Herstellung epitaktischer Heterostrukturen auf Silizium

Die fortschreitende Entwicklung in der Mikroelektronik wird heutzutage durch neue Bauelementkonzepte und die Integration alternativer Materialien in die bewährte Siliziumtechnologie geprägt. Letzteres  umfasst beispielsweise die Untersuchung möglicher Materialien für den Einsatz als Gate-Dielektrikum, für Zwischenebenenisolatoren, als Kanalmaterial oder in weiteren Anwendungsbereichen. Das Ziel bei diesem Ansatz ist das äquivalente Skalieren der klassischen Bauelemente für eine weitere Leistungsverbesserung und die Vermeidung von Quanteneffekten durch zu kleine Dimensionen. Beispielsweise lässt sich über die Verwendung von sogenannten High-K Materialien ein kapazitätsäquivalentes Skalieren ermöglichen, sodass Leckströme durch das Gate-Dielektrikum reduziert werden können. Ein weiteres Beispiel ist die Verspannung von Silizium oder Germanium im Kanal eines MOSFETs, was eine höhere Ladungsträgerbeweglichkeit und somit höhere Schaltgeschwindigkeit bewirkt. Dies konnte bereits auf Si(100) Substraten gezeigt werden, wobei eine weitere Verbesserung der Ladungsträgerbeweglichkeit über den Wechsel auf Si(111) Substrate zu erwarten ist.

Das Ziel dieses Projekts ist nun die Zusammenführung vorangegangener Untersuchungen am Institut für die Integration verschiedener Materialien auf Si(111) Substraten, um ein kristallines High-K Material auf einem verspannten Kanalmaterial zu erhalten. Zu diesem Zweck werden virtuelle germaniumreiche Si_1-xGe_x Substrate hergestellt und analysiert. Die virtuellen Substrate müssen möglichst dünn und glatt sein und zudem eine geringe Defektdichte aufweisen, was für germaniumreiche Si_1-xGe_x Schichten auf Si(111) eine Herausforderung darstellt. Die Eigenschaften der virtuellen Substrate sollen somit über die Wachstumsbedingungen der am Institut entwickelten Kohlenstoff-unterstützten Epitaxie optimiert werden [1].

Anschließend kann über den Germanium-Gehalt des virtuellen Substrats die Verspannung einer weiteren Germaniumschicht eingestellt werden. Diese Ge-Schicht soll ebenfalls strukturell und hinsichtlich der Ladungsträgerbeweglichkeit analysiert werden. Zuletzt soll das Wachstum von zuvor am Institut auf Silizium untersuchten binären und ternären Seltenen Erden Oxiden auf den verspannten Ge-Schichten etabliert werden [2,3]. Diese sollen ebenfalls hinsichtlich ihrer Kristallstruktur und elektrischen Eigenschaften charakterisiert werden. Zudem soll der zusätzliche Einfluss des Oxids auf die Verspannung der Ge-Schicht untersucht werden, indem die Zusammensetzung der ternären Seltenen Erden Oxide variiert wird.

[1] D. Tetzlaff, Kohlenstoff-unterstützte Germaniumepitaxie auf Silizium, Dissertation, Gottfried-Wilhelm Leibniz Universität Hannover, 2013

[2] M. Czernohorsky, Wachstum und Charakterisierung von Seltenen Erden Oxiden für High-K-Anwendungen, Dissertation, Gottfried-Wilhelm Leibniz Universität Hannover, 2009

[3] D. Schwendt, Charakterisierung von binären und ternären Seltenen Erden Oxiden, Dissertation, Gottfried-Wilhelm Leibniz Universität Hannover, 2012