[发明专利]选区GeSn层及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体薄膜制造领域，具体涉及一种选区GeSn层及其形成方法。

背景技术

随着微电子技术的发展，器件尺寸的不断缩小，Si材料较低的迁移率已成为制约器件性能的主要因素。为了不断提升器件的性能，必须采用更高迁移率的沟道材料。目前研究的主要技术方案为：采用Ge材料做PMOSFET器件的沟道材料，III-V化合物半导体材料为NMOSFET器件的沟道材料。Ge具有四倍于Si的空穴迁移率，随着研究的不断深入，Ge沟道MOSFET中的技术难点逐一被攻克。与Ge相兼容的Ge_1－xSn_x合金（GeSn）是一种IV族半导体材料，具有良好的电学特性。首先，应变GeSn材料具有比Ge更高的空穴迁移率，具有应用于PMOSFET器件沟道的前景；其次，当以Ge材料为沟道时，在源漏中填充GeSn合金，可以在Ge沟道中引入单轴压应变，大幅度提升Ge沟道的性能，当沟道长度在纳米尺度时，其性能提升尤为明显；第三，理论计算结果表明，当x>0.11时，应变Ge_1－xSn_x合金将成为一种直接带隙的半导体，这使得GeSn合金逐渐成为Si基集成光电子学中的一个新的研究热点。并且，GeSn合金与硅的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺具有良好的兼容性。

在生长GeSn材料时，通常采用的方法为分子束外延（MBE）。其中，现有的MBE工艺生长GeSn材料的过程为：将Sn固体金属作为Sn源材料置入真空腔的Sn固体源炉中；将衬底置入分子束外延源炉的真空腔的加热器上，对真空腔抽真空，对衬底加热；对Sn固体金属加热，使Sn固体金属熔化，蒸发产生Sn的原子，打开挡板，使Sn原子到达衬底表面；向分子束外延源炉的真空腔内通入含有Ge的化合物气体，使Ge原子淀积到衬底表面，完成GeSn合金的外延生长。该方法可得到晶体质量较好的GeSn薄膜，但设备昂贵，生长过程较为费时，成本高，在大规模生产中将受到一定限制。

也有人采用化学气相淀积（CVD）工艺生长GeSn薄膜，但工艺不稳定，制得的GeSn薄膜质量较差，热稳定性不佳，Sn易分凝，成本也较高。

发明内容

本发明的目的在于至少解决上述技术缺陷之一，特别是提供一种简单易行且成本低的选区GeSn层及其形成方法。

为实现上述目的，本发明第一方面实施例的选区GeSn层的形成方法可以包括以下步骤：提供顶部具有Ge层的衬底；在所述Ge层表面形成掩膜，并在所述掩膜上形成开口；向所述Ge层表层注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，以在开口位置形成GeSn层。

根据本发明实施例的选区GeSn层的形成方法可以得到厚度较薄、质量较好的GeSn层，具有简单易行、成本低的优点。

在本发明的一个实施例中，所述注入的方法包括离子注入。

在本发明的一个实施例中，所述离子注入包括等离子体源离子注入和等离子体浸没离子注入。

在本发明的一个实施例中，所述注入的方法包括磁控溅射。

在本发明的一个实施例中，在利用所述磁控溅射注入的过程中，在所述衬底上加载负偏压。

在本发明的一个实施例中，还包括，去除所述磁控溅射在所述GeSn层之上形成的Sn薄膜。

在本发明的一个实施例中，利用对GeSn和Sn具有高腐蚀选择比的溶液清洗以去除所述Sn薄膜。

在本发明的一个实施例中，所述注入的过程中对所述衬底加热，加热温度为100-600℃。

在本发明的一个实施例中，还包括，在所述注入之后，对所述GeSn层退火，退火温度为100-600℃。

在本发明的一个实施例中，所述GeSn层为应变GeSn层。

在本发明的一个实施例中，所述应变GeSn层的厚度为0.5-100nm。

在本发明的一个实施例中，所述应变GeSn层中Sn的原子百分含量小于20%。

在本发明的一个实施例中，所述顶部具有Ge层的衬底包括：纯Ge衬底、绝缘体上Ge衬底、具有Ge表面的Si衬底。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例的选区GeSn层，采用上文公开的方法形成。

本发明实施例的选区GeSn层具有厚度较薄、质量较好、成本较低的优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明