[发明专利]InGaAs材料、基于InGaAs材料作为沟道的MOS器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种InGaAs材料、基于InGaAs材料作为沟道的MOS器件及其制备方法。该方法包括：选取Si衬底；生长第一Ge籽晶层；生长第二Ge主体层；加热整个衬底，并利用激光工艺对整个衬底进行晶化，激光工艺参数：波长为808nm，光斑尺寸10mm×1mm，功率为1.5kW/cm²，移动速度为25mm/s；冷却后在Ge/Si虚衬底材料上生长InGaAs材料。本发明采用激光再晶化(Laser Re‑Crystallization，简称LRC)工艺可有效降低Ge/Si虚衬底的位错密度，提高后续生长的InGaAs材料质量。同时，激光再晶化工艺时间短、热预算低，可提升Si衬底上制备InGaAs材料整个工艺的效率。另外，InGaAs材料作为沟道的NMOS器件、InGaAs作为N沟道，Ge及应变GeSn作为P沟道的CMOS器件具有很高的电子和空穴迁移率，可显著提升晶体管的速度与频率特性，并降低电路整体的功耗。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种InGaAs材料、基于InGaAs材料作为沟道的MOS器件及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的发展，新的材料不断涌现和应用。Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，如InGaAs半导体，具有很多优点因而在现代电子学与光电子学方面具有非常大的应用价值：

（1）InGaAs的电子迁移率很高，目前国际上采用InGaAs沟道的NMOS器件的沟道迁移率（6000cm²/Vs）是Si-NMOS的10倍，并且最大饱和电流要比相同结构尺寸的Si-NMOS器件高2~3倍；

（2）InGaAs材料结合了GaAs的低漏电特性和InAs的高载流子传输特性，适宜作导电沟道；

（3）InGaAs随In的组分不同，其光谱响应的截至波长可在0.87—3.5μm范围内变化，量子效率高，抗辐照特性好，可作为短波红外探测材料；

（4）InGaAs材料稳定性好，可以利用多种先进的材料制备技术如液相外延（LPE）、气相外延（VPE）、金属有机化学气相淀积（MOCVD）、分子束外延（MBE）等制备。

为了制备高质量InGaAs，我们首先要找到合适的衬底。目前多数研究中使用的衬底为GaAs或InP，目的是缩小晶格失配。但这些衬底材料成本较高，不利于大量生产。Si单晶成本低廉，且机械强度和热性质好，因而适宜选作为衬底。但由于InGaAs与Si晶格失配大，将无法获得高质量的InGaAs。Ge虽与InGaAs的晶格失配相对较小，但与Si衬底相比，Ge衬底偏贵，且机械性能和热稳定性差。

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InGaAs材料、基于InGaAs材料作为沟道的MOS器件及其制备方法。

具体地，本发明一个实施例提出的一种基于Ge/Si衬底的InGaAs薄膜材料的制备方法法，包括：

S101、选取单晶Si衬底；

S102、在275°C~325°C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°C~600°C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；

S104、利用CVD工艺在所述第二Ge主体层表面上淀积150nm SiO₂层；

S105、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；