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作者：杨俊上海工程技术大学

学位级别：硕士

随着半导体器件持续朝着小型化发展,金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)的尺寸也在不断缩小。目前,基于硅材料(silicon,Si)的晶体管制备工艺已到几纳米节点且接近其物理极限,进... 详细信息

随着半导体器件持续朝着小型化发展,金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)的尺寸也在不断缩小。目前,基于硅材料(silicon,Si)的晶体管制备工艺已到几纳米节点且接近其物理极限,进一步提高基于Si的晶体管的性能变得越来越困难。而锗(germanium,Ge)半导体材料比硅半导体材料的载流子迁移率高得多,因此Ge在半导体器件的发展中有望成为Si的替代品。在晶体管制备过程中,源极和漏极区的金属锗化物接触材料研究是一个很重要的方面。由于镍锗化物(nickel germanide,Ni Ge)具有较低的电阻率、较低的形成温度以及自对准锗化工艺的可行性,其已成为用于Ge基器件中最有希望的接触材料。而在对Ni Ge材料的研究过程中,传统的热退火工艺由于加热冷却慢,热处理持续时间长,因此难以控制源极和漏极区的结深;快速热退火虽然具有加热速度快,冷却时间短等优势,但在加热过程中的热预算较高;新型的激光退火工艺尽管可以实现较低的热预算,但由于其退火不均匀、退火工艺不稳定,因此很难用于大批量的工业生产中。近来,微波退火由于加热升温快、控温性能好、选择性加热、整体加热、节能高效等特点受到了研究人员越来越多的关注。本论文主要利用微波退火方式对镍和锗的固相反应过程进行了研究,主要得到以下结果:(1)研究了不同温度下微波退火对Ni Ge形成的影响。研究发现,在1纳米钛金属中间层的调制下,可以在Ge(100)衬底上利用微波退火制备平整均匀的Ni Ge薄膜。且在Ni Ge薄膜的形成过程中,钛金属中间层发生了“层转移”效应,反应后成为了Ni Ge薄膜表面的覆盖层。(2)分析了微波退火条件下使用不同的衬底对Ni Ge薄膜生成温度的影响。研究发现,在获得高质量的Ni Ge薄膜时,P型锗衬底镍/钛/锗样品的微波退火温度为250℃,本征锗衬底镍/钛/锗样品的微波退火温度为350℃。P型锗衬底样品的微波退火温度要比本征锗衬底样品的退火温度低100℃,其原因可能与两者的电导率大小有关。

关键词：镍锗化物微波退火锗衬底钛插入层源漏接触

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钛插入层调制锗基镍锗化物特性研究

钛插入层调制锗基镍锗化物特性研究

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作者：雍凯上海工程技术大学

学位级别：硕士

随着集成电路的大量使用以及其集成度的持续增多,单元尺寸的晶体管变得越来越小,硅材料的物理极限即将达到。短沟道效应严重限制住了晶体管性能的进一步发展,广为人知的黄金法则摩尔定律一次次面临挑战。目前,科学家们已经从元素周期表... 详细信息

随着集成电路的大量使用以及其集成度的持续增多,单元尺寸的晶体管变得越来越小,硅材料的物理极限即将达到。短沟道效应严重限制住了晶体管性能的进一步发展,广为人知的黄金法则摩尔定律一次次面临挑战。目前,科学家们已经从元素周期表上找到了和硅材料类似的半导体材料锗和锗锡材料,研究发现它们具有很高的载流子迁移率。然而,采用新型半导体材料代替传统硅材料还存在诸多难题,各种半导体材料的制备工艺方面仍然存在差异。此外,对于提高新型半导体器件的接触性能,也是今后半导体领域研究的一个重点方向。本论文基于半导体衬底材料,尝试在金属镍与不同晶向的锗中间利用超薄金属钛作为插入层对Ni/Ge反应进行调节。此方法创造性的选取超薄插入层原子,对于处理金属半导体接触方面起到了很好的调节和控制效果。同时,也研究了金属铂和金属铝插入层调节控制生成镍化物,用于金属半导体接触材料。通过对比三种不同金属插入层元素对制备各种镍锗化物的影响,实验探究了整个热退火过程中各种原子的扩散渗透作用机制。本实验采取了金属电子束蒸发系统,先在经去氧化层处理过的锗衬底上生长了超薄钛金属插入层,然后沉积10 nm镍薄膜层。各种电学仪器依次对制备的镍锗化物样品薄膜进行了拉曼测试、扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜、能谱分析等多种分析表征。本实验也对金属铂插入层调节衬底锗和金属镍薄膜层相互扩散渗透反应进行了探明研究,并比较了两种金属插入层调节控制机制方法的优劣。通过研究探明了元素镍和元素锗之间的扩散渗透反应路径,发现当生长1 nm金属钛插入层后,热退火温度选为400℃时,可以制备得到热稳定性能较好的镍锗化物薄膜。镍锗化物薄膜质量较高,完全可以充当金属氧化层半导体场效应晶体管中的源漏接触材料。实验样品薄膜与半导体锗衬底之间具有均匀平坦清晰的界面形态,结构稳定才能强化其使用性能。厚度为1 nm的钛插入层可以成功调制形成外延镍锗化物薄膜层,整个实验过程中形成的结构均匀,热稳定性能以及电学性能稳定的镍锗薄膜层,对相类似镍硅锗外延薄膜和镍锗锡外延薄膜的形成机制的研究做很好的参考价值。热退火温度升高时,实验样品薄膜热稳定性能开始变差,样品薄膜质量降低。

关键词：金属半导体接触源漏接触材料钛插入层镍锗化物

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基于锗基衬底的镍化物界面特性研究

基于锗基衬底的镍化物界面特性研究

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作者：孟骁然上海工程技术大学

学位级别：硕士

随着超大规模集成电路的集成度不断增加,晶体管单元尺寸不断缩小,硅材料逐渐达到了其理论上的物理极限。为了持续摩尔定律的增长趋势,具有高迁移率的半导体锗(Germanium:Ge)和锗锡(Germanium-Tin:Ge Sn)材料逐渐成为目前研究的热点。然... 详细信息

随着超大规模集成电路的集成度不断增加,晶体管单元尺寸不断缩小,硅材料逐渐达到了其理论上的物理极限。为了持续摩尔定律的增长趋势,具有高迁移率的半导体锗(Germanium:Ge)和锗锡(Germanium-Tin:Ge Sn)材料逐渐成为目前研究的热点。然而,由于工艺性质等方面的差异,Ge和Ge Sn材料的应用还存在着诸多困难,金属与Ge或Ge Sn接触就是诸多难题之一。如何解决新型半导体材料金半接触问题就显得尤为重要。本论文尝试在金属镍(Nickel:Ni)与Ge中间利用石墨烯作为插入层对Ni/Ge反应进行调节;同时,也研究了金属铝(Aluminum:Al)插入层对Ni/Ge Sn反应的影响,本论文取得了如下成果:1、利用化学气相沉积系统(Chemical Vapor Deposition:CVD)生长了Ge上石墨烯材料,用离子注入设备制备可控密度的缺陷石墨烯,利用Ge上缺陷石墨烯系统对Ni Ge化物的生成进行调制改性。最终得到了均匀的Ni Ge薄膜,Ni Ge和Ge衬底的界面平整,增加了材料的热稳定性。对制备的Ni Ge薄膜进行了拉曼测试(Raman)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope:SEM)、原子力显微镜(Atomic Force Microscope:AFM)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope:TEM)、能谱分析(Energy Dispersive Spectrometer:EDS)等多种分析表征。2、探明了Ni/Ge反应与石墨烯缺陷的关系。分别利用无缺陷石墨烯、硼离子注入剂量分别为1×1014、1×1015、2×1015 atoms/cm2的缺陷石墨烯进行反应,探明了Ni/Ge通过缺陷石墨烯的反应路径,发现硼离子注入剂量为2×1015 atoms/cm2,退火温度500℃时,为最理想的工艺参数,成功获得了高质量的Ni Ge薄膜,取得了极其均匀和平整的接触界面与表面,但当温度超过600℃时,薄膜质量有所下降。3、研究了高Sn含量Ge Sn形成Ni Ge Sn薄膜过程,利用Al插入层调制高Sn含量Ni Ge Sn薄膜表面形貌,成功降低了Ni Ge Sn薄膜在400-500℃退火时样品的表面粗糙度,为Ni Ge Sn提供了极其均匀和平整的表面。这为Ge Sn材料在源/漏接触中应用奠定了一定的基础。

关键词：金属半导体接触源漏接触材料石墨烯镍锗化物锗锡材料

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微波退火下钛调制镍与P型锗的固相反应

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材料科学与工程学报 2022年第5期40卷 756-761页

作者：杨俊平云霞刘伟张波上海工程技术大学数理与统计学院上海201620 中国科学院上海微系统与信息技术研究所/信息功能材料国家重点实验室上海200050

以P型单晶锗为衬底,研究了镍/钛/锗系统在微波退火中的反应。通过薄层电阻测试(R_(sh)),原子力显微镜(AFM),拉曼光谱(Raman),截面透射电子显微镜(TEM)和能量色散X射线光谱(EDX)等表征手段对退火后形成的镍锗化物的形貌和界面微观结构进... 详细信息

以P型单晶锗为衬底,研究了镍/钛/锗系统在微波退火中的反应。通过薄层电阻测试(R_(sh)),原子力显微镜(AFM),拉曼光谱(Raman),截面透射电子显微镜(TEM)和能量色散X射线光谱(EDX)等表征手段对退火后形成的镍锗化物的形貌和界面微观结构进行了表征。结果表明,与常规快速热退火相比,通过微波退火特殊的加热机制和钛插入层的调制作用,可以在250℃的低温条件下在P型锗(100)衬底上制备具有均匀光滑界面的镍锗化物薄膜。微波退火可以在锗化过程中代替常规快速热退火。

关键词：微波退火镍锗化物钛中间层

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