m× D õ u § T Ó Þ X ¢ w Ò Þy ¢ Ge ] K ¤ ¥ SiGe U c lT c l ] k ùV R Ë ì Å

(1)

m× D õ u § T Ó Þ X ¢ w Ò Þy ¢ Ge ] K ¤ ¥ SiGe U c lT c l ] k ùV R Ë ì Å

» ý ¡ û B ^∗

ô

Ç² D G K ª @ / < Æ § ì ø Í ¸^ Ó ü t o / B N, Â Òí ß 609-701 (2006¸ 5 Z 4 2{ 9 ~ Ã Î6 £ §, þ j7 á x : r 2006¸ 5 Z 4 29{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

& ñ oô Ç & ñ Si

0.7

Ge

0.3

_ í ß o\ É r ~ Ã Ì} ? /Â Ò\ " f_ Ge ¸$ í x 9 ~ Ã Ì} ½ ¨ ¸ o\ @ /K · ú

Ð ¤ . Ge ¸$ í ì r$ 3 ` ¦ 0 A # Auger\ ¦ s 6 x % i ¦, ~ Ã Ì} ½ ¨ ¸ ì r$ 3 ` ¦ 0 A # XRDü < é ß x 9 ¨ î

È Òõ & ³p â ' a ¹ 1 Ï` ¦ ' % i . í ß o ' H d \ Ge ¸$ í s 7 £ x ô Ç ³ ð 8 £ x õ " é ¶ A Ge ¸

$ í

` ¦ Ä »t H 8 £ x Ü ¼ Ð ì r o ÷ &% 3 ¦, Ge ¸$ í s 7 £ x ô Ç 8 £ x É r í ß o r ç ß s 7 £ x " f ¿ ºa ¸ 7 £ x % i

. ² D G É r ^ & h ¿ ºa \ 5 g Ge ] tì rÖ ¦ s 7 £ x ô Ç ~ Ã Ì} s ÷ &% 3 Ü ¼ 9, þ j7 á x& h Ü ¼ Ð H Si

0.7

Ge

0.3

\

"

f Si

0.5

Ge

0.5

~ Ã Ì} Ü ¼ Ð o % i . Ge ¸$ í _ o H í ß o íl Ge ¸$ í s 7 £ x ô Ç 8 £ x õ Ge ¸$ í ` ¦ Ä

»t H Â Ò 8 £ x É r © Ã º_ s Ð # > \ Ô ¦{ 9 u 0 A[ þ t s + þ A$ í ÷ &% 3 ¦ Ge_ 5 Å q& h S X

í ß ` ¦ A Â Òì r Ü ¼ Ð s 1 l x # þ j7 á x& h Ü ¼ Ð ~ Ã Ì} ^ Si

0.5

Ge

0.5

~ Ã Ì} Ü ¼ Ð o÷ & " f Ô ¦{ 9 u

\ _ ô Ç 0 A ¸ & .

PACS numbers: 61.16.Bg, 61.72.-y

Keywords: z ´o B H > Ø Ô ³ o u í ß o, È Òõ & ³p â , ¸] js ì r$ 3 Z O

I. " e Â ] Ø

SiGe É r Si \ Ges < ÊÄ »÷ & " f ¢ - a ¦6 x ^ \ ¦ s À Ò ¦ Ge _ ] tì rÖ ¦ 7 £ x \ Ö 6 x& h õ \ -t @ /_ y è Ò q t

è ] j r # Q \ P & h Â Ò{ כ ¹ è\ ¦ × ¦{ 9 Ã º e ¦, \

-t @ / (energy band gap)_ y è H H o # Q_ s 1 l x ¸ 7

£

x x 9 Ge 0 l x ¸\ \ -t @ /\ ¦ ¸] X x 9 n ½ + É ÖÖ Ã º e # Q 3-57 á ¤ x 9 2-67 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ \ " f Å Ò Ð

½

¨÷ & H \ -t ½ × ¼ ' pt m # Qa A (energy band engineer- ing), 7 £ ¤ \ -t @ /_ ¸] X ` ¦ s 6 x ô Ç l Õ ü t s Si l ì ø Í è [

þ

t \ " f ¸ 0 p x . s Qô Ç © & h [ þ t Ð 6 \ ½ ¨ è_ John Bean õ IBM_ Bernie Meyerson 1 p x \ _ K Z } É r H o

#

Q s 1 l x ¸\ ¦ t H SiGe ~ Ã Ì} ` ¦ s e ¦ à Ô ½ t Û ¼' _

Z s Û ¼ Ð 6 x ô Ç SiGe s 7 á x ] X ½ + Ë s e ¦ à Ô ½ t Û ¼ '

(Heterostructrue Bipolar Transistor, HBT) ½ ¨÷ &

l

r ÷ &% 3 Ü ¼ 9 [1,2], & ³F SiGe HBT l Õ ü t É r IBM \ _

K é ß Å Ò Ã º Ft 350 GHz è 2003¸ IEDM (International Electron Devices Meeting) \ " f Ð ¦÷ &% 3

[3]. HBT_ > hµ 1 Ïõ < Êa [ j@ / SiGe è SiGe HFET (Heterostructure Field Effect Transistor) _ ½ ¨

þ j H \ Ö ¸ µ 1 Ïy s À Ò# Qt ¦ e . s H Ge` ¦ ' #

è _ \ -t ½ × ¼ & ñ § > =õ © Ã º\ ¦ & h ] X > ¸] X

∗

E-mail: [email protected]

# 6 £ x§ 4 G V , (strained channel) FET\ ¦ ë ß × ¼ H כ Ü ¼

Ð Si 2DEG (2-dimesional electron gas) SiGe 2DHG (2-dimensional hole gas) _ G V , + þ AI Ð: x _ Si G V ,

\

q K s ` É r H o # Q s 1 l x ¸\ ¦ t > ) a . { 9 \ V

Ð 6 £ x§ 4 ¢ - aØ æ ) a Si

1−x

Ge

x

(x = 10 - 30 %) ! Q( 8 £ x 0 A

\

+ þ A$ í ) a ³ ð G V , (surface channel) MOSFET` ¦ Ð: x _

Si NMOS è \ q K : x © s 1 l x ¸ 80 % t 7 £ x

% i [4]. ¢ ¸ô Ç þ j H \ H F g: x \ 6 x ÷ & H 1.3 s 1.55 um @ /% i \ " f 1 l x ÷ & H F g è : £ ¤ y F g Ø ¦ l Ð" f _

½ ¨ ¸ ' × æ \ e [5,6]. s Qô Ç HBT, HFET, Õ ª o

¦ í Ð s ¸× ¼1 p x \ 6 x ÷ & H SiGe ~ Ã Ì} [ þ t É r Å Ò Ð Si l ó ø Í0 A\ UHV-CVDü < MBE1 p x` ¦ s 6 x # 7 £ x Ã Ì # + þ

A$ í t ë ß Siõ SiGe © Ã º s \ _ K Ge ] tì rÖ ¦

\

É r e > ¿ ºa > r F ô Ç . 7 £ ¤ è : £ ¤$ í s Ð ¾ Ó

© r ~ ´ Ã º e H Ge ] tì rÖ ¦ s Z }` ¦ Ã º2 ¤ e > ¿ ºa Á º '

. People õ Bean_ ¸4 S q\ [7,8] _ z ´+ « >

&

h Ü ¼ Ð 550

^◦

C s © _ \ P ¨ î + þ A : r ¸\ " f 7 £ x Ã Ì÷ & H ~ Ã Ì} _

â Ä º Ge ì rÖ ¦ 20 % _ â Ä º 100 nm& ñ ¸ t < Ê-Ô ¦ { 9

u 0 A (misfit dislocation)_ + þ A$ í õ % 3 ] j÷ &

t

ë ß s â Ä º ¸ 7 £ x Ã Ì : r ¸ s © _ \ P & h Â Ò{ ` ¦ Ê ê\ ~ Ã Î

>

÷ & Ô ¦{ 9 u 0 A + þ A$ í ÷ & H ï r î ß & ñ ~ Ã Ì} s .

"

f Ð ¦0 l x ¸_ Ges < ÊÄ » ) a Á º < Ê SiGe ~ Ã Ì} ` ¦ % 3

H כ s Á º' × æ כ ¹ .

-29-

(2)

Â

Òì r s > r F ô Ç . s H SiO

2

} s + þ A$ í ÷ & " f < ÊÄ »÷ & H Ge s ~ Ã Ì} A á ¤ Ü ¼ Ð ~ ½ ÓØ ¦ ÷ & " f H & ³ © s . s Ð

# : r A _ SiGe ~ Ã Ì} Ð 8 Z } É r Ge ì rÖ ¦ _ SiGe

~ Ã

Ì} ` ¦ + þ A$ í ½ + É Ã º e .

: r 7 Hë H \ " f H & ñ o r SiGe ~ Ã Ì} _ í ß o r ç ß \

É r Ge 0 l x ¸ o\ ¦ ì r$ 3 ¦ Õ ª\ É r ½ ¨ ¸& h o

\

¦ È Òõ & ³p â Ü ¼ Ð ' a ¹ 1 Ï % i ¦ s \ É r ¦ Ge 0

l

x ¸ + þ A$ í SiGe ~ Ã Ì} + þ A$ í l ½ ¨\ ¦ ] jî ß ¦ ô Ç .

II. ÷ m Ç] M ö U ê s0 n É

Si

1−x

Ge

x

~ Ã Ì} É r 5 u (100) z ´o B H l ó ø Í\ \ P & h í ß

o\ ¦ : x K í ß o} (SiO

2

) ¿ ºa \ ¦ 90 nm Ð + þ A$ í r l ó

ø Í 0 A\ Si-MBE (molecular beam epitaxy)\ ¦ s 6 x # q

& ñ | 9 © I Ð Si

0.7

Ge

_0.3

~ Ã Ì} ` ¦ 300

^◦

C \ " f 7 £ x Ã Ì % i

¦ ~ Ã Ì} ¿ ºa H 200 nm % i . s \ ¦ 590

^◦

C \ " f 3 r ç ß

\ P

% o # ¢ - a & ñ or ( . í ß o H r ¼ # ` ¦ ' a © Ð î

ß _ 5 cm_ quartz ' a \ V , ¦ í ß è l ^ \ ¦ f Ë 9Å Ò% 3 ¦

: r ¸ H 900

^◦

C Ð ¿ º ¦ í ß o r ç ß É r 30 ì r, 1 r ç ß , 3 r ç

ß , 5 r ç ß , 8 r ç ß Õ ªo ¦ 10 r ç ß Ü ¼ Ð % i . í ß o r ç

ß \ É r & ñ $ í x 9 $ í ì r ì r$ 3 ` ¦ r & h Ü ¼ Ð · ú Ðl 0

A # X- r] X ì r$ 3 ` ¦ ' % i . 2θ = 20 - 60

^◦

# 3 0 A

\

" f θ - 2θ ~ ½ Ód Ü ¼ Ð ' % i Ü ¼ 9, ¿ É r Cu\ ¦ 6 x

%

i . + þ A$ í ) a í ß o} _ & ñ S X ô Ç ¿ ºa , p [ j ¸f o, ~ Ã Ì }

_ 0 Au \ É r ¸$ í x 9 í ß o} + þ A$ í l ½ ¨\ ¦ · ú Ðl 0

A # é ß r ¼ # ` ¦ ] j # ' a ¹ 1 Ï % i . é ß r ¼ # ] j

É r ~ Ã Ì} ` ¦ " f Ð Å Ò Ð> # ¿ º ¸y _ r ¼ # ` ¦ \

;

¤ r \ ¦ s 6 x # ± p× ¼0 Au d Ü ¼ Ð · ¡ s ¦ l > & h ü <

s

: r c \ ¦ # r ¼ # ` ¦ ] j % i . ¢ ¸ô Ç lift-off ~ ½ Ó Z O

` ¦ s 6 x # ¨ î r ¼ # ¸ ] j # ' a ¹ 1 Ï % i . 6 x ô

Ç È Òõ & ³p â É r p [ j ½ ¨ ¸ x 9 ¦ì r K 0 p x © ' a ¹ 1 Ï` ¦ 0

AK 6 x ô Ç JEM 2000EXü < ¸$ í ì r$ 3 ` ¦ 0 AK EDAX

Â

Ò Ã Ì÷ &# Q e H Phillips CM20 % i . ¿ º È Òõ & ³p â

¸¿ º 9 F ' pà Ô H pointed LaB

6

s ¦ · ú É r 200 kV % i

. í ß oÊ ê ~ Ã Ì} _ ^ & h ¸$ í o\ ¦ · ú Ðl 0 A

Fig. 1. XRD of solid phase crystallized poly-Si

0.7

Ge

0.3

films as function of various oxidation time.

#

AES\ ¦ 6 x # $ í ì r` ¦ ì r$ 3 % i . ì r$ 3 r \ H @ / l

¸Ø ¦ \ _ K Ò q t| ³ ð _ Ô ¦í HÓ ü t` ¦ ] j l 0 A # Ar ion beam Ü ¼ Ð 5 nm| ¾ Ó Û ¼( ' a A ô Ç 6 £ § Û ¼& 7 à Ô! 3

`

¦ % 3 % 3 . { 9 beam · ú É r 5 keV, modulation

· ú

É r 4 V, survey # 3 0 A H 30 - 1830 eV% i .

III. + s ÇÊ Ý õ m Í º8 ý

Fig. 1 É r & ñ oô Ç Si

0.7

Ge

0.3

~ Ã Ì} _ í ß o r ç ß \

É r X- r] X J s . 2θ 28

^◦

, 45

^◦

ü < 55

^◦

Â Ò H \ " f Si

1−x

Ge

x

_ 111, 220ü < 311 [ þ t \ 0 Aô Ç x ß ¼[ þ t s z

¤ . y [ þ t _ r] X x ß ¼[ þ t É r í ß o r ç ß s 7 £ x " f 2θ 0 Au ± ú É r ° ú כÜ ¼ Ð s 1 l x ¦ e . s ü <° ú s ± ú É r

° ú

כÜ ¼ Ð_ s 1 l x É r © Ã º_ ° ú כs & f ` ¦ _ p 9 7 £ ¤ Si

1−x

Ge

x

\ " f Ge ] tì rÖ ¦ s 7 £ x < Ê` ¦ _ p ô Ç . s H í ß

o\ _ K @ /Â Òì r Si \ _ ô Ç SiO

₂

+ þ A$ í ÷ &# Q Ge ] tì rÖ ¦ s

7 £ x H כ Ü ¼ Ð \ V © ½ + É Ã º e .

Fig. 2 H y í ß o ¸| _ SiGe ~ Ã Ì} _ AES Û ¼& 7 à Ô! 3 Ü

¼ Ð Â Ò' Û ¼( ' r ç ß \ @ /ô Ç Siõ Ge_ x ß ¼-x ß ¼ y © ¸

H Si õ Ge_ sensitive factor\ ¦ s 6 x # ~ Ã Ì} ? /_ Siõ Ge _ q \ ¦ > í ß # í ß o r ç ß \ @ /ô Ç í ß o} /~ Ã Ì} >

Ü ¼ ÐÂ Ò' _ Ge profiles . í ß o 30 ì r ' s ÷ &# Q

¸ í ß o} õ H] X ô Ç ~ Ã Ì} 8 £ x \ Ge_ ] tì rÖ ¦ s ~ Ã Ì} ? /Â Ò _

Ge ] tì rÖ ¦ Ð H t % i 7 £ ¤ Ge s ´ ú § É r t % i s í ß o}

(3)

Fig. 2. Ge mole fraction depth distributions which are obtained from AES depth profiles of solid phase crystal- lized poly-Si

0.7

Ge

0.3

films as function of various oxida- tion time.

H % ~ Ã Ì} \ { 9 & ñ Â Òì r ¦ e .. s Ges ´ ú §

É

r t % i É r í ß o ' ÷ & " f & h & h Z þ t # Q ¦ Ges ´ ú § É r t

% i õ " é ¶ A _ Ge ] tì rÖ ¦` ¦ ° ú H t % i _ â > ¸ % 6 £ § \

H / å L > ¾ º# Q t t ë ß & h & h V , # Qf ` ¦ ^ ¦ Ã º e .

3 r ç ß í ß oô Ç â Ä º\ ¦ Ð Si : Ge q 55 : 45\ ¦ s À Ò

¦ e ¦ Õ ª x 9 Â Ò' l ó ø Í 8 £ x SiO

₂

t _ ¸$ í É r _ 7 : 3` ¦ s À Ò ¦ e . Õ ªo ¦ 5 r ç ß _ â Ä º\ ¦ Ð % i r Ge s 50 %s © 7 £ x ) a t % i s > r F ¦ e Ü ¼ 9 Õ ª s Ê ê _

t % i \ H Si s & h 7 £ x ÷ &# l ó ø Í Â Ò H \ " f H Si s 65 %& ñ ¸ ) a . 10 r ç ß Ê ê\ H ~ Ã Ì} 8 £ x s Â Ò Ge ] t ì

rÖ ¦ s 0.5& ñ ¸\ ¦ Ä »t ¦ e % 3 . s ü < ° ú É r Ge s í ß

o} /~ Ã Ì} > \ " f Á ú ¢s H s Ä » H 900

^◦

C \ " f H Si s í

ß o÷ & H Ä »\ -t Ges í ß o÷ & H Ä »\ -t Ð

s

` ± ú Ü ¼Ù ¼ Ð SiO

2

ë ß + þ A$ í ÷ & ¦ Ge É r í ß o} \ " f ~ Ã Ì} A

á

¤ Ü ¼ Ð ~ ½ ÓØ ¦ ÷ &l M :ë H s . s X O > ~ ½ ÓØ ¦ ) a Ge É r í ß o

' ÷ & " f Si

0.7

Ge

_0.3

} \ " f ? /Â Ò S X í ß ` ¦ > ) a .

Fig. 3(a), (b), (c) Õ ªo ¦ (d) H y ¸| _ & ñ oô Ç

& ñ Si

_0.7

Ge

0.3

~ Ã Ì} _ é ß È Òõ & ³p â õ ¨ î

È Òõ & ³p â s . Fig. 3(a)_ & ñ oë ß ô Ç r

¼ # _ é ß s p t \ " f Ð ¿ ºa 220 nms ¦ ~ Ã Ì}

^ ç H{ 9 ô Ç " î s ¦ © & ñ õ & h 8 £ x < Ê[ þ t Ð ô Ç

H [ þ t s ´ ú §s > r F ¦ e . Fig. 3(b) H 3 r ç ß í ß o ô

Ç ~ Ã Ì} _ é ß õ ¨ î È Òõ & ³p â s . 1 r ç

ß í ß oô Ç â Ä º ~ Ã Ì} _ ¿ ºa H 200 nm% i ¦ í ß o} ¿ ºa

H @ /| Ä Ì 30 nm % i ¦ í ß o} A Â Òì r \ 30 nm & ñ ¸_

#

Q¿ ºî r 8 £ x s > r F ¦ e % 3 . s 8 £ x É r · ú ¡_ ¸$ í ì r$ 3 \

"

f · ú Ã º e 1 p w s Ges ´ ú §s < ÊÄ »÷ &# Q e H 8 £ x s . Ge É r Si Ð " é ¶ | ¾ Ós ß ¼l M :ë H \ í ß ê ø Í& ñ ¸ 8 ß ¼ .

"

f Ges Ð ´ ú §s < ÊÄ » | ¨ c Ã º2 ¤ " î r © \ " f Ð # Q¿ º

Fig. 3. Cross sectional TEM micrographs of solid phase crystallizedpoly-Si

_0.7

Ge

_0.3

films as function of various ox- idation time. (a) no oxidation, (b) 3 hr, (c) 5 hr, and (d) 10 hr.

Fig. 4. High-resolution cross sectional TEM micrograph obtained from the region M of Fig. 3(b).

î

r " î s è ß . ¢ ¸ô Ç © & ñ õ & h 8 £ x < Ê1 p x \ _ ô Ç f

[ þ t s í ß o} \ " f ³ ð t > r F ¦ e ¦ Ges ´ ú §s

< ÊÄ »÷ &# Q e H Â Òì r õ Â Òì r s \ misfit 0 A(M) s

ì r í ÷ &# Q e . Fig. 3(c) H 5 r ç ß í ß oô Ç ~ Ã Ì} _ é ß

È Òõ & ³p â s . ~ Ã Ì} ¿ ºa H 150 nm s

¦ misfit 0 A(M)[ þ t s Fig. 3(b)\ q K x 9 Ü ¼ Ð ´ ú §s ? /

9 M ® o Ü ¼ 9 ì r í÷ &# Q e H 8 £ x _ ¿ ºa H ³ ð \ " fÂ Ò' 80 nm % i . misfit 0 A climb` ¦ # Ù ¼ Ð s 1 l x s j Ë

µ[ þ t t ë ß Ó ü t| 9 _ S X í ß s e ` ¦ â Ä º Ð ~ 1 > climb

H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e . # l \ " f ¸ % i r Ges S X í ß

"

f misfit 0 A ¸ ° ú s s 1 l x ô Ç כ Ü ¼ Ð Ð . Fig. 3(d) 10 r ç ß í ß oô Ç ~ Ã Ì} _ é ß È Òõ & ³p â s .

~ Ã

Ì} ¿ ºa H 110 nm s ¦ ~ Ã Ì} \ 0 A[ þ t É r Ðs t · ú § ¤

.

Fig. 4 H Ge < ÊÄ »| ¾ Ó_ s Ð + þ A$ í ) a > Ü ¼ Ð Ðs

H M t % i (Fig. 3(b))\ " f % 3 É r ¦ì r K 0 p x © s . y y

¿

º> h_ 111 ` ¦ ¶ ú ( R : r õ ¿ º ¸¿ º e ç # ì ø Í s

> r F ¦ e % 3 . s H 90

^◦

º ú ± ú misfit 0 Ae ` ¦ · ú Ã

º e . s כ Ü ¼ Ð Ð 0 A_ Fig. 3(b) x 9 3(c)\

(4)

Fig. 5. Plan view TEM micrographs of solid phase crystallizedpoly-Si

0.7

Ge

0.3

films as function of various ox- idation time. (a) no oxidation, (b) 3 hr, (c) 5 hr, and (d) 10 hr.

H SiGe ~ Ã Ì} ? /_ â > É r misfit 0 A[ þ t s + þ A$ í ÷ &# Q Õ

ª כ Ü ¼ Ð ô Ç 6 £ x§ 4 \ _ K H â > Ü ¼ Ð ^ ¦ Ã º e

.

Fig. 5(a), (b), (c) ü < (d) H y í ß o ¸| _ r ¼ # [ þ t _

¨ î

È Òõ & ³p â _ s p t [ þ t s . ¨ î È Òõ

& ³p â r « Ñ_ ' a ¹ 1 Ï É r é ß È Òõ & ³p â r « Ñ

'

a ¹ 1 Ï Ð < Ê\ _ K + þ A$ í ÷ & H [ þ t s Ð 8 & ñ S X y

'

a ¹ 1 Ï ) a . Õ ªo ¦ # Q ¸| _ r ¼ # [ þ t` ¦ " f Ð Ð & ñ S X y

q § l 0 A # <011> C ¾ Ó & ñ w n ` ¦ ' a ¹ 1 Ï % i

¦ <220> ¿ º c ¸| ` ¦ s 6 x # 0 A\ ¦ ' a ¹ 1 Ï % i . í ß

o\ ¦ t · ú § ¦ & ñ oë ß ô Ç r ¼ # \ " f H & ñ w n î r X <

Â

& ñ w n ? /Â Ò # Q / B M \ Â ú ª É r f [ þ t s Ðs ¦ e (Fig.

[ þ t s . Õ ª Q 0 A\ _ K H [ þ t É r _ \ O

%

3 . Fig. 4(b)\ " fü < ° ú s 3 r ç ß í ß oô Ç r « Ñ_ ¨ î s

r f [ þ t ü @\ D Ð ³ ðr ô Ç [ þ t õ ° ú É r 0 A [ þ t s > r F

Ð t Ø Ô ¦ e l ¸ ô Ç . 5 r ç ß í ß oô Ç ~ Ã Ì} % i r . ¨ î s

" f 6 f# Q ¸_ þ v Ü ¼ Ð > r F ¦ e (Fig. 4(c)). Õ ª Q

10 r ç ß í ß oô Ç r « Ñ\ " f H · ú ¡\ " fü < ° ú É r 0 A [ þ t s

&

h

8 £ x ½ + Ë[ þ t É r \ P % o ´ òõ Ð K ] j ÷ &% 3 . Õ ª @ /

Hü < ° ú É r ¦y { 9 > (high angle boundary)[ þ t s + þ A$ í

÷

&% 3 (Fig. 4(d)).

SiGe ~ Ã Ì} _ í ß o H Ge s ³ ð \ ´ ú §s » ¡ ¤& h > ÷ &# Q

¦ Ge 0 l x ¸_ SiGe ~ Ã Ì} s + þ A$ í ÷ &t ë ß l > r _ SiGe ~ Ã Ì

& ñ oô Ç & ñ Si

0.7

Ge

0.3

` ¦ í ß or Ge ] tì rÖ ¦ s 7 £ x

ô Ç ³ ð 8 £ x õ l > r _ SiGe_ Â Ò 8 £ x Ü ¼ Ð ì r o ÷ &% 3 Ü ¼ 9 Ge ] tì rÖ ¦ s 7 £ x ô Ç ³ ð 8 £ x õ Ge ] tì rÖ ¦ s y èô Ç

A$ í ÷ &% 3 . Ge ] tì rÖ ¦ s 7 £ x ô Ç ³ ð 8 £ x É r í ß o r ç ß s 7

£

x " f ¿ ºa 7 £ x ÷ &% 3 ¦ s \ misfit 0 A Ð

A Ð s 1 l x % i . þ j& ñ & h Ü ¼ Ð H ^ & h ¿ ºa \ 5

g Ge ] tì rÖ ¦ s 7 £ x ô Ç ~ Ã Ì} s Ge ] tì rÖ ¦ s 0.5 & ñ ¸% i

¦ misfit 0 A ¸ & .

P

c p 8 ý ò k >

: r ½ ¨ H ô Ç² D G K ª @ / < Æ § §Ã º ½ ¨q t " é ¶ Ü ¼ Ð s

À Ò# Q & _ þ v m .

Y

c p w Ã U Ø ô

[1] F. K. LeGoues, R. Rosenberg and B. S. Meyerson, Appl. Phys. Lett. 54, 644 (1989).

[2] S. S. Iyers, G. L. Patton, J. M. C. Stork and B.

S. Meyerson, IEEE Trans. Electron Devices 36, 10, 2043 (1989).

[3] J. S. Rieh ,et al., Tech. Dig. IEDM , 771 (2002).

[4] T. E. Vandervelde, P. Kumar, T. Kobayashi, J.L.

Gray, T. Pernell, J. A. Floro, R. Hull and J. C.

Bean, Appl. Phys. Lett. 83(25), 5205 (2003).

[5] Z. Zhong, A. Halilovic, T. Fromherz, F. Sch?ffler and G. Bauer, Appl. Phys. Lett. 82(26), 4779 (2003).

[6] Z. Zhong, A. Halilovic, M. M ˙ohlberger, F. Sch ˙offler and G. Bauer, Appl. Phys. Lett. 82(3), 445 (2003).

[7] R. People, Phys. Rev. B 32, 1405 (1985).

[8] J. C. Bean, L. C. Feldman, A. T. Fiory, S. Nakahara and I. K. Robison, J. Vac. Sci. Technol. A 2, 436 (1984)

[9] S. -G. Park, W. S. Liu and M. -A. Nicolet, J. Appl.

Phys. 75, 1764 (1994).

(5)

[10] D. C. Paine, C. Caragianis and A. F. Schwartzman, J. Appl. Phys. 70, 5076 (1991).

A Study on the Formation of SiGe Films with High Ge Content during Oxidation

Hong Seung Kim

^∗

Department of Semiconductor Physics, Korea Maritime University, Busan 609-701 (Received 2 May 2006, in final form 29 May 2006)

The evolution of the microstructure and Ge mole fraction during oxidation of polycrystalline Si

0.7

Ge

0.3

films prepared by using solid phase crystallization has been investigated by using trans- mission electron microscopy and auger electron spectroscopy. Since the Ge began piling up behind the oxide from an early state of oxidation, the Si

0.7

Ge

0.3

films had two regions: Ge-rich layer beneath the oxide and a Si

0.7

Ge

0.3

layer beneath the Ge-rich layer. As the oxidation continued, Ge diffusion caused the thickness of the Ge-rich to layer is increase. Finally, the films change from polycrystalline Si

0.7

Ge

0.3

to Si

0.5

Ge

0.5

and misfit dislocations form due to the strain between the Ge-rich layer and the remaining Si

0.7

Ge

0.3

layer. These dislocations cause the Ge-rich layer/remaining Si

0.7

Ge

0.3

layer interface to move downward. This leads to the misfit dislocations being expelled toward the grain boundaries. Finally, the misfit dislocation completely varnish from in the Si

0.5

Ge

0.5

film.

PACS numbers: 61.16.Bg, 61.72.-y

Keywords: SiGe oxydation, Transmission electron microscopy, AES

∗

E-mail: [email protected]

 m× D õ u § T  Ó Þ X ¢ w  Ò Þy ¢ Ge ] K ¤ ¥ SiGe U c lT c l ] k ùV R Ë  ì Å 



 m× D õ u § T  Ó Þ X ¢ w  Ò Þy ¢ Ge ] K ¤ ¥ SiGe U c lT c l ] k ùV R Ë  ì Å 

 » ý  ¡ û B ∗

ô

 Ç² D G K  ª @ / < Æ § ì ø Í ¸^  Ó ü t o    / B N, Â Òí ß  609-701 (2006¸  5 Z 4 2{ 9  ~ Ã Î6 £ §, þ j7 á x : r 2006¸  5 Z 4 29{ 9  ~ Ã Î6 £ §)

 

& ñ oô  Ç   & ñ Si

Ge

_  í ß  o\    É r ~ Ã Ì}  ? /Â Ò\ " f_  Ge  ¸$ í x 9 ~ Ã Ì}   ½ ¨ ¸   o\  @ /K  · ú 



 Ð  ¤ . Ge  ¸$ í ì  r$ 3 `  ¦ 0 A #  Auger\  ¦ s 6 x % i  ¦, ~ Ã Ì}   ½ ¨ ¸ ì  r$ 3 `  ¦ 0 A #  XRDü < é ß   x 9 ¨ î



 È Òõ     & ³p  â  ' a ¹ 1 Ï`  ¦ '   % i  . í ß  o   '  H  d \     Ge  ¸$ í s  7 £ x ô  Ç ³ ð  8 £ x õ  " é ¶ A  Ge  ¸

$ í

`  ¦ Ä »t    H 8 £ x Ü ¼ Ð ì  r o ÷ &% 3  ¦, Ge  ¸$ í s  7 £ x ô  Ç 8 £ x É r í ß  o r ç ß s  7 £ x    " f ¿ ºa  ¸ 7 £ x  % i 

.   ² D G É r   ^ & h   ¿ ºa \    5 g Ge ]  tì  rÖ  ¦ s  7 £ x ô  Ç ~ Ã Ì}  s  ÷ &% 3 Ü ¼ 9, þ j7 á x& h Ü ¼ Ð  H Si

Ge

\ 

"

f Si

Ge

~ Ã Ì}  Ü ¼ Ð   o % i  . Ge  ¸$ í _    o  H í ß  o  íl  Ge  ¸$ í s  7 £ x ô  Ç 8 £ x õ  Ge  ¸$ í `  ¦ Ä

»t    H Â Ò 8 £ x É r      © Ã º_  s  Ð   #  >   \  Ô  ¦{ 9 u    0 A[ þ t s  + þ A$ í ÷ &% 3  ¦ Ge_    5 Å q& h   S X

 í ß `  ¦     A  Â Òì  r Ü ¼ Ð s 1 l x #  þ j7 á x& h Ü ¼ Ð ~ Ã Ì}     ^  Si

Ge

~ Ã Ì}  Ü ¼ Ð   o÷ &  " f Ô  ¦{ 9  u

\  _ ô  Ç   0 A ¸   &   .

PACS numbers: 61.16.Bg, 61.72.-y

Keywords: z ´o  B H > Ø Ô ³ o u í ß  o, È Òõ       & ³p  â ,  ¸] js  ì  r$ 3 Z O 

I. " e Â ] Ø

SiGe É r Si \  Ges   < ÊÄ »÷ &  " f ¢ - a   ¦6 x ^ \  ¦ s À Ò ¦ Ge _  ]  tì  rÖ  ¦ 7 £ x \     Ö 6 x& h õ  \  -t  @ /_  y   è Ò q t



  è  ] j  r  #  Q \ P & h Â Ò{   כ ¹ è\  ¦ ×  ¦{ 9  Ã º e   ¦, \ 



-t  @ / (energy band gap)_  y   è  H H o # Q_  s 1 l x  ¸ 7

£

x  x 9 Ge 0 l x  ¸\     \  -t  @ /\  ¦  ¸] X  x 9 n    ½ + É ÖÖ Ã º e  # Q 3-57 á ¤ x 9 2-67 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ \ " f Å Ò Ð  

½

¨÷ &  H \  -t   ½ × ¼  ' pt m # Qa A (energy band engineer- ing), 7 £ ¤ \  -t  @ /_   ¸] X `  ¦ s 6 x ô  Ç l Õ ü t s  Si l ì ø Í  è  [

þ

t \ " f ¸ 0 p x  . s  Qô  Ç  © & h [ þ t  Ð 6 \   ½ ¨ è_  John Bean õ  IBM_  Bernie Meyerson 1 p x \  _ K  Z  } É r H o 

#

Q s 1 l x  ¸\  ¦ t   H SiGe ~ Ã Ì}  `  ¦  s e  ¦  à Ô ½ t Û ¼'  _

 Z s Û ¼ Ð  6 x ô  Ç SiGe s 7 á x ] X ½ + Ë  s e  ¦  à Ô ½ t Û ¼ '

 (Heterostructrue Bipolar Transistor, HBT)   ½ ¨÷ &

l

 r   ÷ &% 3 Ü ¼ 9 [1,2],  & ³F  SiGe HBT l Õ ü t É r IBM  \  _

K  é ß  Å Ò Ã º Ft 350 GHz   è  2003¸  IEDM (International Electron Devices Meeting) \ " f  Ð ¦÷ &% 3 

 [3]. HBT_  > hµ 1 Ïõ   < Êa  [ j@ / SiGe  è   SiGe HFET (Heterostructure Field Effect Transistor) _    ½ ¨

 þ j   H \   Ö ¸ µ 1 Ïy  s À Ò# Qt  ¦ e   . s   H Ge`  ¦ '   # 



è _  \  -t   ½ × ¼ & ñ § > =õ       © Ã º\  ¦ & h ] X  >   ¸] X 

E-mail: [email protected]

#  6 £ x§ 4 G V ,  (strained channel) FET\  ¦ ë ß × ¼  H  כ Ü ¼



Ð Si 2DEG (2-dimesional electron gas)  SiGe 2DHG (2-dimensional hole gas) _  G V ,  + þ AI   Ð:  x _  Si G V , 

\

 q K   s `    É r H o # Q s 1 l x  ¸\  ¦ t >   ) a . { 9 \ V



Ð 6 £ x§ 4 ¢ - aØ  æ ) a Si

Ge

(x = 10 - 30 %) ! Q( 8 £ x 0 A

\

 + þ A$ í  ) a ³ ð  G V ,  (surface channel) MOSFET`  ¦  Ð:  x _

 Si NMOS  è \  q K  :  x  ©  s 1 l x  ¸ 80 % t  7 £ x 

% i   [4]. ¢ ¸ô  Ç þ j   H \   H F g:  x  \   6 x ÷ &  H 1.3 s   1.55 um @ /% i \ " f   1 l x ÷ &  H F g  è  : £ ¤ y  F g  Ø  ¦ l  Ð" f _

   ½ ¨ ¸   '   ×  æ \  e    [5,6]. s  Qô  Ç HBT, HFET, Õ ª o

 ¦  í Ð s  ¸× ¼1 p x \   6 x ÷ &  H SiGe ~ Ã Ì}  [ þ t É r Å Ò Ð Si l ó ø Í0 A\  UHV-CVDü < MBE1 p x`  ¦ s 6 x #  7 £ x  Ã Ì #  + þ

A$ í t ë ß  Siõ  SiGe      © Ã º s \  _ K  Ge ]  tì  rÖ  ¦

\

   É r e  > ¿ ºa   > r F ô  Ç . 7 £ ¤  è  : £ ¤$ í s   Ð   ¾ Ó



©  r ~ ´ Ã º e    H Ge ]  tì  rÖ  ¦ s  Z  }`  ¦ Ã º2  ¤ e  > ¿ ºa  Á º '

      . People õ  Bean_   ¸4 S q\  [7,8] _    z ´+ « >

&

h Ü ¼ Ð 550

C s  © _  \ P ¨ î + þ A  : r  ¸\ " f 7 £ x  Ã Ì÷ &  H ~ Ã Ì}   _

  â Ä º Ge ì  rÖ  ¦ 20 % _   â Ä º 100 nm& ñ  ¸ t     < Ê-Ô  ¦ { 9

 u    0 A (misfit dislocation)_  + þ A$ í õ     % 3 ] j÷ &

m× D õ u § T Ó Þ X ¢ w Ò Þy ¢ Ge ] K ¤ ¥ SiGe U c lT c l ] k ùV R Ë ì Å

m× D õ u § T Ó Þ X ¢ w Ò Þy ¢ Ge ] K ¤ ¥ SiGe U c lT c l ] k ùV R Ë ì Å

» ý ¡ û B ^∗

Ç² D G K ª @ / < Æ § ì ø Í ¸^ Ó ü t o / B N, Â Òí ß 609-701 (2006¸ 5 Z 4 2{ 9 ~ Ã Î6 £ §, þ j7 á x : r 2006¸ 5 Z 4 29{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

& ñ oô Ç & ñ Si

_ í ß o\ É r ~ Ã Ì} ? /Â Ò\ " f_ Ge ¸$ í x 9 ~ Ã Ì} ½ ¨ ¸ o\ @ /K · ú

Ð ¤ . Ge ¸$ í ì r$ 3 ` ¦ 0 A # Auger\ ¦ s 6 x % i ¦, ~ Ã Ì} ½ ¨ ¸ ì r$ 3 ` ¦ 0 A # XRDü < é ß x 9 ¨ î

È Òõ & ³p â ' a ¹ 1 Ï` ¦ ' % i . í ß o ' H d \ Ge ¸$ í s 7 £ x ô Ç ³ ð 8 £ x õ " é ¶ A Ge ¸

` ¦ Ä »t H 8 £ x Ü ¼ Ð ì r o ÷ &% 3 ¦, Ge ¸$ í s 7 £ x ô Ç 8 £ x É r í ß o r ç ß s 7 £ x " f ¿ ºa ¸ 7 £ x % i

. ² D G É r ^ & h ¿ ºa \ 5 g Ge ] tì rÖ ¦ s 7 £ x ô Ç ~ Ã Ì} s ÷ &% 3 Ü ¼ 9, þ j7 á x& h Ü ¼ Ð H Si

\

~ Ã Ì} Ü ¼ Ð o % i . Ge ¸$ í _ o H í ß o íl Ge ¸$ í s 7 £ x ô Ç 8 £ x õ Ge ¸$ í ` ¦ Ä

»t H Â Ò 8 £ x É r © Ã º_ s Ð # > \ Ô ¦{ 9 u 0 A[ þ t s + þ A$ í ÷ &% 3 ¦ Ge_ 5 Å q& h S X

í ß ` ¦ A Â Òì r Ü ¼ Ð s 1 l x # þ j7 á x& h Ü ¼ Ð ~ Ã Ì} ^ Si

~ Ã Ì} Ü ¼ Ð o÷ & " f Ô ¦{ 9 u

\ _ ô Ç 0 A ¸ & .

Keywords: z ´o B H > Ø Ô ³ o u í ß o, È Òõ & ³p â , ¸] js ì r$ 3 Z O

SiGe É r Si \ Ges < ÊÄ »÷ & " f ¢ - a ¦6 x ^ \ ¦ s À Ò ¦ Ge _ ] tì rÖ ¦ 7 £ x \ Ö 6 x& h õ \ -t @ /_ y è Ò q t

è ] j r # Q \ P & h Â Ò{ כ ¹ è\ ¦ × ¦{ 9 Ã º e ¦, \

-t @ / (energy band gap)_ y è H H o # Q_ s 1 l x ¸ 7

x x 9 Ge 0 l x ¸\ \ -t @ /\ ¦ ¸] X x 9 n ½ + É ÖÖ Ã º e # Q 3-57 á ¤ x 9 2-67 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ \ " f Å Ò Ð

¨÷ & H \ -t ½ × ¼ ' pt m # Qa A (energy band engineer- ing), 7 £ ¤ \ -t @ /_ ¸] X ` ¦ s 6 x ô Ç l Õ ü t s Si l ì ø Í è [

t \ " f ¸ 0 p x . s Qô Ç © & h [ þ t Ð 6 \ ½ ¨ è_ John Bean õ IBM_ Bernie Meyerson 1 p x \ _ K Z } É r H o

Q s 1 l x ¸\ ¦ t H SiGe ~ Ã Ì} ` ¦ s e ¦ à Ô ½ t Û ¼' _

Z s Û ¼ Ð 6 x ô Ç SiGe s 7 á x ] X ½ + Ë s e ¦ à Ô ½ t Û ¼ '

(Heterostructrue Bipolar Transistor, HBT) ½ ¨÷ &

r ÷ &% 3 Ü ¼ 9 [1,2], & ³F SiGe HBT l Õ ü t É r IBM \ _

K é ß Å Ò Ã º Ft 350 GHz è 2003¸ IEDM (International Electron Devices Meeting) \ " f Ð ¦÷ &% 3

[3]. HBT_ > hµ 1 Ïõ < Êa [ j@ / SiGe è SiGe HFET (Heterostructure Field Effect Transistor) _ ½ ¨

þ j H \ Ö ¸ µ 1 Ïy s À Ò# Qt ¦ e . s H Ge` ¦ ' #

è _ \ -t ½ × ¼ & ñ § > =õ © Ã º\ ¦ & h ] X > ¸] X

# 6 £ x§ 4 G V , (strained channel) FET\ ¦ ë ß × ¼ H כ Ü ¼

Ð Si 2DEG (2-dimesional electron gas) SiGe 2DHG (2-dimensional hole gas) _ G V , + þ AI Ð: x _ Si G V ,

q K s ` É r H o # Q s 1 l x ¸\ ¦ t > ) a . { 9 \ V

Ð 6 £ x§ 4 ¢ - aØ æ ) a Si

(x = 10 - 30 %) ! Q( 8 £ x 0 A

+ þ A$ í ) a ³ ð G V , (surface channel) MOSFET` ¦ Ð: x _

Si NMOS è \ q K : x © s 1 l x ¸ 80 % t 7 £ x

% i [4]. ¢ ¸ô Ç þ j H \ H F g: x \ 6 x ÷ & H 1.3 s 1.55 um @ /% i \ " f 1 l x ÷ & H F g è : £ ¤ y F g Ø ¦ l Ð" f _

½ ¨ ¸ ' × æ \ e [5,6]. s Qô Ç HBT, HFET, Õ ª o

¦ í Ð s ¸× ¼1 p x \ 6 x ÷ & H SiGe ~ Ã Ì} [ þ t É r Å Ò Ð Si l ó ø Í0 A\ UHV-CVDü < MBE1 p x` ¦ s 6 x # 7 £ x Ã Ì # + þ

A$ í t ë ß Siõ SiGe © Ã º s \ _ K Ge ] tì rÖ ¦

É r e > ¿ ºa > r F ô Ç . 7 £ ¤ è : £ ¤$ í s Ð ¾ Ó

© r ~ ´ Ã º e H Ge ] tì rÖ ¦ s Z }` ¦ Ã º2 ¤ e > ¿ ºa Á º '

. People õ Bean_ ¸4 S q\ [7,8] _ z ´+ « >

h Ü ¼ Ð 550

C s © _ \ P ¨ î + þ A : r ¸\ " f 7 £ x Ã Ì÷ & H ~ Ã Ì} _

â Ä º Ge ì rÖ ¦ 20 % _ â Ä º 100 nm& ñ ¸ t < Ê-Ô ¦ { 9

u 0 A (misfit dislocation)_ + þ A$ í õ % 3 ] j÷ &

ë ß s â Ä º ¸ 7 £ x Ã Ì : r ¸ s © _ \ P & h Â Ò{ ` ¦ Ê ê\ ~ Ã Î

÷ & Ô ¦{ 9 u 0 A + þ A$ í ÷ & H ï r î ß & ñ ~ Ã Ì} s .

f Ð ¦0 l x ¸_ Ges < ÊÄ » ) a Á º < Ê SiGe ~ Ã Ì} ` ¦ % 3

H כ s Á º' × æ כ ¹ .

Òì r s > r F ô Ç . s H SiO

} s + þ A$ í ÷ & " f < ÊÄ »÷ & H Ge s ~ Ã Ì} A á ¤ Ü ¼ Ð ~ ½ ÓØ ¦ ÷ & " f H & ³ © s . s Ð

# : r A _ SiGe ~ Ã Ì} Ð 8 Z } É r Ge ì rÖ ¦ _ SiGe

Ì} ` ¦ + þ A$ í ½ + É Ã º e .

: r 7 Hë H \ " f H & ñ o r SiGe ~ Ã Ì} _ í ß o r ç ß \

É r Ge 0 l x ¸ o\ ¦ ì r$ 3 ¦ Õ ª\ É r ½ ¨ ¸& h o

¦ È Òõ & ³p â Ü ¼ Ð ' a ¹ 1 Ï % i ¦ s \ É r ¦ Ge 0

x ¸ + þ A$ í SiGe ~ Ã Ì} + þ A$ í l ½ ¨\ ¦ ] jî ß ¦ ô Ç .

~ Ã Ì} É r 5 u (100) z ´o B H l ó ø Í\ \ P & h í ß

o\ ¦ : x K í ß o} (SiO

) ¿ ºa \ ¦ 90 nm Ð + þ A$ í r l ó

ø Í 0 A\ Si-MBE (molecular beam epitaxy)\ ¦ s 6 x # q

& ñ | 9 © I Ð Si

~ Ã Ì} ` ¦ 300

C \ " f 7 £ x Ã Ì % i

¦ ~ Ã Ì} ¿ ºa H 200 nm % i . s \ ¦ 590

C \ " f 3 r ç ß

% o # ¢ - a & ñ or ( . í ß o H r ¼ # ` ¦ ' a © Ð î

ß _ 5 cm_ quartz ' a \ V , ¦ í ß è l ^ \ ¦ f Ë 9Å Ò% 3 ¦

: r ¸ H 900

C Ð ¿ º ¦ í ß o r ç ß É r 30 ì r, 1 r ç ß , 3 r ç

ß , 5 r ç ß , 8 r ç ß Õ ªo ¦ 10 r ç ß Ü ¼ Ð % i . í ß o r ç

ß \ É r & ñ $ í x 9 $ í ì r ì r$ 3 ` ¦ r & h Ü ¼ Ð · ú Ðl 0

A # X- r] X ì r$ 3 ` ¦ ' % i . 2θ = 20 - 60

# 3 0 A

" f θ - 2θ ~ ½ Ód Ü ¼ Ð ' % i Ü ¼ 9, ¿ É r Cu\ ¦ 6 x

i . + þ A$ í ) a í ß o} _ & ñ S X ô Ç ¿ ºa , p [ j ¸f o, ~ Ã Ì }