию возможности изготовления приборов наноэлектроники на основе 31, Се и Б1Се квантоворазмерных элементов.

Реализация приборов на ГС 810е/81 сопряжена с необходимостью внедрения технологических приемов эпитаксии в условиях СВВ в технологический маршрут изготовления прибора. Отсутствие промышленного технологического оборудования, опыта работ и недостаточная осознанность физики происходящих процессов приводит к торможению развития 810е технологии в нашей стране. Поэтому исследования направленные на решение технологических вопросов изготовления эпитаксиальных слоев и Б1Се в комплексе с разработкой технологии изготовления конкретного прибора на основе ГС 81Се/81 весьма актуальны.

Цель диссертационной работы заключалась в разработке и изучении технологического процесса выращивания эпитаксиальных слоев 81, 8Юе и гетероструктур БЮе/Б! на установке молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием твердофазных источников, исследование изготовленных эпитаксиальных слоев и гетероструктур, а также определение возможности формирования гетероэпитаксиальных структур 810е/8! применительно к изготовлению 810е гетеробиполярного транзистора. Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи исследования:

рассчитать температурные зависимости технологических параметров процесса формирования слоев и БЮе в условиях сверхвысокого вакуума;

^ разработать технологический процесс выращивания эпитаксиальных

слоев 81, БЮе и гетероструктур на их основе; ^ разработать и/или скорректировать методики для исследования свойств Б!, 8Юе слоев и 8Юе/81 гетероструктур;

исследовать влияние основных параметров эпитаксиального роста, влияющих на качество и свойства, выращиваемых слоев 81, 8Юе и гетероструктур на их основе; ^ разработать технические требования и принять участие в модернизации установки МЛЭ "Цна-9", обеспечивающей изготовление эпитаксиальных слоев 81 и 81Се, с требуемыми параметрами, на подложках диаметром 100 мм; ^ исследовать возможность изготовления гетеробиполярного транзистора (ГБТ), применяя технологию МЛЭ для формирования йЮе области активной базы.

Для достижения объективного и достоверного определения свойств и параметров эпитаксиальных структур 8Юе/81 при решении поставленных задач применялись следующие методы исследования:

^ электронография по методу съемки на отражение; ^ просвечивающая электронная микроскопия угольных реплик от

поверхности эпитаксиальных структур; ^ растровая электронная микроскопия поверхности и сколов

гетероструктур; ^ растровая электронная оже-спектроскопия;

рентгеновская дифракция с высоким угловым разрешением; ^ вторично ионная масс спектрометрия; ^ электронное профилирование поверхности; ^ холловские измерения электрофизических параметров.

Научная новизна работы состоит в проведенном исследовании процессов эпитаксиального роста 81 и БЮе слоев в условиях сверхвысокого вакуума на

установке молекулярно-лучевой эпитаксии, оснащенной испарительными ячейками Кнудсена с косвенным резистивным нагревом, а именно:

^ на основании теоретического теплового расчета обоснована возможность осуществления процессов роста Б!, (Зе и 5Юе слоев в условиях вакуума, при испарении и ве из эффузионных ячеек Кнудсена с косвенным резистивным нагревом тиглей и определены температурные зависимости параметров процесса роста и 810е слоев; исследована зависимость кристаллической структуры эпитаксиальных слоев и 8Юе от основных технологических параметров, характеризующих условия роста указанных слоев (условий подготовки подложек, температуры испарительных ячеек и нагревателя подложек, скорости роста, остаточной атмосферы в зоне роста), определены диапазоны значений технологических параметров обеспечивающих качественный рост эпитаксиальных слоев 51 и ^ разработан метод формирования сильнолегированных бором (до 3-1019 ат"3) эпитаксиальных слоев Б! и 810е на установке МЛЭ, оснащенной испарительными ячейками Кнудсена с косвенным резистивным нагревом;

^ предложена методика подготовки поверхности в! подложек непосредственно перед проведением процесса эпитаксии в условиях сверхвысокого вакуума, обеспечивающая без применения жидкостной обработки подготовку Б! подложек к процессам молекулярно-лучевой эпитаксии.

Практическая значимость работы заключается:

в установлении зависимостей свойств эпитаксиальных слоев и 81Сс от параметров проведения процесса применительно к установке МЛЭ "Цна-9";

^ в разработке методики подготовки поверхности подложек непосредственно перед процессом эпитаксии в условиях сверхвысокого

вакуума, без применения химической обработки, обеспечивающей качественную подготовку поверхности кремниевой пластины на которой сформирован рисунок методом локального окисления;

^ в проведении модернизации установки молекулярно-лучевой эпитаксии "Цна-9", обеспечивающей реализацию процессов эпитаксиального роста 81, Ое и 8Юе слоев и гетероструктур на подложках диаметром до 100мм;

^ в применении полученных результатов для разработки технологического маршрута изготовления гетеробиполярного транзистора с БЮе базой.

Основные положения, выносимые на защиту:

^ технология молекулярно-лучевой эпитаксии с применением эффузионных ячеек Кнудсена, обеспечивающая получение эпитаксиальных слоев 81, Ое, БЮе и гетероструктур 8Юе/81 с требуемыми свойствами, для изготовления приборов микроэлектроники;

методика подготовки поверхности 81 подложек к процессам молекулярно-лучевой эпитаксии, непосредственно в ростовой камере в условиях сверхвысокого вакуума, основанная на восстановлении поверхности в периодическом молекулярном потоке кремния, обеспечивающая качественную подготовку 81 подложек, на которых сформирован рисунок локальным окислением;

^ метод изготовления легированных эпитаксиальных слоев и БЮе в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии, основанный на испарении Б1 насыщенного бором, позволяющий формировать эпитаксиальные слои 81 и ЭЮе, сильнолегированные бором (до 3-Ю19 см"3).

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы используются в ОАО "НИИМЭ и Микрон" при выполнении ОКР "Технология ГК", ОКР "Инициатива 2", ОКР "Базис ГК", направленных на разработку

приборно-технологического базиса производства приборов на основе 81Се, проводимых в рамках Федеральной целевой программы "Национальная технологическая база" Российского агентства по системам управления.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на Межотраслевых 2, 4, 5, 6 научно-технических конференциях ОАО "НИИМЭ и Микрон" "Разработка, технология и производство полупроводниковых микросхем" (1999, 2001, 2002, 2003гг., г. Зеленоград, 2002г. п.г.т. Гурзуф), Третьей Международной научно-технической конференции "Электроника и информатика - XXI век" (2000г., г. Зеленоград), Всероссийской научно-технической конференции "Микро- и наноэлектроника 2001" (2001г., г. Звенигород), 10-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2003" (2003г., г. Зеленоград), Международной научно-технической школы-конференции "Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию" (2003г., г. Москва).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах и включены в 3 научно-технических отчета НИОКР, проводимых в ОАО "НИИМЭ и Микрон".

Структура работы. Диссертация состоит из введения, теоретической части, содержащей две главы, экспериментальной части, содержащей две главы, заключения, приложения и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 135 страницах и включает 51 рисунок и 6 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 104 наименования.

Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты работ, которые были выполнены автором лично и в соавторстве. В работах, выполненных автором в соавторстве и включенных в' диссертацию, автор являлся инициатором - выдвигал идею, формулировал задачу, предлагал пути решения. В ходе работы автор лично проводил теоретические расчеты и эксперименты, осуществлял обработку и обобщение получаемых результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Теоретическая часть.

Первая глава посвящена всестороннему изучению свойств и областей

I

применения гетероструктур ЗЮе/Б! в электронике. Определены физические особенности 8Юе/31 гетероструктур на основании рассмотрения основных I свойств исходных полупроводниковых материалов 31 и Се и исследования

изменения свойств 8Юе в составе гетероструктур. Представлены основные методы изготовления эпитаксиальных слоев 8Юе и гетероструктур на их основе, проведена сравнительная характеристика ростовых методов. Рассмотрено поведение различных примесей в БЮе, представлено обоснование выбора донорной и акцепторной примеси для формирования легированных слоев 8Юе методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Изучены особенности эпитаксиального выращивания гетероструктур на основе твердых растворов 8Юе. Рассмотрена широкая номенклатура БЮе полупроводниковых приборов, разрабатываемых в мире и в нашей стране.

Проведенное исследование показало, что наиболее эффективное применение гетероструктур 8Юе/81 в гетеробиполярных транзисторах. А наименее изученным представляется технология формирования гетероструктур 8Юе/81 на установках классической МЛЭ.

Вторая глава посвящена расчету процессов эпитаксии 81, ве и 8Юе из 1 твердофазных источников. В главе представлены результаты теоретического расчета температурных зависимостей параметров эпитаксиальных слоев 81, Ое ( и 8Юе, применительно к геометрии ростовой камеры установки МЛЭ отечественного производства "Цна-9". Учитывая размер фланцев установки, рассчитаны параметры испарителя кремния, германия и бора с косвенным резистивным нагревом тигля (эффузионные ячейки Кнудсена). Исходя из зависимости давления насыщенного пара от температуры элемента, рассчитана температура нагрева тиглей с 81 и Ое, с целью обеспечения скорости роста ~ 1 мкм/час. Температура составила 1856К для кремния и 1646К для германия.

8

8 •■•«'

1 кг2 --

1 10Г1

1 кг1

1000 1100 1200 1300 1400 1500 Температура натрем тиглей испаряемых материалов, "С

рис. 1 Зависимости скорости эпитаксиального роста германия и кремния от температуры их испарения

Зависимость скорости роста от температуры испарения реагентов рассчитана

по следующей формуле: \у = 0.0585 • р; [см/с], где: р - давление

ре«, V т

насьпценного пара, [мм рт. ст.] при температуре Т, [К]; 8ИС„ - площадь поверхности испарения элемента [см2]; 8П0Д1 - площадь подложки [см2];

Температура нагревав! тигля

-1250 "С

-1300 °С

-1350 "С

-1400 "С

- -1450 °С

1000 1100 1200 1300

Температура нагрева тигля с германием, °С

рис. 2 Зависимости доли германия в БЮе от температуры нагрева тигля германия, при различных температурах нагрева тигля кремния.

к - коэффициент использования материала при эпитаксии, М - молекулярный вес элемента и р - плотность материала элемента, [г/см3]. Температурная зависимость скорости роста компонентов SiGe представлена на рис. 1.

На основании значений скорости эпитаксиального роста германия и

кремния и применяя формулу х =------„У"—---где w^ (wSi) -

wGe + wSi[MGePsi '(MSiP<}e)]

скорости роста германиевого (кремниевого) эпитаксиального слоя, а М и р -

соответственно молекулярная масса и плотность элементов были построены

температурные зависимости доли германия в SiGe слое, представленные на рис.

2. Таким образом, дано обоснование возможности проведения процессов

эпитаксии Si и Ge на установке МЛЭ, оснащенной испарительными ячейками

Кнудсена с косвенным резистивным нагревом.

Экспериментальная часть.

В третьей главе представлены результаты разработки технологического процесса выращивания гетероструктур SiGe/Si на кремниевой подложке методом молекулярно-лучевой эпитаксии на установке "Цна-9", оснащенной эффузионными ячейками Кнудсена с косвенным резистивным нагревом. Используемые эффузионные ячейки укомплектованы тиглями из пиролитического нитрида бора для испарения германия, кремния и материалов лигатуры и тиглем из пиролитического графита для испарения кремния. Нагреватель подложки обеспечивает нагрев подложек до температуры ~1000°С. В ходе разработки технологического процесса формирования гетероструктур SiGe/Si были изготовлены и исследованы тестовые образцы по каждому направлению исследования.

В разделе 3.1 представлен комплекс работ, обеспечивающий подготовку установки МЛЭ к проведению процессов эпитаксии Si и SiGe слоев.

В разделе 3.2 представлены методики подготовки поверхности Si подложек для проведения процессов эпитаксиального выращивания на установках МЛЭ. Обычно подготовка включает длительную химическую

обработку с целью удаления загрязнений и формирования пассивирующего окисла на поверхности пластины. Применение всего цикла подготовки к подложкам, на поверхности которых сформирована оксидная маска, приводит к нарушению целостности маски и, как следствие, срыв технологического маршрута. Для осуществления подготовки поверхности Si пластин, на которых сформирован рисунок методом локального окисления, предложена методика подготовки поверхности непосредственно в ростовой камере в условиях сверхвысокого вакуума. Методика основана на восстановлении Si поверхности в периодическом молекулярном потоке кремния. Исследования эпитаксиальных слоев кремния и кремний-германия, выращенных на пластинах кремния, подготовленных по предложенной методике, показали отсутствие следов Si02 на гетерогранице эпитаксиальный слой - подложка и высокое структурное совершенство выращенных слоев.

В разделе 3.3 представлены результаты исследований изменения свойств эпитаксиальных структур SiGe/Si, выращиваемых на установке МЛЭ "Цна-9", от таких технологических параметров, как: степень разрежения в рабочей камере, температура нагрева подложки во время роста и температура нагрева тиглей с исходными компонентами SiGe. Определены рамки технологических параметров, обеспечивающие качественный монокристаллический рост Si и SiGe слоев. А именно сохранение остаточного давления в ростовой камере ниже 3-Ю'5 Па, проведение процессов эпитаксиального роста на подложках, нагретых до температуры в интервале 550 - 700°С и ограничение максимальной температуры нагрева тиглей с кремнием до И00°С (для тигля из пиролитического графита) и 1350 (для тигля из пиролитического нитрида бора).

Раздел 3.4 посвящен исследованию экспериментальных зависимостей скорости роста, соотношения компонентов в твердом растворе SiGe и концентрации примесных атомов от температуры нагрева тиглей с материалами, используемых при формировании гетероструктур SiGe/Si.

Температура нагреве тиглей с матер налами,

рис. 3 Экспериментальные зависимости скорости эпитаксиалыюго роста германия и кремния от температуры их испарения.

Определение скорости роста Б1 и 8Юе слоев осуществлялось исходя из толщины эпитаксиальных структур и времени проведения процесса роста. Толщина слоев определялась по профилированию эпитаксиальных структур, корректировка значений толщины проводилась по исследованиям сколов гетероструктур методом электронной микроскопии. Экспериментальные зависимости скорости роста согласуются с ранее теоретически рассчитанными и представлены на рис. 3. Определение соотношения компонентов 81 и ве в Б^Ое/З! ГС осуществлялось на основании результатов проведения послойного анализа ГС методом Оже-спектроскопии. Определение доли компонентов определялось по соотношению интенсивностей спектров с учетом факторов чувствительности. Корректировка фактора чувствительности для 81 и ве проведена на основании сравнения значений доли компонентов, полученных при проведении исследования ГС 8Юе/81 методом рентгеновской дифракции. Принятые факторы чувствительности составляли 0,125 для германия и 0,042 для кремния. На основании проведенных исследований тестовых структур были построены температурные зависимости мольной доли германия в 8Юе слоях, представленные на рис. 4.

1000

1100

1300

1

Температура нагрева тигля с германием, *С

рис. 4 Экспериментальные зависимости содержания германия в твердом растворе 5К5е от температуры нагрева тигля с Ос при различной температуре нагрева тиглей с кремнием.

Исследована возможность формирования легированных эпитаксиальных слоев 81 и 81Се на установке МЛЭ "Цна-9". Определение температурной зависимости концентрации примеси в эпитаксиальных слоях проводилось путем исследования струкхур легированных в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии. В качестве лигатуры р-типа применялся бор, в качестве лигатуры п-типа - мышьяк. Применение элементарного бора в качестве лигатуры сопряжено с необходимостью нагрева тигля до температуры выше 1600°С. В связи с этим был разработан метод изготовления сильнолегированных бором (до 3-1019 ат'3) слоев 81 и 81Се в процессе МЛЭ, основанный на испарении |

кремния насыщенного бором. Исследования легированных эпитаксиальных структур, проводилось методом вторичной ионной масс-спектрометрии. ^

Установлено, что концентрация атомов бора в 81 слоях, выращенных предложенным методом на установке МЛЭ "Цна-9" составляет 3-1019 ат"3 и остается неизменной от процесса к процессу при соблюдении требований, определенных в разделе 3.3. Концентрация атомов бора в 810е слоях изменяется от МО19 до 3-1019 ат3, при изменении доли германия от 65 до 5 атомных процентов. При этом распределение примесных атомов также имеет

резкий профиль. Как альтернативный вариант рассмотрено применение борной кислоты в качестве лигатуры бора, однако при установленных рабочих температурах эпитаксии выявлено повышение концентрации кислорода даже в эпитаксиальных слоях 81.

Для получения легированных слоев 81 п-типа применялся мышьяк, который также испарялся из эффузионной ячейки. Исследование эпитаксиальных слоев 81, легированных мышьяком показало, что концентрация мышьяка от поверхности - вглубь слоя понижается. Вероятней всего это связано с возможной сегрегацией атомов на поверхности растущего слоя.

Таблица 1

Параметры эпитаксиального слоя. Содержание германия, ат. %

- 5 13 20 47

Толщина эпитаксиального слоя, им 120 120 100 75 75

Слоевая подвижность дырок, см2В"'с'' 54,1 59,0 76,3 86,1 77,5

Слоевое сопротивление, кОм/о 11,7 11,2 9,6 8,7 13,6

Концентрация носителей заряда, см'3 3,12-10" 2,92-10" 2,49-10" 2,36-10" 1,48-10"

Концентрация атомов бора, см'3 3,00-10" 2,90-10" 2,50-10" 2,40-10" 1,60-10"

В разделе 3.5 представлена методика и результаты исследований электрофизических параметров эпитаксиальных слоев 81 и 8Юе. Для определения электрофизических свойств эпитаксиальных структур применялась холловская методика, основанная на измерении высокочастотного магнетосопротивления исследуемого образца в геометрии диска Корбино. Сравнительные значения электрофизических параметров 81 и 8Юе эпитаксиальных слоев представлено в таблице 1.

На основании проведенных исследований сделано предположение, что для реализации эпитаксиального слоя базы 8Юе гетеробиполярного транзистора более предпочтительно выращивание БЮе слоев с содержанием германия 10-20 атомных процентов.

В четвертой главе экспериментальной части представлены результаты разработки тестового кристалла вертикального 810е гетеробиполярного транзистора, схематичная структура которого изображена на рис. 5

База Эмиттер Коллектор

НВ Металлизация

п+ Поликремниевый контакт

. , 1 Оксидная маска

р-типа подложка 1бая БЮе база

рис. 5. Структура вертикального 8!Ое ГБТ

Предложен технологический маршрут реализации тестового кристалла Б1Се гетеробиполярного транзистора и определены основные параметры тестовых элементов, необходимых для проведения оптимизации структуры.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

В диссертационной работе нроведено комплексное исследование, направленное на разработку и реализацию технологического процесса молекулярно-лучевой эпитаксии кремния и твердых растворов замещения кремний-германий на установке МЛЭ, оснащенной испарительными ячейками Кнудсена с косвенным резистивным нагревом. Показана возможность изготовления эпитаксиальных гетероструктур БгОе/Б! с требуемыми свойствами на Б! подложке представленным методом для реализации 8Юе гетеробиполярного транзистора. Основные результаты и выводы работы заключаются в следующем:

^ Проведен расчет температурных режимов изготовления слоев Ое и 8Юе, при испарении и ве из эффузионных ячеек с косвенным резистивным нагревом, применительно к геометрии установки

молекулярно-лучевой эпитаксии "Цна-9". Показано, что на этой установке возможно изготовление Б! и Б ¡Се слоев с малыми скоростями роста. Определены основные требования к подготовке установки МЛЭ "Цна-9" для проведения процессов эпитаксии Б! и 8¡Се. Исследованы методы подготовки 81 подложек к процессам МЛЭ. Предложена методика подготовки поверхности Б! пластин непосредственно перед процессом эпитаксии в условиях сверхвысокого вакуума, обеспечивающая без применения химических методов, подготовку поверхности 81 подложек к процессам молекулярно-лучевой эпитаксии.

Изучены влияния параметров и условий роста на структурное качество выращиваемых эпитаксиальных слоев Бь Представлены оптимальные значения парциального давления в ростовой камере, температуры подложки и рабочей температуры испарительных ячеек, обеспечивающие качественный монокристаллический рост эпитаксиальных слоев 8! и Я10е. Определены экспериментальные температурные зависимости скорости роста кремния и твердых растворов 8Юе с разным содержанием германия, также определены экспериментальные зависимости доли германия при различных температурах нагрева тиглей с основными реагентами.

^ Исследована возможность изготовления легированных эпитаксиальных слоев 81 и вЮе. В качестве легирующей примеси п-типа использовался мышьяк, в качестве примеси р-типа - бор. Определен профиль распределения указанных примесей в эпитаксиальных слоях 81 и 8Юе. Предложен метод формирования сильнолегированных бором (до 3-1019 см"3) эпитаксиальных слоев 81 и 8Юе, основанный на совместном испарении кремния, насыщенного бором. Осуществлена модернизация установки молекулярно-лучевой эпитаксии "Цна-9", обеспечивающая реализацию процессов эпитаксиального роста 81, ве и 8Юе слоев на подложках диаметром до 100 мм.

^ Определены основные требования к разработке тестового кристалла 81Се ГБТ. Предложен вариант технологического маршрута изготовления тестового кристалла гетеробиполярного транзистора, включающего 10 процессов литографии.

ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ

1. Е.С. Горнев, В.П. Гаранин, Л.Н. Кравченко, Д.Н. Русаков, Н.В. Русаков -Сложные гетероструктуры выращиваемые МЛЭ /Сборник материалов межотраслевой 2-й научно-технической конференции АООТ "НИИМЭ и з-д. "Микрон" "Разработка, технология и производство полупроводниковых микросхем", Зеленоград, 1999, с. 42-45;

2. Д.Н. Русаков - Высокотемпературные эффузионные ячейки для молекулярно-лучевой эпитаксии SiGe гетероструктур. / Электроника и информатика - XXI век, третья Международная н.т. конференция, Зеленоград, МИЭТ, 2000, тезисы докладов, стр. 188;

3. Л.Н. Кравченко, Д.Н. Русаков - Получение гетероструктур SiGe/Si методом молекулярно-лучевой эпитаксии. / Всероссийская научно-техническая конференция "Микро- и нано- электроника 2001", тезисы доклада, Звенигород 2001, том 2, Р2-5 - 2.

4. А. Волосов, В. Дмитриев, Л. Кравченко, Д. Русаков. - Исследования эпитаксиальных слоев Si и SiGe, изготовленных методом молекулярно-лучевой эпитаксии из твердофазных источников. / Наукоемкие технологии, №1 (3), 2003, с. 46-47.

5. Д.Н. Русаков - Формирование базовых эпитаксиальных слоев SiGe гетеробиполярного транзистора методом МЛЭ из твердофазных источников. /10-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2003", тезисы доклада, Зеленоград, МИЭТ, 2003, с. 65.

6. Д.Н. Русаков - Изготовление методом МЛЭ эпитаксиальных слоев SiGe для гетеробиполярных транзисторов. / Международная научно-техническая школа-конференция "Молодые ученые - 2003", тезисы доклада, Москва, МИРЭА, с. 99-101.

Подписано в печать /01 ■//.¿ОРб^Формат 60x84/16 Объем^/?уч.изд.-л.

Заказ № {2.3" Тираж •/^экз.

572.

Введение

Теоретическая часть.

1. Особенности технологии изготовления гетероструктур SiGe/Si и приборов на их основе.

1.1. Физические особенности SiGe - гетероструктур.

1.1.1. Основные свойства элементарных полупроводников Si и Ge.

1.1.2. Свойства твердых растворов замещения Sii.xGex.

1.1.3. Изменение свойств твердых растворов замещения Sii.xGex в эпитаксиальных структурах.

1.2. Методы изготовления эпитаксиальных слоев SiGe и гетероструктур на их основе.

1.2.1. Химическое осаждение из паровой фазы.

1.2.2. Молекулярно-лучевая эпитаксия.

1.2.3. Альтернативные методы эпитаксии.

1.2.4. Сравнение различных методов получения эпитаксиальных структур SiGe.

1.3. Методы изготовления легированных эпитаксиальных слоев Si и SiGe.

1.3.1. Выбор легирующей примеси в Si и SiGe.

1.3.2. Донорные примеси в Si и SiGe.

1.3.3. Акцепторные примеси в Si и SiGe.

1.4. Особенности эпитаксиального выращивания гетероструктур на основе твердых растворов SiGe.

1.4.1. Напряжения и дислокации несоответствия.

1.4.2. Морфология поверхности эпитаксиальных слоев SiGe, выращенных на Si подложке.

1.5. Приборные структуры на основе SiGe.

1.5.1. Гетеробиполярные транзисторы.

1.5.2. Полевые транзисторы.

1.5.3. ИК детекторы.

1.5.4. Устройства на квантовых эффектах.

1.5.5. Тенденции применения SiGe слоев и гетероструктур на их основе.

1.6. Методы исследования эпитаксиальных структур SiGe/Si.

1.6.1. Физические методы исследований.

1.6.2. Электрофизические методы исследования.

1.7. Краткие выводы по главе 1.

2. Расчет процессов эпитаксии Si, Ge и SiGe из твердофазных источников.

2.1. Тепловой расчет источника испарения в условиях вакуума.

2.1.1. К расчету размеров тигля.

2.1.2. К расчету температуры испарения.

2.1.3. К выбору метода нагрева тигля.

2.2. Расчет параметров молекулярного источника для испарения кремния.

2.2.1. Расчет размеров тигля.

2.2.2. Расчет температуры испарения.

2.2.3. Выбор метода нагрева.

2.3. Расчет параметров молекулярного источника для испарения германия.

2.4. Расчет параметров эффузионного источника для испарения бора.

2.5. Расчет процессов эпитаксии SiGe слоев.

2.5.1. Расчет скорости роста Si и Ge.

2.5.2. Расчет мольной доли германия в SiGe.

2.6. Краткие выводы по главе 2.

Экспериментальная часть.

3. Технология выращивания гетероструктур SiixGex на кремниевой подложке методом молекулярно-лучевой эпитаксии из твердофазных источников.

3.1. Подготовка установки МЛЭ.

3.2. Подготовка подложек.

3.3. Влияние параметров и условий роста на структурное совершенство эпитаксиальных структур SiGe/Si, выращенных на установке МЛЭ "Цна-9".

3.3.1. Влияние степени разряжения в области роста.

3.3.2. Влияние температуры подложки.

3.3.3. Влияние температуры исходных реагентов.

3.4. Температурные зависимости содержания компонентов в твердых растворах SiGe, выращенных на установке МЛЭ "Цна-9".

3.4.1. Температурные зависимости скорости роста.

3.4.2. Температурные зависимости содержания основных компонентов в эпитаксиальных слоях SiGe.

3.4.3. Температурные зависимости концентрации примеси в эпитаксиальных слоях Si и SiGe.

3.5. Электрофизические измерения.

3.5.1. Методика бесконтактного измерения электрофизических параметров SiGe структур.

3.5.2. Зависимости подвижности носителей заряда от мольной доли германия.

3.6. Краткие выводы по главе 3.

4. Особенности изготовления SiGe гетеробиполярного транзистора.

4.1. Разработка тестового кристалла SiGe ГБТ.

4.2. Краткие выводы по главе 4.

Актуальность темы. Формирование эпитаксиальных слоев для полупроводниковых структур является одним из основных технологических процессов современной микроэлектроники. Развитие микроэлектроники на пути к наноэлектронике выдвигает более жесткие требования к размерам элементов и толщине рабочих слоев полупроводниковых приборов. Технология молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) в условиях сверхвысокого вакуума (СВВ) позволяет выращивать тонкие (до 1 нм) эпитаксиальные слои и гетероструктуры (ГС) с резкими гетеропереходами. Проведение ростовых процессов в условиях СВВ позволяет свести к минимуму влияние среды, а также открывает возможность объективного контроля за параметрами эпитаксиального роста и качеством структуры.

За последние десятилетия в микроэлектронике появилось и успешно развивается новое направление - реализация микроэлектронных приборов на основе ГС твердых растворов замещения кремний-германий (SiGe/Si). Успешное продвижение этого направления обусловлено рядом причин:

S совершенствованием технологии изготовления эпитаксиальных слоев и ГС SiGe/Si;

•f возможностью реализации принципов зонной инженерии при •разработке приборов;

S открывающиеся возможностью создания на одном кристалле кремниевой подложки схем СВЧ диапазона (до ЮОГГц) и сверхскоростных цифровых устройств первичной обработки сигнала;

•S возможностью создания БИС различного типа (аналоговые, цифровые, смешанного типа) на гетероструктурах SiGe/Si с использованием различных технологий на базе широкой номенклатуры активных и пассивных элементов;

S быстрой динамикой развития сектора рынка приборов для телекоммуникационных систем.

В настоящее время направление по разработке и изготовлению приборов на основе ГС SiGe/Si в России ограничиваются в основном академическими исследованиями в области изготовления светочувствительных матриц инфракрасного диапазона. В последние годы наметилась тенденция к исследованию возможности изготовления приборов наноэлектроники на основе Si, Ge и SiGe квантоворазмерных элементов.

Реализация приборов на ГС SiGe/Si сопряжена с необходимостью внедрения технологических приемов эпитаксии в условиях СВВ в технологический маршрут изготовления прибора. Отсутствие промышленного технологического оборудования, опыта работ и недостаточная осознанность физики происходящих процессов приводит к торможению развития SiGe технологии в нашей стране. Поэтому исследования направленные на решение технологических вопросов изготовления эпитаксиальных слоев Si и SiGe в комплексе с разработкой технологии изготовления конкретного прибора на основе ГС SiGe/Si весьма актуальны.

Цель диссертационной работы заключалась в разработке и изучении технологического процесса выращивания эпитаксиальных слоев Si, SiGe и гетероструктур SiGe/Si на установке молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием твердофазных источников, исследование изготовленных эпитаксиальных слоев и гетероструктур, а также определение возможности формирования гетероэпитаксиальных структур SiGe/Si применительно к изготовлению SiGe гетеробиполярного транзистора. Для достижения цели диссертационной работы были поставлены следующие задачи исследования:

S рассчитать температурные зависимости технологических параметров процесса формирования слоев Si и SiGe в условиях сверхвысокого вакуума;

•S разработать технологический процесс выращивания эпитаксиальных слоев Si, SiGe и гетероструктур на их основе;

S разработать и/или скорректировать методики для исследования свойств Si, SiGe слоев и SiGe/Si гетероструктур;

S исследовать влияние основных параметров эпитаксиального роста, влияющих на качество и свойства, выращиваемых слоев Si, SiGe и гетероструктур на их основе;

•S разработать технические требования и принять участие в модернизации установки МЛЭ "Цна-9", обеспечивающей изготовление эпитаксиальных слоев Si и SiGe, с требуемыми параметрами, на подложках Si диаметром 100 мм;

S исследовать возможность изготовления гетеробиполярного транзистора (ГБТ), применяя технологию МЛЭ для формирования SiGe области активной базы.

Для достижения объективного и достоверного определения свойств и параметров эпитаксиальных структур SiGe/Si при решении поставленных задач применялись следующие методы исследования:

•S электронография по методу съемки на отражение;

•S просвечивающая электронная микроскопия угольных реплик от поверхности эпитаксиальных структур; растровая электронная микроскопия поверхности и сколов гетероструктур; растровая электронная оже-спектроскопия;

S рентгеновская дифракция с высоким угловым разрешением;

•S вторично ионная масс спектрометрия;

•S электронное профилирование поверхности;

•S холловские измерения электрофизических параметров.

Научная новизна работы состоит в проведенном исследовании процессов эпитаксиального роста Si и SiGe слоев в условиях сверхвысокого вакуума на установке молекулярно-лучевой эпитаксии, оснащенной испарительными ячейками Кнудсена с косвенным резистивным нагревом, а именно:

S на основании теоретического теплового расчета обоснована возможность осуществления процессов роста Si, Ge и SiGe слоев в условиях вакуума, при испарении Si и Ge из эффузионных ячеек Кнудсена с косвенным резистивным нагревом тиглей и определены температурные зависимости параметров процесса роста Si и SiGe слоев;

S исследована зависимость кристаллической структуры эпитаксиальных слоев Si и SiGe от основных технологических параметров, характеризующих условия роста указанных слоев (условий подготовки подложек, температуры испарительных ячеек и нагревателя подложек, скорости роста, остаточной атмосферы в зоне роста), определены диапазоны значений технологических параметров обеспечивающих качественный рост эпитаксиальных слоев Si и SiGe;

S разработан метод формирования сильнолегированных бором (до 3-1019 ат"3) эпитаксиальных слоев Si и SiGe на установке МЛЭ, оснащенной испарительными ячейками Кнудсена с косвенным резистивным нагревом;

S предложена методика подготовки поверхности Si подложек непосредственно перед проведением процесса эпитаксии в условиях сверхвысокого вакуума, обеспечивающая без применения жидкостной обработки подготовку Si подложек к процессам молекулярно-лучевой эпитаксии.

Практическая значимость работы заключается:

S в установлении зависимостей свойств эпитаксиальных слоев Si и SiGe от параметров проведения процесса применительно к установке МЛЭ "Цна-9";

S в разработке методики подготовки поверхности Si подложек непосредственно перед процессом эпитаксии в условиях сверхвысокого вакуума, без применения химической обработки, обеспечивающей качественную подготовку поверхности кремниевой пластины на которой сформирован рисунок методом локального окисления;

S в проведении модернизации установки молекулярно-лучевой эпитаксии "Цна-9", обеспечивающей реализацию процессов эпитаксиального роста Si, Ge и SiGe слоев и гетероструктур на подложках диаметром до 100мм;

S в применении полученных результатов для разработки технологического маршрута изготовления гетеробиполярного транзистора с SiGe базой.

Основные положения, выносимые на защиту:

S технология молекулярно-лучевой эпитаксии с применением эффузионных ячеек Кнудсена, обеспечивающая получение эпитаксиальных слоев Si, Ge, SiGe и гетероструктур SiGe/Si с требуемыми свойствами, для изготовления приборов микроэлектроники; методика подготовки поверхности Si подложек к процессам молекулярно-лучевой эпитаксии, непосредственно в ростовой камере в условиях сверхвысокого вакуума, основанная на восстановлении Si поверхности в периодическом молекулярном потоке кремния, обеспечивающая качественную подготовку Si подложек, на которых сформирован рисунок локальным окислением;

S метод изготовления легированных эпитаксиальных слоев Si и SiGe в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии, основанный на испарении Si насыщенного бором, позволяющий формировать эпитаксиальные

10 "X слои Si и SiGe, сильнолегированные бором (до 3-10 см").

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы используются в ОАО "НИИМЭ и Микрон" при выполнении ОКР "Технология ГК", ОКР "Инициатива 2", ОКР "Базис ГК", направленных на разработку приборно-технологического базиса производства приборов на основе SiGe, проводимых в рамках Федеральной целевой программы "Национальная технологическая база" Российского агентства по системам управления.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на Межотраслевых 2, 4, 5, 6 научно-технических конференциях ОАО "НИИМЭ и Микрон" "Разработка, технология и производство полупроводниковых микросхем" (1999, 2001,

2002, 2003гг., г. Зеленоград, 2002г. п.г.т. Гурзуф), Третьей Международной научно-технической конференции "Электроника и информатика - XXI век" (2000г., г. Зеленоград), Всероссийской научно-технической конференции "Микро- и наноэлектроника 2001" (2001г., г. Звенигород), 10-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2003" (2003г., г. Зеленоград), Международной научно-технической школы-конференции "Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию" (2003г., г. Москва).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах и включены в 3 научно-технических отчета НИОКР, проводимых в ОАО "НИИМЭ и Микрон".

Диссертационная работа включает: введение, теоретическую (главы 1 -2), экспериментальную часть (главы 3 - 4), заключение и приложение.

Основные результаты и выводы диссертационной работы заключаются в следующем:

S Проведен расчет температурных режимов изготовления слоев Si, Ge и SiGe, при испарении Si и Ge из эффузионных ячеек с косвенным резистивным нагревом, применительно к геометрии установки молекулярно-лучевой эпитаксии "Цна-9". Показано, что на этой установке возможно изготовление Si и SiGe слоев с малыми скоростями роста.

S Определены основные требования к подготовке установки МЛЭ "Цна-9" для проведения процессов эпитаксии Si и SiGe. Исследованы методы подготовки Si подложек к процессам МЛЭ. Предложена методика подготовки поверхности Si пластин непосредственно перед процессом эпитаксии в условиях сверхвысокого вакуума, обеспечивающая без применения химических методов, подготовку поверхности Si подложек к процессам молекулярно-лучевой эпитаксии.

S Изучены влияния параметров и условий роста на структурное качество выращиваемых эпитаксиальных слоев Si. Представлены оптимальные значения парциального давления в ростовой камере, температуры подложки и рабочей температуры испарительных ячеек, обеспечивающие качественный монокристаллический рост эпитаксиальных слоев Si и SiGe.

S Определены экспериментальные температурные зависимости скорости роста кремния и твердых растворов SiGe с разным содержанием германия, также определены экспериментальные зависимости доли германия при различных температурах нагрева тиглей с основными реагентами.

S Исследована возможность изготовления легированных эпитаксиальных слоев Si и SiGe. В качестве легирующей примеси п-типа использовался мышьяк, в качестве примеси р-типа - бор. Определен профиль распределения указанных примесей в эпитаксиальных слоях Si и SiGe. Предложен метод формирования

10 "3 сильнолегированных бором (до 3-10 см") эпитаксиальных слоев Si и SiGe, основанный на совместном испарении кремния, насыщенного бором.

S Осуществлена модернизация установки молекулярно-лучевой эпитаксии "Цна-9", обеспечивающая реализацию процессов эпитаксиального роста Si, Ge и SiGe слоев на подложках диаметром до 100 мм.

S Определены основные требования к разработке тестового кристалла SiGe ГБТ. Предложен вариант технологического маршрута изготовления тестового кристалла SiGe гетеробиполярного транзистора, включающего 10 процессов литографии.

1.И. Курносов - Материалы для полупроводниковых приборов и интегральных схем.1. М. «Высшая Школа», 1975.

2. И.В. Тананаев, М.Я. Шпирт Химия германия. /М. «Химия», 1967.

3. Новиков В.В. Теоретические основы микроэлектроники. /М. «Высшая Школа», 1972.

4. Ч. Уэрт, Р. Томсон Физика твердого тела. /Пер. с англ. под ред. Тябликова С.В. /М.1. Мир», 1969.

5. G.L. Zhou, Н. Morkoc Si/SiGe heterostructures and devices / Thin Solid Films 1993, Vol.321, pp. 125-142.

6. Y.S. Tang, C.M. Sotomayor Torres, R.A. Kubiak, Т.Е. Whall, E.H.C. Parker, H. Presting, H.

7. Kibbel Photoluminescence and photorelectance study of Si/SiGe quantum dots. / J. Electron. Mater. 1995, Vol. 24, p.99

8. G. Sun, L. Friedman, R.A. Soref Intersubband lasing lifetimes of SiGe/Si and

9. GaAs/AlGaAs multiple quantum well Structures. /Appl. Phys. Lett. 1996, vol. 66, No. 25, p.3425-3427.

10. M.V. Fischetti, S.E. Laux Band structure, deformation potentials, and carrier mobility instrained Si, Ge, and SiGe alloys. / J. Appl. Phys., vol. 80, No. 4, 1996, pp. 2234-2252.

11. Y. Fu, S.C. Jain, M. Willander, J.J. Loferski Valence band structures of heavily dopedstrained GeSi layers. / J. Appl. Phys. 1993, Vol. 74, No 1, pp. 402-407.

12. Последние достижения в области SiGe технологии. /Зарубежная электронная техника,вып. 3, 1998, с.43-49.

13. R. Vrijen, Е. Yablonovich, К. Wang, Н. W. Jiang, A. Balandin, D. DiVincenzo Electronspin resonance transistors for quantum computing in silicon-germanium heterostructures. /Quantum Physics., 9905096, 28 may 1999, p. 1-9

14. R. Szweda SiGe epitaxy - the key to the device market / III-Vs Review, vol. 15, No 5, 2002,pp. 54 60.

15. I.-M. R. Lee and C. G. Takoudis Process-property relationships in SiGe chemical vapordeposition. / Journal of Electrochemical Society., vol. 143, No. 5, 1996, pp. 1719-1725.

16. B.S. Meyerson Low Temperature Silicon Epitaxy by Ultra-High Vacuum/Chemical Vapor

17. Deposition. / Appl. Phys. Lett. 1986, Vol. 48, No. 12, p. 797-799.

18. S.-M. Jang, R. Reif Temperature dependence of SiGe epitaxial growth using very lowpressure chemical vapor deposition. / Appl. Phys. Lett. 1991, vol. 59, (24), pp. 3162-3164.

19. G.W. Huang at al. Low temperature epitaxy of Si and SiGe by ultrahigh vacuum-chemicalmolecular epitaxy. / J. Appl. Phys. 1997, Vol. 81, No. 1, p.210.

20. J-C. Lou, W.G. Oldham, H. Kawayoshi, P. Ling The selective epitaxy of silicon at lowtemperatures. / Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 220, 1991, pp. 253 360.

21. H. Hirayama, M. Hiroi, K. Koyama, T. Tatsumi, M. Sato Gas source silicon Molecularbeam Epitaxy. / Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 220, 1991, pp. 545 556.

22. K.Y. Suh and Hong Y. Lee Composition dependence of activation energy in solid phaseepitaxial growth of SiGe alloys. / Journ. of Appl. Phys., 1996, vol. 80, No. 12, p.6716

23. J. Olivares, A. Rodriguez, J. Sangrador, T. Rodriguez, C. Ballesteros, A. King Solid-phasecrystallization of amorphous SiGe films deposited by LPCVD on SiC>2 and glass. / Thin Solid Films Vol. 337, 1999, pp. 51-54.

24. S. Lombardo, С. Spinella, S. U. Campisano, A.Pinto, P. Ward Si/GeSi heterojunctionbipolar transistors formed by Ge ion implantation in Si. Narrowing of band gap and base width. / Nuclear Instruments and Methods is Physics Research В 147 (1999) p.56-57.

25. A. N. Larsen Impurity diffusion in SiGe alloys: strain and composition effects. / Mat. Res.

26. Soc. Symp. Proc. Vol. 532, 1998, p. 187-198.

27. R. Kubiak & C. Parry An overview of doping strategies in Si:MBE. /Mat. Res. Soc.,1991, Vol.220, p.63-74.

28. T. Sugiyama, T. Itoh Lattice location of heavily doped As atoms in Si films grown bypartially ionized molecular beam epitaxy. / Appl. Phys. Lett. 1988, vol. 52, (11) p.883-885.

29. B.C. Аврутин, А.Ф. Вяткин, Н.Ф. Изюмская, Н.Н. Лойко, А.Н. Пустовит

30. Перераспределение сурьмы в псевдоморфных Si/SiGe/Si<Sb> гетероструктурах, отожженных в различных условиях. / Тезисы доклада МНЭ-2001, г. Звенигород, Р2-4.

31. A. Yu. Kuznetsov, J. Cardenas, B.G. Svensson, A.N. Larsen, J.L. Hansen Activationenthalpy of Sb diffusion in biaxially compressed SiGe layers. / Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 532, 1998, p.213-218.

32. R.M. Ostrom, F.G. Allen Boron doping in Si molecular beam epitaxy by co-evaporation of

33. B203 or doped silicon. / Appl. Phys. Lett. 1986, vol. 48, (3) pp. 221-223.

34. P.M. Zagwijn, J.F. van der Veen, E. Vlieg, A.H. Reader, D.J. Gravesteijn A solution of thedoping problem for Ga delta-doping layers in Si. / J. Appl. Phys. vol. 78 (8) pp. 49334938.

35. H.J. Osten and P. Gaworzewski Charge transport in strained SiC and SiGeC alloys on

36. Si(OOl). / J. Appl. Phys. 82 (10), 1997, p4977-4978.

37. T. Tatsumi, H. Hirayama, N. Aizaki. Boron heavy doping for Si molecular beam epitaxyusing a HB02 source. / Appl. Phys. Lett. 1987, Vol. 50 (18) pi234-1236

38. T.L. Lin, R.W. Fathauer, P.J. Grunthaner Heavily boron-doped Si laters grown below 700°Cby molecular beam epitaxy using a HBO2 source. / Appl. Phys. Lett. 1989, Vol. 55 (8) pp. 795-796.

39. P. Gaworzewski, D. Kruger, R. Kurps, H. Rucker, H.P. Zeindl. Dopant electrical activity of

40. Si and SiGe multilayer structures doped with delta-like boron spikes at different temperatures. / J. Appl. Phys. 1994, vol. 75 №12 pp. 7869-7874

41. M.Franz, K.Pressel and P. Gaworzewski Alloy effects in boron doped Si-rich SiGe bulkcrystals. / J. Appl. Phys. vol. 84 №2 p. 709.

42. R. People, J.C. Bean Calculation of critical layer thickness versus lattice mismatch for

43. GeSi/Si strained-layer heterostructures. / Appl. Phys. Lett. 1985, Vol. 47 No. 3, p322-324.

44. Van der Merve J.H. Crystal interfaces. Part 1. Semi-infinite crystals / J. Appl. Phys., 1962,1. Vol. 34, No.l, p. 123.

45. J.W. Matthews & A.E. Blakeslee Defects in epitaxial multilayers / J. Cryst. Growth. 1974,vol. 27,,p. 118

46. Yukio Fukuda, Yoshitaka Kohama, Yoshiro Ohmachi Critical thickness for SiGe/Siheterostructure. / Japanese J. Appl. Phys., vol. 29, No. 1, 1990, pp. L20-L22.

47. J. Huang, Z. Ye, H. Lu, D. Que Calculation of critical layer thickness considering thermalstrain in SiGe/Si strained-layer heterostructures. / J. Appl. Phys., vol. 83, No. 1, 1998, pp. 171-173.

48. M. Arienzo, J.H. Comfort, E.F. Grabbe, D.L., D.L. Harame, S.S. Iyer, B.S. Meyerson, M.C.

49. Stock, Y-C. Sun SiGe heterojunction bipolar transistors. / Mat. Res. Soc. Symp. Proc., vol. 220, 1991, pp. 421 -431.

50. Y. Kohama, Y. Fukuda, M. Seki Determination of the critical layer thickness of SiGe/Siheterostructures by direct observation of misfit dislocations. / Appl. Phys. Lett. 1988, Vol. 52, No. 5, pp. 380-382.

51. Jesser W.A., Kuhlmann-Wisdorf D. On the theory of interfacial energy and elastic strain ofepitaxial overgrowth in parallel alignment on single crystal substrates. / Phys. Stat. Sol., 1967, 19, p.95-105.

52. A.Yu. Nikulin, P. Zaumseil, P.V. Petrashen' Unambiguous determination of crystal-latticestrain in epitaxially rown SiGe/Si multilayers. / J. Appl. Phys., vol. 80, No. 12, 1996, pp.6683-6688.

53. R.H. Miles, T.C. McGill, P.P. Chow, D.C. Johnson, R.J. Hauenstein, C.W. Neih, M.D.

54. Strathman. Dependence of critical thickness on growth temperature in GeSi/Si superlatices. / Appl. Phys. Lett. Vol. 52, No. 11, 1988, pp. 918.

55. P.Y. Timbrell, J.-M. Baribeau, D.J. Lockwood, J.P. McCaffrey. An annealing study of strainrelaxation and dislocation generation in SiGe/Si heteroepitaxy. / J. Appl. Phys. Vol. 67, No. 10, 1990, pp. 6292 6300.

56. S.R. Stiffler, J.H. Comfort, C.L. Stanis, D.L. Harame, E. de Fresart, B.S. Meyerson. Thethermal stability of SiGe films deposited by ultrahigh-vacuum chemical vapor deposition. / J. Appl. Phys., vol. 70, No. 3, 1991, pp.1417-1419.

57. Volmer M. Weber A. Nuclei formation in supersaturated states. 1Z. Phys. Chem., 1926, vol.119, pp. 227-301.

58. Stranski I.N., Kr'stanov L. Theory of orientation separation of ionic crystal. /

59. Sitzungsberichte der Akademie der Wibenschaften. Wein. Mathematisch -Naturwibenschaftlich Klabe 1937, Abt. lib., Bd. 146, s.797-810.

60. Frank F.C., van der Merwe J.H. One - dimension dislocation. I Static theory. / Proc. Roy.

61. Soc. London, 1949, vol. A198, pp. 205-215.

62. K.R. Hofmann, D. Reinking, M. Kammler, Horn-von Hoegen. Surfactant-grown low-dopedgermanium layers on silicon with high electron mobilities. / Thin Solids Films 321, 1998, pp 126-127.

63. M. Kammler, D. Reinking, K.R. Hofmann, M. Horn-von Hoegen Surfactant-mediatedepitaxy of Ge on Si: progress in growth and electrical characterization. / Thin Solid Films, 1998, vol. 336, pp. 29-33.

64. С. Зи Физика полупроводниковых приборов. Книга 1. / М - 1984, с. 132.

65. Корольков В.И. Гетеробиполярные транзисторы в микроэлектронике.

66. Петербургский журнал электроники, 1997, вып. 3, сс. 3-15.

67. G.L. Patton, J.H. Komfort, B.S. Meyerson, E.F. Grabbe, G.J. Scilla, E. de Fresart, J.M.C.

68. Stork, J.Y.-C. Sun, D.L. Harame, J.N. Burghartz. 75-Ghz ft SiGe Base heterojunction bipolar transistors. / IEEE Trans. On Electron Devices, 1990, vol. 11, No. 4., pp.171-173.

69. Szweda R. Fastest Silicon-Based Transistor. - Silicon Germanium News Review, 2003, No.4. p. 1.

70. D.L. Harame, J.H. Comfort, J.D. Gressler, E.F. Grabbe, J. Y.-C. Sun, B.S. Meyerson, T. Tice- Si/SiGe epitaxial-base transistors. / IEEE Trans. On Electron Devices, 1995, vol. 42, No. 3., p.455-482

71. G.L. Patton, J.M.C. Stork, J.H. Comfort, E.F. Grabbe, B.S. Meyerson, D.L. Harame, J.Y.-C.

72. Sun. SiGe-base heterojunction bipolar transistors: physics and design issues. / IEDM Tech. Digest, 1990, pp. 13-16

73. A. Schuppen SiGe-HBTs for mobile communication. / Solid State Electronics, 1999, vol.43, pp 1373 1374.

74. J. Weller, H. Jorke, K. Strohm, J.-F. Luy, H. Kibbel, H.-J. Herzog, R. Sauer Assessmentof transport parameters for the design of high speed Si/SiGe HBTs with compositionally graded base. /Thin Solid Films, vol. 336, 1998, p.137-140.

75. L.C.M. van den Oever, L.K. Nanver, C.C.G. Visser, T.L.M. Scholtes, R.J.E. Hueting, J.W.

76. Slotboom Inverse SiGe heterojunction bipolar transistor. / 27th ESSDERC Proc. Stuttgart, 1997, 253-256.

77. E.J. Prinz, P.M. Garone, P.V. Schwartz, X. Xiao, J.C. Sturm The effect of base dopantoutdeffusion and undopet SiGe junction spacer layers in Si/SiGe/Si heterojunction bipolar transistors. / IEEE Elec. Dev. Lett. 1991, Vol. 12. No. 2, pp. 42-44.

78. S. Thompson, P. Packan, M. Bohr MOS Scaling: Transistor Challenges for the 21st

79. Century. /Intel Technology Journal, Q3, 1998, p.16-17.

80. F.M. Buffer, R.D. Yoder, W. Fichtner. Strain-dependence of electron transport in bulk Siand deep-submicron MOSFETs. / VLSI Design, 2001, vol. 13, pp. 163-167

81. J.B. Roldan, F. Gamiz, J.A. Lopez-Villanueva, J.E. Carceller. Understanding the improovedperformance of strained Si/SiGe channel MOSFETs. / Semiconductor Science Technology, 1997, vol. 12, p. 1603.

82. M. Rashed, W.-K. Shih, S. Jallepalli, T.J.T. Kwan, C.M. Maziar Monte Carlo simulation ofelectron transport in strained Si/SiGe n-MOSFETs. / IEEE IEDM, 1995, vol. 31, p. 765.

83. A. G. O'Neill, D. A. Antoniadis. Investigation of Si/SiGe based FET geometries for highfrequency performance by computer simulation. / IEEE transaction on electron devices, 1997, vol. 44, No. l,p. 84.

84. D.J. Paul Silicon germanium heterostructures in electronics: the present and the future.

85. Thin Solid Films, vol. 321, 1998, p. 172-180.

86. V.P. Kesan, S. Subbana, M.J. Tejwani, P.J. Restle, S.S. Iyer Si/Sii.xGex p-channel

87. MOSFETs fabricated using a gate quality dielectric process. /Mat. Res. Soc., 1991, Vol. 220, p.471-476.

88. H.G. Grimmeiss Silicon-germanium - a promise into the future? /Физика и техникаполупроводников, том 33, вып. 9, 1999г., с. 1032-1034.

89. S. Roy, A. Asenov, S. Babiker, J.R. Barker, S.P. Beaumont RF performance of strained Si

90. MODFETs and MOSFETs on virtual SiGe substrates: A Monte Carlo study. / 27th ESSDERC Proc. 1997, pp. 198-202.

91. F. Schaffler Modulation doped Si/SiGe heterostructures. / Mat. Res. Soc., 1991, Vol. 220,p.43 3-443.

92. K. Ismail. Si/SiGe high-speed field-effect transistors. / IEDM Tech. Dig., 1995, p. 509

93. B.C Аврутин, А.Ф. Вяткин, Н.Ф. Изюмская, А.Н. Пустовит, В.П. Калинушкин, Д.Е.

94. Ставровский, О.В. Уваров, В.А. Юрьев. ИК поглощение в SiGe/Si гетероструктурах. / Сборник тезисов Нанофотоника, ИФМ РАН, 2000, с. 36-38

95. В.И. Машанов, И.Б. Чистохин, Б.А. Зайцев, О.П. Пчеляков, Л.В. Соколов, Е.Г.

96. Тишковский, Б.И. Фомин, Е.И. Черепов. Получение фоточуствительных ячеек матричного модуля ИК диапазона 3-5 мкм на основе гетероперходов GeSi/Si и исследование их характеристик. / Микроэлектроника, 1998, том 27, № 6, с. 412-418.

97. T.L. Lin, E.W. Jones, Т. Jeorge, A. Ksendzov, M.L. Huberman Silicon-based longwavelength infrared detectors fabricated by molecular beam epitaxy. /Mat. Res. Soc., 1991, Vol. 220, p.477-482.

98. J.S. Park, T.L. Lin, E.W. Jones, H.M. Del Castillo, S.D. Gunapala Long-wavelength stacked

99. SiGe/Si heterojunction internal photoemission infrared detectors using multiple SiGe/Si layers. / Appl. Phys. Lett. 1994, Vol. 64 No. 18, pp. 2370-2372.

100. H.C. Liu, D. Landheer, M. Buchanan, D.C. Houghton. Resonant tunneling in Si/SiGedouble-barrier structures. / Appl. Phys. Lett., 1988, vol. 52 (21), pp.1809 1810.

101. S.S. Rhee, J.S. Park, R.P.G. Karunasiri, Q. Ye, K.L. Wang. Resonant tunneling through a

102. Si/SiGe/Si heterostructuer on a GeSi buffer layer. / Appl. Phys. Lett., 1988, vol. 53 (3), pp. 206.

103. T. Hackbarth, H. Kibbel, M. Glueck, G. Hoeck, H.-J. Herzog. Artifical substratesfor n- andp- type SiGe heterostructure field-effect transistors. / Thin Solid Films, 1998, vol. 321, pp. 136-140.

104. G. Purvis SiGe device markets. / III-Vs Review, vol. 16, No 2, 2003, pp. 40-43.

105. R. Szweda 2002: the year in review. / III-Vs Review, vol. 15, No 9, 2002, pp. 34-41.

106. E.C. Горнев, В.П. Гаранин, Л.Н. Кравченко, Д.Н. Русаков, Н.В. Русаков Сложныегетероструктуры выращиваемые МЛЭ /Сборник материалов 2 конференции НИИМЭ и з-да «Микрон»., 17 марта 1999, с. 42-45.

107. Методы анализа поверхности. / под ред. А. Зандерны, пер. с англ. под ред. В.В.

108. Кораблева и Н.Н. Петрова / Москва "МИР", 1979.

109. Д. Вудраф, Т. Делчар / Современные методы исследования поверхности. / пер. с англ.

110. Е.Ф. Шека, под ред. В.И. Раховского / Москва "МИР", 1989

111. М. Larson, L.-E. Bjorklund, G.V. Hansson Equipment for monitoring and controlling

112. RHEED oscillations. / Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 220,1991, pp. 49 - 54

113. H.J. Osten, P. Gaworzewski Charge transport in strained SiC and SiGeC alloys on Si(001) /

114. J. Appl. Phys., vol. 82, No. 10, 1997, pp. 4977 4981.

115. J.-M. Baribeau, H. Lafontaine X-Ray scattering investigation of the interfaces in Si/SiGesuperlattices on Si(001) grown by MBE and UHV-CVD. / Thin Solid Films 321, 1998, pp. 141-147.

116. Л.П. Павлов Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. М.,1987.

117. Таблицы физических величин. /Справочник под ред. И.К. Кикоина. /М 1976.

118. Ф. Розбери. / Справочник по вакуумной технике и технологии. Под ред. проф. Р.А.1. Нилендера. /М-1972.

119. Б.Н. Юдаев / Теплопередача. /М., «Высшая школа», 1981, с.286-289.

120. Д.Н. Русаков Высокотемпературные эффузионные ячейки для молекулярно-лучевойэпитаксии SiGe гетероструктур. / Электроника и информатика XXI век третья Международная н.т. конференция, Москва МИЭТ, 2000, тезисы докладов, стр. 188-1

121. В.В. Коробцов, А.П. Шапоренко, В.В. Балашев. Влияние химической очисткиповерхности кремния на эпитаксиальный рост кремния. /Микроэлектроника, 1998, том 27, № 5, с. 367-369.

122. Ф.У. Сарис, Т. де Йонг Молекулярно-лучевая эпитаксия кремния. /Молекулярнолучевая эпитаксия и гетероструктуры. Пер. с англ. под. ред. акад. Ж.И. Алферова и д-ра физ.-мат. наук проф. Ю.В. Шмарцева. Изд. «Мир» 1989 с 219-245.

123. М. Griglione, Т. Anderson, Y. Haddara, М. Law, К. Jones Interdiffusion behavior of

124. Si/SiGe layers in inert and oxidizing ambiens. /Mat. Res. Soc. Proc. Vol. 532 p. 119-124.

125. B.C. Аврутин, А.Ф. Вяткин, Л.А. Матвеева, И.И. Ходос Эпитаксиальный ростбуферных SiGe слоев с низкой плотностью дефектов. /Микроэлектроника, 1994, том 23, вып. 5, с.70-75.

126. Т. Obata and other Structural characterization of SiGe layers grown on Si(001) substrates bymolecular beam epitaxy. /Journ. of Appl. Phys. 81 (1), 1997, p.200.

127. Ф.Ф. Сизов, и др. Эпитаксиальные слои и сверхрешетки Si/Si 1-xGex. Получение иструктурные характеристики. /Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 8, с 922-925.

128. К. Kugimiya, Y. Hirofuji & N. Matsuo. Si-beam radiation cleaning in molecular-beamepitaxy. /Jap. Journ. of Appl. Phys., vol 24, no. 5, 1985, p.565.

129. B.-K. Yang, M. Krishnamurty & W.H. Weber Low-temperature epitaxial growth of Ge-rich

130. Ge-Si-C alloys: Microstructure, Raman studies, and optical properties. / Journ. of Appl. Physics, vol. 84, no. 4, 1998, p. 2012.

131. Л.Н. Кравчеко, Д.Н. Русаков Получение гетероструктур SiGe/Si методоммолекулярно-лучевой эпитаксии. / Всероссийская н.т. конференция Микро- и нано-электроника 2001, тезисы доклада, Звенигород 2001, том 2, Р2-5 2.

132. R.M. Ostrom, F.G. Allen Boron doping in Si molecular beam epitaxy by co-evaporation of

133. B203 or doped silicon. / Appl. Phys. Lett., vol. 48, No. 3, 1986, p. 221.

134. А. Волосов, В. Дмитриев, Л. Кравченко, Д. Русаков. Исследования эпитаксиальныхслоев Si и SiGe, изготовленных методом молекулярно-лучевой эпитаксии из твердофазных источников. / Наукоемкие технологии, №1 (3), 2003, с. 46-47.

135. Д.Н. Русаков Изготовление методом МЛЭ эпитаксиальных слоев SiGe длягетеробиполярных транзисторов. / Международная н.т. школа-конференция Молодые ученые 2003, тезисы доклада, Москва, МИРЭА, с. 99-101.1. Проректор л-К

136. УТВЕРЖДАЮ» ,(ТУ)^юучебной работе А. С. Поспелов1. АКТ

137. Об использовании результатов диссертационной работы в учебном процессе

138. Зав. кафедрой МПТЭ МИЭТ, профессор1. Коркишко Ю.Н,1. Профессор МПТЭ МИЭТ1. Мочалов А.И.

139. Утверждаю еральный директор Э и Микрон" .Н. Еременко1. Акт

140. ОКР "Технология ГК" выполнена в ОАО "НИИМЭ и Микрон" по договору № 003/99ф от 07 мая 1999г с Федеральным фондом развития электронной техники РФ.

141. К.т.н., начальник Центра сложных полупроводниковых соединений

142. Д.т.н, профессор, научный руководитель Центра сложных полупроводниковых соединений, главный конструктор ОКР "Технология ГК"1. А.В. Волосов1. Л.Н. Кравченко1. Акттверждаю ый директор Э и Микрон" Еременко

143. ОКР "Базис ГК" выполняется в "ОАО НИИМЭ и Микрон" по государственному контракту (договору) № 003/02-МЭ от 01 марта 2002г., заказчик -Российское агентство по системам управления.

144. К.т.н., начальник Центра сложных полупроводниковых соединений, главный конструктор ОКР "Базис-ПС"

145. Д.т.н, профессор, научный руководитель Центра сложных полупроводниковых соединений1. А.В. Волосов1. Л Л Г. Кравченко