一种Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Si‑GeSn‑Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管及制备方法，该制备方法包括选取GeOI衬底，并在GeOI衬底内掺杂形成顶层GeSn区；在衬底顶层GeSn区内设置深槽隔离区；刻蚀GeSn区形成P型沟槽和N型沟槽，P型沟槽和N型沟槽的深度小于顶层GeSn区的厚度；在P型沟槽和N型沟槽内采用离子注入形成P型有源区和N型有源区；在衬底上形成GeSn合金引线。本发明专利技术通过引入顶层GeSn区动态控制顶层Ge中Sn组分的含量使得本征区禁带宽度降低。Si‑GeSn‑Si异质结构的存在使得禁带宽度差可达到0.7eV，改善了载流子注入比，提升了固态等离子体浓度和分布均匀性。通过采用RPCVD的技术形成GeSn合金引线，取代传统二极管中的金属电极，极大的提高了天线系统集成度和隐身性能。

【技术实现步骤摘要】
一种Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管及制备方法
本专利技术涉及半导体材料以及器件制造
，具体涉及一种Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管及制备方法。
技术介绍
固态等离子体天线由一系列SPiN(表面PiN)二极管阵列单元组成，二极管作为天线的基本辐射单元，通过施加合适的正向电压控制二极管本征区内固态等离子体区域的形成与消失使得天线的辐射区域发生动态变化从而实现天线性能的可重构。然而，传统固态等离子体PiN二极管本征区采用的半导体材料都是硅或者锗，硅或者锗材料的禁带宽度很大，形成的禁带宽度差值不大，使得器件的载流子注入比不高。此外，目前所研究的PiN二极管均是采用金属作为接触电极，金属电极的存在很大程度上影响了天线系统的集成性能和隐身性能，使得硅基固态等离子体PiN二极管在未来通信系统中的应用受到了限制。高性能的硅基PiN二极管可极大的提高天线系统集成度、抗干扰性能以及隐身性能，在直升机、雷达通信以及无人机等领域具有广阔的应用前景。因此，选择何种材料及工艺来制作一种固态等离子体PiN二极管以应用于硅基高集成天线就变得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管及制备方法，通过在Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的顶层Ge中掺杂Sn组分，顶层GeSn区的引入通过动态控制顶层Ge中Sn组分的含量使得本征区禁带宽度进一步降低。同时，Si-GeSn-Si异质结构的存在使得禁带宽度差可达到0.7eV，从而在很大程度上改善了载流子注入比，提升了固态等离子体浓度和分布均匀性。本专利技术提供了一种Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的制备方法，制备方法包括以下步骤：(a)选取GeOI衬底，并在GeOI衬底内掺杂形成顶层GeSn区；(b)在衬底顶层GeSn区内设置深槽隔离区；(c)刻蚀所述GeSn区形成P型沟槽和N型沟槽，所述P型沟槽和N型沟槽的深度小于顶层GeSn区的厚度；(d)在P型沟槽和N型沟槽内采用离子注入形成P型有源区和N型有源区；所述步骤(d)具体操作如下：(d1)在所述P型沟槽和所述N型沟槽内形成第一P型有源区和第一N型有源区；(d2)在所述P型沟槽和所述N型沟槽内形成第二P型有源区和第二N型有源区，具体操作如下；(d21)利用多晶硅填充所述P型沟槽和所述N型沟槽；(d22)平整化处理所述衬底后，在所述衬底表面上形成多晶硅层；(d23)光刻所述多晶硅层，并采用带胶离子注入的方法对所述P型沟槽和所述N型沟槽所在位置分别注入P型杂质和N型杂质以形成第二P型有源区和第二N型有源区且同时形成P型接触区和N型接触区；(d24)去除光刻胶；(d25)利用湿法刻蚀去除所述P型接触区和所述N型接触区以外的所述多晶硅层；(e)在衬底上形成GeSn合金引线，以完成所述Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的制备。较佳地，步骤(a)的具体操作如下：(a1)光刻所述GeOI衬底；(a2)对所述GeOI衬底进行Sn组分掺杂，形成顶层GeSn区，通过动态的控制顶层Ge中Sn组分的含量以实现载流子最大注入比；(a3)去除光刻胶。较佳地，所述步骤(b)的具体操作如下：(b1)在所述GeSn区表面形成保护层；(b2)利用光刻工艺在所述保护层上形成隔离区图形；(b3)利用干法刻蚀工艺在所述隔离区图形的指定位置处刻蚀所述保护层及所述衬底以形成隔离槽，且所述隔离槽的深度大于等于所述衬底的顶层GeSn区的厚度；(b4)填充所述隔离槽以形成所述PiN二极管的所述隔离区；(b5)平整化处理所述衬底。较佳地，所述步骤(c)包括：(c1)在所述衬底表面形成保护层；(c2)利用光刻工艺在所述保护层上形成P型沟槽和所述N型沟槽图形；(c3)利用干法刻蚀工艺在所述沟槽的指定位置处刻蚀所述保护层及所述GeSn区以形成所述P型沟槽和所述N型沟槽。较佳地，步骤(b1)的保护层包括二氧化硅层和氮化硅层；保护层的制备方法如下：在所述衬底表面生成二氧化硅层；在所述二氧化硅层表面生成氮化硅层。较佳地，步骤(d1)包括：(d11)氧化所述P型沟槽和所述N型沟槽以使所述P型沟槽和所述N型沟槽的内壁形成一层二氧化硅氧化层；(d12)利用湿法刻蚀工艺刻蚀所述P型沟槽和所述N型沟槽内壁的氧化层以完成所述P型沟槽和所述N型沟槽内壁的平整化；(d13)对所述P型沟槽和所述N型沟槽进行离子注入以形成所述第一P型有源区和所述第一N型有源区，所述第一P型有源区为沿离子扩散方向距所述P型沟槽侧壁和底部深度小于1微米的区域，所述第一N型有源区为沿离子扩散方向距所述N型沟槽侧壁和底部深度小于1微米的区域。较佳地，步骤(d13)包括：(d131)光刻所述P型沟槽和所述N型沟槽；(d132)采用带胶离子注入的方法对所述P型沟槽和所述N型沟槽分别注入P型杂质和N型杂质以形成第一P型有源区和第一N型有源区；(d133)去除光刻胶。较佳地，步骤(e)包括：(e1)在所述衬底上生成二氧化硅；(e2)利用退火工艺激活有源区中的杂质；(e3)在所述P型接触区和所述N型接触区光刻引线孔；(e4)在所述引线孔中采用RPCVD的技术形成GeSn合金引线；(e5)钝化处理并光刻PAD以形成所述异质GeSn基固态等离子体PiN二极管。本专利技术还提供了上述方法制得的一种Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管，用于制作硅基高集成隐身天线。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的顶层Ge中掺杂Sn组分，顶层GeSn区的引入通过动态控制顶层Ge中Sn组分的含量使得本征区禁带宽度进一步降低。同时，Si-GeSn-Si异质结构的存在使得禁带宽度差可达到0.7eV，从而在很大程度上改善了载流子注入比，提升了固态等离子体浓度和分布均匀性。而且，GeSn材料的引入可进一步提高载流子在本征区内部的迁移率，使得硅基固态等离子体高集成天线性能得到极大的改善。传统硅基天线PiN二极管中的电极采用金属制备而成，金属电极的存在可极大的影响天线系统的雷达散射截面，从而降低通信系统的隐身特性。同时，大片金属电极的存在也极大地影响等离子体区域与电磁波的相互作用，削弱了固态等离子体对天线辐射性能的影响，从而限制了硅基固态等离子体向小型化、集成化和智能化方向发展。本专利技术实施例通过采用RPCVD的技术形成GeSn合金引线，取代传统二极管中的金属电极，极大的提高了天线系统集成度和隐身性能。此外，基于刻蚀的GeOI深槽介质隔离工艺以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(a)选取GeOI衬底，并在GeOI衬底内掺杂形成顶层GeSn区；/n(b)在衬底顶层GeSn区内设置深槽隔离区；/n(c)刻蚀所述GeSn区形成P型沟槽和N型沟槽，所述P型沟槽和N型沟槽的深度小于顶层GeSn区的厚度；/n(d)在P型沟槽和N型沟槽内采用离子注入形成P型有源区和N型有源区；/n所述步骤(d)具体操作如下：/n(d1)在所述P型沟槽和所述N型沟槽内形成第一P型有源区和第一N型有源区；/n(d2)在所述P型沟槽和所述N型沟槽内形成第二P型有源区和第二N型有源区，具体操作如下；/n(d21)利用多晶硅填充所述P型沟槽和所述N型沟槽；/n(d22)平整化处理所述衬底后，在所述衬底表面上形成多晶硅层；/n(d23)光刻所述多晶硅层，并采用带胶离子注入的方法对所述P型沟槽和所述N型沟槽所在位置分别注入P型杂质和N型杂质以形成第二P型有源区和第二N型有源区且同时形成P型接触区和N型接触区；/n(d24)去除光刻胶；/n(d25)利用湿法刻蚀去除所述P型接触区和所述N型接触区以外的所述多晶硅层；/n(e)在衬底上形成GeSn合金引线，以完成所述Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的制备。/n...

【技术特征摘要】
1.一种Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)选取GeOI衬底，并在GeOI衬底内掺杂形成顶层GeSn区；
(b)在衬底顶层GeSn区内设置深槽隔离区；
(c)刻蚀所述GeSn区形成P型沟槽和N型沟槽，所述P型沟槽和N型沟槽的深度小于顶层GeSn区的厚度；
(d)在P型沟槽和N型沟槽内采用离子注入形成P型有源区和N型有源区；
所述步骤(d)具体操作如下：
(d1)在所述P型沟槽和所述N型沟槽内形成第一P型有源区和第一N型有源区；
(d2)在所述P型沟槽和所述N型沟槽内形成第二P型有源区和第二N型有源区，具体操作如下；
(d21)利用多晶硅填充所述P型沟槽和所述N型沟槽；
(d22)平整化处理所述衬底后，在所述衬底表面上形成多晶硅层；
(d23)光刻所述多晶硅层，并采用带胶离子注入的方法对所述P型沟槽和所述N型沟槽所在位置分别注入P型杂质和N型杂质以形成第二P型有源区和第二N型有源区且同时形成P型接触区和N型接触区；
(d24)去除光刻胶；
(d25)利用湿法刻蚀去除所述P型接触区和所述N型接触区以外的所述多晶硅层；
(e)在衬底上形成GeSn合金引线，以完成所述Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的制备。


2.如权利要求1所述的Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)的具体操作如下：
(a1)光刻所述GeOI衬底；
(a2)对所述GeOI衬底进行Sn组分掺杂，形成顶层GeSn区，通过动态的控制顶层Ge中Sn组分的含量以实现载流子最大注入比；
(a3)去除光刻胶。


3.如权利要求1所述的Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)的具体操作如下：
(b1)在所述GeSn区表面形成保护层；
(b2)利用光刻工艺在所述保护层上形成隔离区图形；
(b3)利用干法刻蚀工艺在所述隔离区图形的指定位置处刻蚀所述保护层及所述衬底以形成隔离槽，且所述隔离槽的深度大于等于所述衬底的顶层GeSn区的厚度；
(b4)填充所述隔离槽以形成所述PiN二极管的所述隔离区；
(b5)平整化处理所述衬底。


4.如权利要求1所述的Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏汉，罗卫兵，
申请(专利权)人：中国人民武装警察部队工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61