选区GeSn层及其形成方法技术

本发明专利技术提供一种选区GeSn层及其形成方法。其中该方法包括以下步骤：提供顶部具有Ge层的衬底；在Ge层表面形成掩膜，并在掩膜上形成开口；向Ge层表层注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，以在开口位置形成GeSn层。该方法能够形成厚度较薄、质量较好的选区GeSn层，具有简便易行，成本较低的优点。

Constituency GeSn layer and method of forming the same

The present invention provides a selective GeSn layer and a method for forming the same. The method comprises the following steps: providing a substrate with a top layer of Ge; in the Ge layer formed on the surface of the mask, and an opening is formed in the mask; injection containing Sn element atoms, molecules, ions or plasma to the Ge layer, the GeSn layer is formed in the open position. The method can form a GeSn layer with thinner thickness and better quality, and has the advantages of simplicity and low cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体薄膜制造领域，具体涉及一种选区GeSn层及其形成方法。
技术介绍
随着微电子技术的发展，器件尺寸的不断缩小，Si材料较低的迁移率已成为制约器件性能的主要因素。为了不断提升器件的性能，必须采用更高迁移率的沟道材料。目前研究的主要技术方案为：采用Ge材料做PMOSFET器件的沟道材料，III-V化合物半导体材料为NMOSFET器件的沟道材料。Ge具有四倍于Si的空穴迁移率，随着研究的不断深入，Ge沟道MOSFET中的技术难点逐一被攻克。与Ge相兼容的Ge1－xSnx合金（GeSn）是一种IV族半导体材料，具有良好的电学特性。首先，应变GeSn材料具有比Ge更高的空穴迁移率，具有应用于PMOSFET器件沟道的前景；其次，当以Ge材料为沟道时，在源漏中填充GeSn合金，可以在Ge沟道中引入单轴压应变，大幅度提升Ge沟道的性能，当沟道长度在纳米尺度时，其性能提升尤为明显；第三，理论计算结果表明，当x>0.11时，应变Ge1－xSnx合金将成为一种直接带隙的半导体，这使得GeSn合金逐渐成为Si基集成光电子学中的一个新的研究热点。并且，GeSn合金与硅的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺具有良好的兼容性。在生长GeSn材料时，通常采用的方法为分子束外延（MBE）。其中，现有的MBE工艺生长GeSn材料的过程为：将Sn固体金属作为Sn源材料置入真空腔的Sn固体源炉中；将衬底置入分子束外延源炉的真空腔的加热器上，对真空腔抽真空，对衬底加热；对Sn固体金属加热，使Sn固体金属熔化，蒸发产生Sn的原子，打开挡板，使Sn原子到达衬底表面；向分子束外延源炉的真空腔内通入含有Ge的化合物气体，使Ge原子淀积到衬底表面，完成GeSn合金的外延生长。该方法可得到晶体质量较好的GeSn薄膜，但设备昂贵，生长过程较为费时，成本高，在大规模生产中将受到一定限制。也有人采用化学气相淀积（CVD）工艺生长GeSn薄膜，但工艺不稳定，制得的GeSn薄膜质量较差，热稳定性不佳，Sn易分凝，成本也较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于至少解决上述技术缺陷之一，特别是提供一种简单易行且成本低的选区GeSn层及其形成方法。为实现上述目的，本专利技术第一方面实施例的选区GeSn层的形成方法可以包括以下步骤：提供顶部具有Ge层的衬底；在所述Ge层表面形成掩膜，并在所述掩膜上形成开口；向所述Ge层表层注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，以在开口位置形成GeSn层。根据本专利技术实施例的选区GeSn层的形成方法可以得到厚度较薄、质量较好的GeSn层，具有简单易行、成本低的优点。在本专利技术的一个实施例中，所述注入的方法包括离子注入。在本专利技术的一个实施例中，所述离子注入包括等离子体源离子注入和等离子体浸没离子注入。在本专利技术的一个实施例中，所述注入的方法包括磁控溅射。在本专利技术的一个实施例中，在利用所述磁控溅射注入的过程中，在所述衬底上加载负偏压。在本专利技术的一个实施例中，还包括，去除所述磁控溅射在所述GeSn层之上形成的Sn薄膜。在本专利技术的一个实施例中，利用对GeSn和Sn具有高腐蚀选择比的溶液清洗以去除所述Sn薄膜。在本专利技术的一个实施例中，所述注入的过程中对所述衬底加热，加热温度为100-600℃。在本专利技术的一个实施例中，还包括，在所述注入之后，对所述GeSn层退火，退火温度为100-600℃。在本专利技术的一个实施例中，所述GeSn层为应变GeSn层。在本专利技术的一个实施例中，所述应变GeSn层的厚度为0.5-100nm。在本专利技术的一个实施例中，所述应变GeSn层中Sn的原子百分含量小于20%。在本专利技术的一个实施例中，所述顶部具有Ge层的衬底包括：纯Ge衬底、绝缘体上Ge衬底、具有Ge表面的Si衬底。为实现上述目的，本专利技术第二方面实施例的选区GeSn层，采用上文公开的方法形成。本专利技术实施例的选区GeSn层具有厚度较薄、质量较好、成本较低的优点。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术实施例的选区GeSn层的形成方法的流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。本专利技术第一方面提出一种选区GeSn层的形成方法。如图1所示，根据本专利技术实施例的选区GeSn层的形成方法，可以包括如下步骤：S1.提供顶部具有Ge层的衬底。具体地，提供的顶部具有Ge层的衬底可以是纯Ge衬底、绝缘体上Ge衬底（Ge-On-Insulator，GeOI）、具有Ge表面的Si衬底等等。S2.在Ge层表面形成掩膜，并在掩膜上形成开口。具体地，可以通过淀积或涂覆工艺在Ge层表面形成掩膜，并在通过光刻和刻蚀工艺掩膜上形成开口。S3.向Ge层表层注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，以在开口位置形成GeSn层。具体地，当需要形成较厚的GeSn层时，可以注入含有Sn元素的离子或等离子体。离子和等离子体能量高，可以注入达到一定深度。当需要形成较薄的GeSn层时，不仅注入离子或等离子体可以形成GeSn层，注入Sn原子或含有Sn元素的分子也可以形成GeSn层。需要说明的是，原有的Ge层可以仅有表层部分变化为GeSn层，也可以全部变化为GeSn层。根据本专利技术上述实施例的选区GeSn层的形成方法通过利用注入工艺对原有的Ge层进行表面改性，即将含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体注入到原有的Ge层中，通过控制合适的温度和注入剂量，使注入的Sn元素不明显扩散，就可以使得晶格中的Sn原子不会聚集形成Sn的沉淀物，保持GeSn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种选区GeSn层的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：提供顶部具有Ge层的衬底；在所述Ge层表面形成掩膜，并在所述掩膜上形成开口；向所述Ge层表层注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，以在开口位置形成GeSn层。

【技术特征摘要】
1.一种选区GeSn层的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供顶部具有Ge层的衬底；
在所述Ge层表面形成掩膜，并在所述掩膜上形成开口；
向所述Ge层表层注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，以在开口位置形
成GeSn层。
2.如权利要求1所述的选区GeSn层的形成方法，其特征在于，所述注入的方法包括
离子注入。
3.如权利要求2所述的选区GeSn层的形成方法，其特征在于，所述离子注入包括等
离子体源离子注入和等离子体浸没离子注入。
4.如权利要求1所述的选区GeSn层的形成方法，其特征在于，所述注入的方法包括
磁控溅射。
5.如权利要求4所述的选区GeSn层的形成方法，其特征在于，在利用所述磁控溅射
注入的过程中，在所述衬底上加载负偏压。
6.如权利要求4或5所述的选区GeSn层的形成方法，其特征在于，还包括，去除所
述磁控溅射在所述GeSn层之上形成的Sn薄膜。
7.如权利要求6所述的选区GeSn层的形成方法，其特征在于，利用对GeSn和Sn具

【专利技术属性】
技术研发人员：肖磊，王敬，赵梅，梁仁荣，许军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11