УДК 539.216.2
ПОПОВ В. П., ТЫСЧЕНКО И.Е.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ НА
ИЗОЛЯТОРЕ ДЛЯ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ
Институт физики полупроводников СО РАН,
630090, Россия, Новосибирск, проспект Лаврентьева, 13
Переход к гигамасштабной интеграции КМОП транзисторов на
основе структур кремний-на-изоляторе (КНИ) с размерами длин кана-
лов около 20 нм затруднен тем, что уменьшение размеров сопровожда-
ется ростом легирования и снижением подвижности носителей в кана-
ле транзистора при соответствующем увеличении сопротивления и
тепловыделения. В последнее время предлагаются различные вариан-
ты структур с целью увеличения подвижности носителей в канале
транзистора, например структуры напряженного кремния-на-
изоляторе (КНИ). В данной работе в качестве одного из перспектив-
ных путей перехода к гигамасштабной интеграции КМОП транзисто-
ров рассматривается создание гетероструктур кремний-германий-на-
изоляторе (КГНИ), сформированных комбинацией методов ионного
синтеза и прямого сращивания. С этой целью проводилась импланта-
ция ионов Ge+ с энергией 40 кэВ дозой ~81015 см-2 в термически вы-
ращенные пленки SiO2 толщиной 220 нм. Затем на имплантированную
ионами Ge+ пластину переносилась с другой пластины пленка кремния
толщиной 0.5 мкм. В результате, были сформированы Кни структуры,
в которых захороненный слой SiO2 содержал германий вблизи грани-
цы сращивания. Каждая из пластин с КНИ структурами была разрезана
на 4 части, три из которых после соответствующих отжигов были ис-
пользованы для изготовления на их основе МДП транзисторов, а чет-
вертая часть использовалась для структурных исследований. Для ис-
следования электрофизических свойств сформированных структур
использовались методы измерения вольт-амперных (I-V) сток-
затворных характеристик n-p-n- и p-n-p-транзисторов и высокочастот-
ных вольт-фарадных (С-V) характеристик. С целью измерения попе-
речных C-V- характеристик на ряде структур были предусмотрены
контактные алюминиевые площадки, примыкающие к стоковым об-
ластям. Высокочастотные (1 MГц) вольт-фарадные характеристики
измерялись на профилометре ЕДК-6817, разработанном в Институте
физики полупроводников СО РАН, со скоростью сканирования ~0.85
В/с. Распределение имплантированного германия исследовалось мето-
дом резерфордовского обратного рассеяния (РОР) ионов Не+ с энерги-
ей 1.7 МэВ. Структура слоев исследовалась методом высокоразре-
шающей электронной микроскопии HRTEM как в планарном режиме
(HRTEM), так и на поперечном срезе (XTEM). Исследования проводи-

лись на микроскопе JEM-4000 с разрешением 0.2 нм при ускоряющем
напряжении 325 кВ.
На рисунке 1 представлены спектры РОР в направлении, при
котором реализуются условия максимального отклонения от направ-
ления <100> пленки кремния (random), и каналирования ионов He+
вдоль каналов <100> (aligned) в сформированной КНИ структуре, со-
держащей Ge в слое SiO2. Сравнение разориентированного и ориенти-
рованного спектров показывает, что после отжига при температуре
1100о С ~80% внедренного германия находится в позициях, когерент-
ных с решеткой отсеченной слоя кремния, и лишь только 20% атомов
Ge находится в состоянии, неупорядоченном по отношению к направ-
лению <100> кремниевой матрицы.


Рис. 1 Спектры РОР в условиях Рис. 2 XTEM изображение по-
максимального разупорядочения перечного среза КНИ структу-
относительно направления <100> ры, сформированной имплан-
слоя КНИ (1) и каналирования тацией ионов Ge+ в слой SiO2 и
вдоль каналов <100> (2) КНИ последущим водородным пере-
структуры с имплантированным носом слоя кремния, после от-
ионами Ge+ диоксидом кремния жига при 1100оС.
после отжига при 1100о С. Стрел-
кой отмечено положение границы
раздела Si/SiO2.

Методом высокоразрешающей электронной микроскопии обна-
ружено, что в условиях близости границы раздела Si/SiO2 формирова-
ние нанокристаллов германия в объеме диоксида кремния в процессе
высокотемпературного отжига не происходит. В то же время на гра-

нице раздела обнаружено формирование тонкого (~1.5 нм) эпитакси-
ального слоя, обусловленного сегрегацией имплантированных атомов
германия к границе сращивания (рисунок 2).

Рис. 3 Сток-затворные характеристики тыловых p-n-p-транзисторов,
сформированных на КНИ структурах с неимплантированным (1) и им-
плантированным (2) ионами Ge+ слоем захороненного SiO2. Темпера-
тура отжига имплантации и водородного переноса составляла 1100о С.
На рисунке 3 представлены сток-затворные I-V характеристики
обратных p-n-p- транзисторов, сформированных на КНИ структурах с
имплантированным и неимплантированным ионами Ge+ диэлектриком.
В этом случае в качестве затвора служил Al контакт к подложке, а
проводящий канал формировался в слое кремния, примыкающем к
захороненному слою SiO2. Из рисунка видно, что в случае импланти-
рованной ионами Ge+ КНИ структуры, сток-затворная I-V характери-
стика является более крутой, чем в случае неимплантированных струк-
тур.
Обнаруженное
увеличение
крутизны
сток-затворных
характеристик тыловых МДП транзисторов объясняется возрастающей
эффективной подвижностью дырок за счет вклада формирующегося
промежуточного слоя германия на границе сращивания.
Показано, что данный способ пригоден и для формирования
других типов полупроводниковых гетероструктур, в частности, крем-
ний-А3В5-на-изоляторе.


Document Outline