Формирование МОП структур с нанокристаллами Ge и их электрофизические свойства

Abstract

В последнее время большое внимание уделяется исследованию наноразмерных полупроводниковых структур и разработке на их основе новых приборов микро- и наноэлектроники. Активно проводятся исследования новых приборов памяти, использующих в качестве элементов хранения заряда нанокристаллы Si или Ge, внедренные в подзатворный диэлектрик МОП транзисторов. Обычно для получения таких структур используют методы молекулярно-лучевой эпитаксии, химического осаждения из газовой фазы, ионной имплантации [1, 2]. Вместе с тем ведется постоянный поиск и разработка новых методов формирования наноструктур, в том числе совместимых с традиционными технологиями СБИС. В настоящей работе исследованы возможности метода сегрегационной преципитации для формирования нанокристаллов Ge при термическом окислении слоев SiGe сплавов. С помощью этого метода предложено получать наноструктуры на основе традиционных и хорошо отработанных методов микроэлектроники - химического осаждения из газовой фазы и термических отжигов. Одной из основных стадий в таком методе является процесс окисления SiGe слоев. В ряде недавних исследований показано, что процессы окисления слоев Sii.^Ge^ сплавов и чистого Si имеют существенные отличия. Так, установлено [3, 4], что при высокотемпературной термической обработке сплава Sii.^Ge^ в окисляющей среде образуется диоксид кремния (Si02), что обусловлено более высокой энтальпией его формирования по сравнению с оксидами германия. В силу низкого предела равновесной растворимости Ge в Si02 (менее 0.1 ат. % [3]), формирование SiOa может приводить к сегрегационному оттеснению Ge фронтом окисления, что сопровождается формированием обогащенного германием слоя Sii.j:Gex на границе раздела Si02/Sii.jGej. Одновременно некоторое количество Ge захватывается и растущим слоем Si02, особенно в неравновесных условиях быстрого термического [4] или низкотемпературного [5] окисления. Захват атомов Ge в слой Si02, а также сегрегационное оттеснение Ge являются нежелательными эффектами, так как, с одной стороны, приводят к ухудшению диэлектрических свойств слоев Si02, а с другой - к уменьшению подвижности носителей заряда в приповерхностном слое Sii.^Ge^. В работе проведены исследования структурно-фазовых превращений при термообработках в /Si02/SiGe структурах с целью формирования МОП конденсаторов, содержащих нанокристаллы Ge в слое Si02 на заданном расстоянии от области канала