Методы формирования трёхмерных микро- и наноструктур на основе напряжённых SiGe/Si плёнок

• Автор: Голод, Сергей Владиславович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 206 с. : ил.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

МЭМС - микроэлектромеханические системы;

ИС - интегральная схема;

30 - трехмерный;

О - диаметр трубки; с/ - толщина двухслойной пленки;

/= А а/а - несоответствие (рассогласование) кристаллических решеток двух

полупроводниковых материалов;

8- селективности травления;

- сила растяжения;

/*2 - сила сжатия;

М- момент сил сжатия и растяжения;

СЭМ - сканирующий электронный микроскоп;
МЛЭ - молекулярно-лучевая эпитаксия;
ХОГФ - химическое осаждение из газовой фазы;
8/ - толщина нижнего слоя двухслойной пленки;
8: - толщина верхнего слоя двухслойной пленки;
Е] - модуль Юнга нижнего слоя двухслойной пленки;
Е2 - модуль Юнга верхнего слоя двухслойной пленки; т - отношение толщин верхнего и нижнего слоев двухслойной пленки;
X - отношение модулей Юнга верхнего и нижнего слоев двухслойной пленки;
Еьюе - модуль Юнга твердого раствора германий-кремний;
толщина напряженного БЮе слоя; х - содержание ве в слое 510е;
Аяш - минимальный диаметр трубки;

Ьс - критическая толщина псевдоморфизма;
V- коэффициент Пуассона;
а, - постоянная решетки подложки;
а/- постоянная решетки эпитаксиальной пленки;
Упл - скорость травления отсоединяемой пленки;
Ужерт - скорость травления жертвенного слоя;
I - время травления;
М2 - уменьшение толщины верхнего слоя;
К» - скорость травления верхнего р+-81 слоя;
Оэкспер и Яжспер - экспериментальные значения диаметра и радиус изгиба;
Отг0р - теоретическое (расчетное) значение диаметра;
Ве- приближенное значение от диаметра свободных трубок;
Вкол и Якол- диаметр и радиус изгиба узкого кольца;
Вс<Юб и Ясвоб- диаметр и радиус изгиба свободной трубки;
В3акр и Язакр - диаметр и радиус изгиба трубки, имеющей жесткое закрепление к подложке вдоль всей своей длины;
Вп - диаметр трубки из полупроводниковой пленки;
Вт - диаметр трубки пленки металл-полупроводник;
Вщп - диаметр трубки пленки металл-диэлектрик-полупроводник;
V - скорость травления;
Еа - энергия активации реакции травления;
Ао~ параметр химической реакции при постоянной концентрации травителя;
Т - температура;
АТ - изменение температуры;
ХСЛ - химически стойкий лак;

УЗ - ультразвуковое;
АСМ - атомно-силовой микроскоп;
АТ - анизотропия травлени;
Е - модуль Юнга;
V)! - коэффициент Пуассона, учитывающий поперечную деформацию материала вдоль края сворачивания (вдоль формирующейся трубки);
VI - коэффициент Пуассона, учитывающий поперечную деформацию в направлении нормали поверхности сворачиваемой пленки;
С - тензор коэффициентов упругости; и- механические напряжения; е- деформация;
Уу„р - энергия упругой деформации на единицу площади пленки; е!- приведенный модуль Юнга;
Е/- приведенный модуль Юнга для пленки, подвергающейся двуосной деформации;
Е/ - приведенный модуль Юнга для сворачивающейся пленки, закрепленной на подложке; к - шаг между витками спирали;
(р- угол разориентации между полоской БЮе/Б! и направлением сворачивания;
У - ширина сворачиваемой полоски пленки;
ПЭМВР - просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения;
Ш - индексы Миллера;
Уроо], У[по], У[И1] - скорости травления кремния в направлениях [100], [110] и [111], соответственно;
Умах - максимальная скорость травления;
Уши - минимальная скорость травления;
НПЛ - нанопечатная литография;
ПММА -электронный резист;
Объяснить экспериментально наблюдаемые факты сворачивания пленок именно в “мягких” направлениях можно также с точки зрения упругой релаксации внутренних механических напряжений. Согласно основным принципам механического и термодинамического равновесия отсоединившаяся пленка должна занять такое состояние, при котором сумма всех действующих на нее сил будет равна нулю, а внутренняя энергия упругой деформации примет свое минимально возможное значение. На сегодняшний день уже хорошо исследовано, как распределяются механические деформации в выращенных на массивных подложках тонких напряженных пленках, подвергающихся биаксиальному сжатию или растяжению. В случае биаксиальных напряжений в напряженной эпитаксиальной пленке энергия упругой деформации на единицу площади может быть записана [39,62]:
IV =Ш±йе*11 = Е'еЧ
№ (1-Ц) (1 -V)
где С, £ и V - соответственно модуль сдвига, модуль Юнга и коэффициент Пуассона, с
двумерная (плоская) упругая деформация в пленке, возникающая из-за разницы параметров
решетки пленки и подложки. Величину Е'=Е/(1-у) можно рассматривать как некий
приведенный (эффективный) модуль упругости. Поскольку мы рассматриваем влияние
анизотропии механических свойств именно в плоскости исходной пленки (жесткость
которой в дальнейшем и задает направления преимущественного сворачивания), то при
расчете УуПр необходимо выбрать коэффициент Пуассона Ц, учитывающий поперечную
деформацию материала в плоскости пленки вдоль края ее сворачивания. Это позволит
правильно учесть влияние анизотропии упругих свойств на процесс сворачивания
напряженных монокристаллических пленок. В таком случае выражение для энергии упругой
деформации примет вид