[实用新型]一种绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料结构

说明书

技术领域

本实用新型属于材料领域，尤其涉及一种绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料结构。

背景技术

锗材料具有比硅材料更高的载流子迁移率，并且在光通信波段(1.55μm)有较高的吸收系数，是制备高性能微电子及光电子器件的理想材料之一；同时，由于锗材料的制备工艺与成熟的硅CMOS工艺相兼容，因此锗器件在硅基光电集成方面的应用具有成本上的优势。

绝缘层上锗材料(GOI)具有体锗材料无法比拟的优点：一方面，GOI材料的制备技术是在顶层锗和硅衬底层之间引入了一层埋层氧化层，相比于体锗材料，它更不容易脆裂；另一方面，埋层氧化层的引入可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除CMOS电路中的寄生闩锁效应；同时，采用GOI材料制备的集成电路还具有寄生电容小、速度快、工艺简单及短沟道效应小等优势。

在GOI器件的制造工艺中，对锗层进行N型掺杂是一道十分重要的工艺。通过提高绝缘层上锗材料的N型掺杂浓度不仅可以解决目前Ge的N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)源-漏极接触电阻高的问题，进而提高Ge的N型MOSFET的性能；而且在光电子器件制备方面也大有裨益：一方面，有利于制备高性能的Ge PIN光电探测器，另一方面，高浓度的N型掺杂填充了Ge材料的间接带隙，有利于提高Ge材料的直接带发光效率，进而制备具有高效发光性能的Ge激光器件。

目前在顶层Ge薄膜中进行N型掺杂主要有以下几种方法：一是通过原位掺杂的方法，即在外延锗薄膜的过程中，掺入N型杂质原子，可以得到约为2x10¹⁹cm^-3的N型掺杂浓度，但是该方法得到的材料其表面粗糙，杂质激活度低，晶体质量差，不利于器件性能的提高；二是通过离子注入的方法提高N型掺杂浓度，但是通过离子注入到体锗材料损伤了锗的晶格完整性，而这种损伤很难通过后续的退火工艺完全修复，并且该方法还存在杂质扩散快，杂质损耗问题严重等缺点；三是采用气体浸入激光掺杂技术可以在GOI材料上掺杂n型浓度为1x10²⁰cm^-3的杂质，气体浸入激光掺杂技术的缺点是：集成工艺复杂，技术尚不成熟，设备昂贵，制备成本较高。

因此，提供一种绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料结构，在微电子及光电子领域中的应用实属必要。

实用新型内容

为克服上述问题本实用新型提供了一种绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料结构。本实用新型的绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料结构使得N型掺杂锗具有更高的晶体质量，也提高了锗薄膜中载流子的激活率。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料结构，所述绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料结构自下而上依次为硅衬底层、阻止N型杂质原子向硅衬底层扩散的SiO₂埋层、N型掺杂锗薄膜层和由Si氧化生成的SiO₂层，所述SiO₂埋层的厚度≥200nm，N型掺杂锗薄膜层的厚度为≤30nm。

进一步的改进，所述N型掺杂锗薄膜层中掺杂元素为磷元素、砷元素或锑元素，所述掺杂元素的浓度≥10¹⁷cm^-3。

进一步的改进，所述SiO₂埋层的厚度为400nm，N型掺杂锗薄膜层的厚度为20nm；所述N型掺杂锗薄膜层中掺杂元素为磷元素、砷元素或锑元素，所述掺杂元素的浓度为2.2×10²⁰cm^-3。

本实用新型的绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料结构使得N型掺杂锗具有更高的晶体质量，也提高了锗薄膜中载流子的激活率。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1本实用新型绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料结构结构示意图。

其中1.硅衬底层；2.SiO₂埋层；3.N型掺杂锗薄膜层；4.由Si氧化生成的SiO₂层。

具体实施方式：

实施例1