一种类锗锡三元合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种类锗锡三元合金及其制备方法，制备方法包括步骤：在目标衬底上淀积内置热源层；在内置热源层上淀积GeSn外延层；在GeSn外延层上淀积保护层；将目标衬底、内置热源层、GeSn外延层和保护层形成的样品加热至目标温度；利用激光再晶化技术，通过保护层对内置热源层和GeSn外延层进行激光扫描，使得内置热源层融化并扩散至GeSn外延层和保护层之间；去除保护层和内置热源层，形成类锗锡三元合金。该类锗锡三元合金的制备方法可获得高质量的类锗锡三元合金外延材料，有效降低激光再晶化技术在制备高质量类锗锡三元合金外延层应用时的高热能成本和高设备投入成本，拓展了激光再晶化技术在解决大晶格失配外延质量问题的适用范围。的适用范围。的适用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种类锗锡三元合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体集成电路领域，具体涉及一种类锗锡三元合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]通过调节Si1‑
x
‑
y
Ge
x
Sn
y
三元合金x和y组份取值，可使得Si1‑
x
‑
y
Ge
x
Sn
y
三元合金表现为类硅、类锗、类硅锗、类锗锡等不同半导体性质。高组份x和y取值的类锗锡三元合金具有辐射复合效率高和载流子迁移率高的优点，不仅可应用于红外发光器件，还可应用于高速电子器件，同时具有单片同层光电集成的应用潜力，是集成电路领域研究发展的热点和重点之一。
[0003]在面向器件与电路应用时，考虑工艺兼容性和成本问题，类锗锡三元合金需要制备在硅(Si)衬底上。然而，由于x和y合金组份高，类锗锡三元合金Si1‑
x
‑
y
Ge
x
Sn
y
与Si衬底晶格失配大，Si衬底上外延制备高质量类锗锡三元合金存在困难。例如，目前的减压化学气相沉积(Reduced Pressure Chemical Vapor Deposition，RPCVD)和分子束外延(Molecular beam epitaxy，MBE)工艺都可以实现Si衬底上类锗锡三元合金，但工艺过程中需要复杂的缓冲层结构以及精细的退火工艺，即使这样，其类锗锡三元合金外延层质量仅表面一小部分尚可。
[0004]值得注意的是，最近几年出现的激光再晶化技术，为这类大晶格失配外延提供了一种行之有效的技术途径。请参见图1，图1为现有技术提供的一种激光再晶化技术示意图。通过高能激光照射已经预热的Si衬底上的类锗锡Si1‑
x
‑
y
Ge
x
Sn
y
外延层薄膜表面，使其快速熔化再结晶，通过横向释放外延层的晶格失配位错，从而提高外延层的晶体质量。
[0005]激光再晶化技术解决大晶格失配外延质量问题方法虽好，但因其所适用体系的范围小，无法全面应用于所有的大晶格失配外延体系。例如，对Si衬底上类锗锡Si1‑
x
‑
y
Ge
x
Sn
y
外延层体系，由于类锗锡Si1‑
x
‑
y
Ge
x
Sn
y
外延层熔点较高，激光再晶化前需要对体系预热至较高温度，外延层激光融化所需激光功率也高，即需要高预热成本和高成本激光功率设备的投入，这就限制了该技术在Si衬底上高质量类锗锡Si1‑
x
‑
y
Ge
x
Sn
y
外延层制备的应用。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种类锗锡三元合金及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术实施例提供了一种类锗锡三元合金的制备方法，包括步骤：
[0008]在目标衬底上淀积内置热源层；
[0009]在所述内置热源层上淀积GeSn外延层；
[0010]在所述GeSn外延层上淀积保护层；
[0011]将所述目标衬底、所述内置热源层、所述GeSn外延层和所述保护层形成的样品加热至目标温度；
[0012]利用激光再晶化技术，通过所述保护层对所述内置热源层和所述GeSn外延层进行
激光扫描，使得所述内置热源层融化并扩散至所述GeSn外延层和所述保护层之间；
[0013]去除所述保护层和所述内置热源层，形成类锗锡三元合金。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述目标衬底的材料包括单晶硅。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述内置热源层的熔点低于所述GeSn外延层的熔点，所述内置热源层的密度小于所述GeSn外延层的密度。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述内置热源层的材料包括铝。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，在目标衬底上淀积内置热源层，包括：
[0018]将纯度为99.999％的铝靶材料以2
×
10
‑1Pa的工艺压力、2nm/min的淀积速率溅射淀积在所述目标衬底上，淀积厚度为100～120nm，形成所述内置热源层。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，在所述内置热源层上淀积GeSn外延层，包括：
[0020]将纯度为99.999％的锗锡靶材料以1.3
×
10
‑1Pa的工艺压力、4nm/min的淀积速率溅射淀积在所述内置热源层上，淀积厚度为150～170nm，形成所述GeSn外延层
[0021]在本专利技术的一个实施例中，在所述GeSn外延层上淀积保护层，包括：
[0022]利用化学气相沉积法，在所述GeSn外延层上淀积130～160μm的SiO2，形成所述保护层。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，所述目标温度为200℃～300℃。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，所述激光扫描条件为：激光波长为808nm，激光功率密度为2.0kW/cm2，激光光斑尺寸10mm
×
1mm，激光移动速度为20mm/s。
[0025]本专利技术的另一个实施例提供了一种类锗锡三元合金，由如上述实施例所述的制备方法制得。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0027]本专利技术的类锗锡三元合金的制备方法中，在淀积GeSn外延层之前先淀积内置热源层，可获得高质量的类锗锡三元合金外延材料，有效降低激光再晶化技术在制备高质量类锗锡三元合金外延层应用时的高热能成本和高设备投入成本，拓展了激光再晶化技术在解决大晶格失配外延质量问题的适用范围。
附图说明
[0028]图1为现有技术提供的一种激光再晶化技术示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例提供的一种类锗锡三元合金的制备方法的流程示意图；
[0030]图3a
‑
图3e为本专利技术实施例提供的一种类锗锡三元合金的制备方法的过程示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例提供的一种激光再晶化的示意图。
具体实施方式
[0032]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0033]实施例一
[0034]请参见图2和图3a
‑
图3e，图2为本专利技术实施例提供的一种类锗锡三元合金的制备方法的流程示意图，图3a
‑
图3e为本专利技术实施例提供的一种类锗锡三元合金的制备方法的
过程示意图。该类锗锡三元合金的制备方法包括步骤：
[0035]S1、在目标衬底001上淀积内置热源层002，请参见图3a和图3b。
[0036]具体的，可以利用磁控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种类锗锡三元合金的制备方法，其特征在于，包括步骤：在目标衬底(001)上淀积内置热源层(002)；在所述内置热源层(002)上淀积GeSn外延层(003)；在所述GeSn外延层(003)上淀积保护层(004)；将所述目标衬底(001)、所述内置热源层(002)、所述GeSn外延层(003)和所述保护层(004)形成的样品加热至目标温度；利用激光再晶化技术，通过所述保护层(004)对所述内置热源层(002)和所述GeSn外延层(003)进行激光扫描，使得所述内置热源层(002)融化并扩散至所述GeSn外延层(003)和所述保护层(004)之间；去除所述保护层(004)和所述内置热源层(002)，形成类锗锡三元合金(005)。2.根据权利要求1所述的类锗锡三元合金的制备方法，其特征在于，所述目标衬底的材料包括单晶硅。3.根据权利要求1所述的类锗锡三元合金的制备方法，其特征在于，所述内置热源层(002)的熔点低于所述GeSn外延层(003)的熔点，所述内置热源层(002)的密度小于所述GeSn外延层(003)的密度。4.根据权利要求1所述的类锗锡三元合金的制备方法，其特征在于，所述内置热源层(002)的材料包括铝。5.根据权利要求4所述的类锗锡三元合金的制备方法，其特征在于，在目标衬底(001)上淀积内置热源层(002)，包括：将纯度为99.999％的铝靶材料以2

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：