一种形成硅锗外延层的方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，提出了一种形成硅锗外延层的方法，包括以下步骤：S1、将衬底清洗，吹干后，溅射过渡层，得到覆有过渡层衬底；S2、将所述过渡层衬底首先在700～800℃下进行第一选择性外延成长工艺，在450～500℃下进行第二选择性外延成长工艺，最后在150～200℃下进行第三选择性外延成长工艺；所述S1中过渡层的材料由石墨和/或碳纳米管组成。通过上述技术方案，解决了现有技术中的硅基衬底上外延生长的硅锗材料质量差、均匀度低问题。均匀度低问题。

【技术实现步骤摘要】
一种形成硅锗外延层的方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体的，涉及一种形成硅锗外延层的方法。

技术介绍

[0002]近年来，硅锗合金因其在光电子器件方面的应用潜力吸引了广泛关注。一方面，硅锗材料的载流子迁移率高、能带宽度随锗组分的变化连续可调，且与目前成熟的硅平面工艺相兼容；另一方面，在太阳光谱近红外波段吸收系数高，这些特点使得硅锗材料可被应用到调制掺杂场效应晶体管、光电探测器及太阳电池。
[0003]目前，生长锗硅外延层材料的方法，主要有分子束外延(MBE)和超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)两种技术。由于分子束外延生长界面突变的量子阱结构具有天然的优势，同时分子束外延作为一种高纯源材料的生长技术，可以获得背景杂质少，界面更加陡峭的应变硅量子阱，因此，主要用分子束外延技术生长锗硅外延层。但是，硅基衬底上异质外延硅锗薄膜存在一个巨大的挑战是硅锗之间存在4.18％的晶格失配，这种晶格失配会造成表面粗糙不平整、起伏严重以及位错密度大。在外延生长过程中产生的位错会为电子空穴对提供复合中心，导致暗电流非常大，会影响器件的光探测性能。此外，硅锗之间还具有较大热失配，所以如何在硅基衬底上外延生长高质量、高均匀度的硅锗材料是本领域技术人员亟需解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种形成硅锗外延层的方法，解决了相关技术中的硅基衬底上外延生长的硅锗材料质量差、均匀度低问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种形成硅锗外延层的方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将衬底清洗，吹干后，溅射过渡层，得到覆有过渡层衬底；
[0008]S2、将所述过渡层衬底首先在700～800℃下进行第一选择性外延成长工艺，在450～500℃下进行第二选择性外延成长工艺，最后在150～200℃下进行第三选择性外延成长工艺。
[0009]作为进一步的技术方案，所述S1中过渡层的材料由石墨和/或碳纳米管组成。
[0010]作为进一步的技术方案，所述S1中过渡层的材料由石墨和碳纳米管组成。
[0011]作为进一步的技术方案，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
[0012]作为进一步的技术方案，所述多壁碳纳米管的管径为10～20nm、长度为5～15μm。
[0013]作为进一步的技术方案，所述石墨和碳纳米管的质量比为3:1。
[0014]作为进一步的技术方案，所述溅射气压为0.5Pa，溅射温度为650℃，溅射速率为1.2nm/min，溅射时间为60min。
[0015]作为进一步的技术方案，所述S2前还包括预退火，所述预退火温度为700℃。
[0016]作为进一步的技术方案，所述第一选择性外延成长、第二选择性外延成长工艺和
第三选择性外延成长工艺中压力为5～10torr，所使用的反应气体包括含硅气体、含锗气体和氯化氢气体。
[0017]作为进一步的技术方案，所述含硅气体包括硅甲烷、硅乙烷、二氯硅甲烷中的一种；所述含锗气体包括锗烷。
[0018]作为进一步的技术方案，所述含硅气体的流量为50～150sccm；所述含锗气体的流量为200～270sccm；所述氯化氢气体的流量为100～150sccm。
[0019]作为进一步的技术方案，所述含硅气体的流量为135sccm；所述含锗气体的流量为250sccm；所述氯化氢气体的流量为120sccm。
[0020]作为进一步的技术方案，所述第一选择性外延成长工艺的时间为30s、第二选择性外延成长工艺的时间为100s、第三选择性外延成长工艺的时间为700s。
[0021]本专利技术的工作原理及有益效果为：
[0022]1、本专利技术一方面通过在衬底上溅射石墨和/或碳纳米管作为过渡层用以硅锗之间晶格常数的过渡，降低了表面粗糙度和位错密度，从而提高了硅锗外延层的均匀度；另一方面采用三段外延成长工艺，分别为首先在700～800℃下进行第一选择性外延成长工艺，在450～500℃下进行第二选择性外延成长工艺，最后在150～200℃下进行第三选择性外延成长工艺形成硅锗外延层，得到的硅锗外延层均匀度高，而且成长速度快。
[0023]2、本专利技术采用石墨和多壁碳纳米管作为过渡层材料，利用石墨和多壁碳纳米管具有层状结构，其层间存在作用力较弱的范德华力，容易发生层间滑移，进而可以改善硅锗之间存在4.18％的晶格失配，可以减少形成硅锗外延层的缺陷。
[0024]3、本专利技术进一步将多壁碳纳米管的管径控制为10～20nm、长度控制为5～15μm，进一步提高了形成硅锗外延层的质量和均匀度。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本专利技术保护的范围。
[0026]实施例1
[0027]S1、将硅基衬底经过RCA清洗后用氮气吹干，置于磁控溅射系统主溅射室中，将真空抽到2
×
10
‑5Pa，通入氩气，在溅射气压为0.5Pa、溅射温度为650℃时，以1.2nm/min的速率溅射60min的过渡材料，得到覆有过渡层衬底，过渡材料为石墨；
[0028]S2、将得到的覆有过渡层衬底在氮气保护下700℃进行预退火后，将室腔内压力调节至5torr，在750℃下进行30s的第一选择性外延成长，在450℃下进行100s的第二选择性外延成长，在200℃下进行700s的第三选择性外延成长，得到硅锗外延层，第一选择性外延成长、第二选择性外延成长、第三选择性外延成长中硅甲烷的流量为135sccm、锗烷的流量为250sccm、氯化氢气体的流量为120sccm。
[0029]实施例2
[0030]S1、将硅基衬底经过RCA清洗后用氮气吹干，置于磁控溅射系统主溅射室中，将真空抽到2
×
10
‑5Pa，通入氩气，在溅射气压为0.5Pa、溅射温度为650℃时，以1.2nm/min的速率
溅射60min的过渡材料，得到覆有过渡层衬底，过渡材料为多壁碳纳米管，多壁碳纳米管的管径为10～20nm、长度为5～15μm；
[0031]S2、与实施例1中S2相同。
[0032]实施例3
[0033]S1、将硅基衬底经过RCA清洗后用氮气吹干，置于磁控溅射系统主溅射室中，将真空抽到2
×
10
‑5Pa，通入氩气，在溅射气压为0.5Pa、溅射温度为650℃时，以1.2nm/min的速率溅射60min的过渡材料，得到覆有过渡层衬底，过渡材料由质量比为3:1的石墨和多壁碳纳米管组成，多壁碳纳米管的管径为10～20nm、长度为5～15μm；
[0034]S2、与实施例1中S2相同。
[0035]实施例4
[0036]S1、与实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形成硅锗外延层的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将衬底清洗，吹干后，溅射过渡层，得到覆有过渡层衬底；S2、将所述过渡层衬底首先在700～800℃下进行第一选择性外延成长工艺，在450～500℃下进行第二选择性外延成长工艺，最后在150～200℃下进行第三选择性外延成长工艺；所述S1中过渡层的材料由石墨和/或碳纳米管组成。2.根据权利要求1所述的一种形成硅锗外延层的方法，其特征在于，所述S1中过渡层的材料由石墨和碳纳米管组成。3.根据权利要求1或2所述的一种形成硅锗外延层的方法，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。4.根据权利要求2所述的一种形成硅锗外延层的方法，其特征在于，所述石墨和碳纳米管的质量比为3:1。5.根据权利要求1所述的一种形成硅锗外延层的方法，其特征在于，所述溅射气压为0.5Pa，溅射温度为650℃，溅射速率为1.2nm/min，溅射时间为60min。6.根据权利要求1所述的一种形成硅锗外延层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东明，
申请(专利权)人：河北百展科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：