[发明专利]一种基于离子注入与退火方法的选区锗铅合金的制备方法

说明书

本发明提供了一种基于离子注入与退火方法的选区锗铅合金的制备方法。包括如下步骤：在衬底表面沉积基底介质层；在基底介质层中刻蚀开孔，露出所述衬底表面的外延生长区域；在所述外延生长区域内外延生长锗单晶层；采用离子注入方法在所述锗单晶层中注入铅离子；以及对注入有铅离子的锗单晶层进行退火，形成锗铅合金。根据本申请，在Ge外延层中注入Pb离子，可以有效调整Pd的含量，这为硅基光源的实现提供了新的材料选择；此外，所述GePb合金的制备方法是采用与CMOS完全兼容的离子注入方法引入Pb元素，结合退火，实现特定区域的GePb合金的制备，不仅工艺简单，而且与CMOS工艺的兼容性较好，有利于GePb合金在硅基器件中的应用。

技术领域

本发明属于半导体材料领域，具体涉及一种基于离子注入与退火方法的选区锗铅合金的制备方法。

背景技术

基于Si衬底或SOI衬底的Ge探测器在通讯及传感领域获得了广泛的应用。然而，Ge材料在波长大于1.55μm时，吸收系数急剧下降，这使得Ge探测器无法满足短波红外乃至中红外的应用。在Ge中引入Pb可以延伸其探测范围，随着Pb组分的增加，其探测范围可以延伸至中红外波段。但是由于Ge和Pb之间的固溶度极低，现有较少有报道相关制备工艺，而如何制备锗铅合金成为本领域研究的一个重要方向。

发明内容

本申请的发明人发现，在现有的一些项目中，研究人员探索了通过磁控溅射在Ge衬底上形成锗铅(GePb)合金的方法，然而这样的方法存在一定的局限性，例如：磁控溅射的方法与半导体技术中的标准CMOS工艺存在兼容性问题；此外，由于是在Ge衬底上形成GePb合金，与硅(Si)基的标准CMOS工艺也存在兼容性问题。可见，利用上述方法形成GePb合金，在与CMOS工艺兼容方面存在困难，进而，难以将GePb合金应用于探测器等器件的制备，也难以将GePb器件与硅基器件进行集成。

本发明的目的是提供一种基于离子注入与退火方法的选区锗铅合金的制备方法。该方法在Ge外延层中注入Pb离子，可以有效调整Pb的含量，且通过调整Pb的含量，所述GePb合金材料可实现间接带隙材料到直接带隙材料的转变，这为硅基光源的实现提供了新的材料选择。此外，所述GePb合金的制备方法是采用与CMOS完全兼容的离子注入方法引入Pb元素，结合激光退火，实现特定区域的GePb合金的制备，不仅工艺简单，而且与CMOS工艺的兼容性较好，有利于GePb合金在硅基器件中的应用。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种基于离子注入与退火方法的选区锗铅合金的制备方法，其包括如下步骤：

1)在衬底上沉积基底介质层，通过光刻刻蚀，在基底介质层上开孔，露出衬底表面的外延生长区域，对外延生长区域处裸露的衬底进行清洗，去除表面氧化层；

2)采用选择性外延方法在步骤1)的外延生长区域内外延生长锗单晶层；

3)采用离子注入方法于步骤2)的锗单晶层中注入铅离子；

4)对步骤3)的注入有铅离子的锗单晶层进行激光退火，制备得到锗铅合金材料。

根据本发明，步骤1)中，所述的衬底可以是单晶硅(Si)衬底或绝缘体上的硅(SOI)衬底等。所述衬底的厚度没有特别的限定，为本领域已知的常规作为衬底的厚度即可。

根据本发明，步骤1)中，所述的基底介质层可以是氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO₂)等介质，所述的基底介质层的厚度为200-1000nm(例如为200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm)。所述的沉积可以是采用等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)，也可以采用其他的可以实现基底介质层沉积的方法。所述沉积的工艺参数也为本领域常规的选择，例如操作温度为250℃，源气体为SiH₄和N₂O。