Neue Halbleitermaterialien für kleinere und leistungsstärkere Geräte
Mit dem Mooreschen Gesetz werden Computersysteme immer kleiner, schneller und billiger in der Herstellung. Allerdings steht die Halbleiterindustrie vor der Herausforderung, Prozesse so zu verschlanken, dass die Verbindungselemente nicht mehr nur auf wenige Mikrometer, sondern Nanometer passen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts FACIT (Fast anneal of compound semiconductors for integration of new technologies) gelang es, Materialien der chemischen Hauptgruppe III und V (Indium, Gallium und Arsenid, InGaA) mit Silizium-Germanium (SiGe) auf so genannten CMOS-Chips zu kombinieren. Das neue Verfahren ist für die Chipfertigung in hohen Stückzahlen geeignet und wird damit für Chiphersteller zur praktikablen Option. Mit demselben großformatigen Si-Wafer von 350-400 mm entwickelte das Projektteam einen Prozess für die Integration von InGaA-, SiGe- und Si-CMOS-Schichten. Damit existiert nun ein wegweisender Ansatz, die CMOS-Technologie bis auf Nanoebene zu verkleinern. In ihren Materialeigenschaften unterscheiden sich SiGe und InGaA stark von Silizium, insbesondere bei thermischer Behandlung. Zudem sind die Temperaturanforderungen bei der Verarbeitung von InGaA und SiGe sehr unterschiedlich. Ultraschnelles Tempern ist eine Schlüsseltechnologie für die Co-Integration von SiGe und InGaA. FACIT untersuchte zudem ultraschnelles Tempern (Millisekunden) bei hochmobilen Kanälen. Den Ergebnissen zufolge kann ultraschnelles Tempern die Grenzflächenzustandsdichte drastisch reduzieren. Der Prozess ähnelt dabei einem herkömmlichen Prozess, allerdings mit deutlich niedrigeren Temperaturen. Mit ultraschnellem Tempern können stabile flache Verbindungen erzeugt werden. Die Projektergebnisse sind vielversprechend und Auftakt für die nächste große Materialrevolution, bei der Silizium durch hochmobile Kanäle wie Ge und InGaA ersetzt wird. Die Unterbringung dieser hochwertigen Materialien auf Si kann die Entwicklung leistungsfähigerer Nanotransistoren fördern.
Schlüsselbegriffe
Verbindungshalbleiter, Silizium, FACIT, InGaAs, SiGe, ultraschnelles Tempern
