[发明专利]基于Si衬底的应变Ge1‑xSnx薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种基于Si衬底的应变Ge_1-xSn_x薄膜材料及其制备方法。

背景技术

“摩尔定律”提出至今，硅基微电子器件的特征尺寸已接近物理极限。为了延续“摩尔定律”，新技术、新材料不断涌现。如应变技术、高K栅介质、鳍栅结构等。其中，沟道采用高迁移率材料如应变锗锡(Ge_1-xSn_x)合金也是研究发展的重要方向。

近年来，应变锗锡(Ge_1-xSn_x)合金由于具有较大的电子和空穴迁移率而成为新的研究热点，其中，空穴迁移率已经可以达到845cm²V^-1s^-1，可用作MOS沟道材料。利用应变Ge_1-xSn_x合金这种高迁移率材料，有可能实现与硅基工艺兼容的高性能、低功耗半导体集成电路。此外，应变Ge_1-xSn_x合金还可增大MOSFET的开关速度，在快速光通信中潜力巨大。

为了制备高质量应变Ge_1-xSn_x薄膜，我们首先要找到合适的衬底。采用Ge衬底虽然可以制备高质量应变Ge_1-xSn_x薄膜，但与Si衬底相比，Ge衬底偏贵，其机械强度和热性质也偏差。而采用Si衬底直接制备应变Ge_1-xSn_x薄膜，虽与Si工艺兼容，但由于二者晶格失配大，将无法获得高质量的应变Ge_1-xSn_x薄膜。

发明内容

因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种基于Si衬底的应变Ge_1-xSn_x薄膜材料及其制备方法。

具体地，本发明一个实施例提出的一种基于Si衬底的应变Ge_1-xSn_x薄膜材料的制备方法法，包括：

S101、选取单晶Si衬底；

S102、在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述单晶Si衬底上生长40～50nm的第一Ge籽晶层；

S103、在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在所述第一Ge籽晶层表面生长150～250nm的第二Ge主体层；

S103、利用CVD工艺在所述第二Ge主体层表面上淀积150nm SiO₂层；

S104、将包括所述单晶Si衬底、所述第一Ge籽晶层、所述第二Ge主体层及所述SiO₂层的整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化所述整个衬底材料，其中，激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm²，激光移动速度为25mm/s；

S105、自然冷却所述整个衬底材料；

S106、利用干法刻蚀工艺刻蚀所述SiO₂层，形成Ge/Si虚衬底材料；

S107、在350℃温度下，在所述Ge/Si虚衬底材料表面利用减压CVD工艺生长50～100nm的应变Ge_1-xSn_x材料，以形成基于Si衬底的应变Ge_1-xSn_x薄膜材料。

本发明另一个实施例提出的一种基于Si衬底的应变Ge_1-xSn_x薄膜材料，其特征在于，包括：单晶Si衬底、第一Ge籽晶层、第二Ge主体层及应变Ge_1-xSn_x层；其中，所述应变Ge_1-xSn_x薄膜材料由上述实施例所述的方法制备形成。

本发明另一个实施例提出的一种基于Si衬底的应变Ge_1-xSn_x薄膜材料的制备方法，包括：

选取Si衬底；

在第一温度下，所述Ge衬底表面生长第一Ge籽晶层；

在第二温度下，在所述第一Ge籽晶层表面生长第二Ge主体层；