本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種SiGeSn材料的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，SiGeSn材料在半導(dǎo)體領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在生長SiGeSn材料時，通常采用的方法為分子束外延(MBE)，現(xiàn)有的MBE工藝生長SiGeSn材料的過程為：先在襯底上外延生長一層SiGe緩沖層，再外延SiGeSn薄膜材料層。該方法可得到晶體質(zhì)量較好的SiGeSn薄膜材料層，但設(shè)備昂貴，生長過程較為費(fèi)時，成本高，在大規(guī)模生產(chǎn)中將受到一定限制。
也有人采用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝生長SiGeSn薄膜材料，但工藝不穩(wěn)定，值得的SiGeSn薄膜材料質(zhì)量較差，熱穩(wěn)定性不佳，Sn易分凝，成本也較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種SiGeSn材料及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中由于使用分子束外延工藝或化學(xué)氣相沉積工藝生長SiGeSn材料而存在的長過程較為費(fèi)時、成本高、質(zhì)量較差、熱穩(wěn)定性不佳、Sn易分凝等問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種SiGeSn材料的制備方法，至少包括以下步驟：
提供襯底，所述襯底包含SiGe層；
向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體；
將注入后的所述襯底進(jìn)行退火處理。
作為本發(fā)明的SiGeSn材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述襯底為SGOI襯底、表層為SiGe薄膜的Si襯底或Ge襯底。
作為本發(fā)明的SiGeSn材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述SiGe層中Ge的摩爾百分含量為15％～60％。
作為本發(fā)明的SiGeSn材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，在向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體之前，還包括向所述SiGe層內(nèi)注入C離子的步驟。
作為本發(fā)明的SiGeSn材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，在向所述SiGe層內(nèi)注入C離子的過程中，離子注入能量為10KeV～100KeV，離子注入劑量為1E14～1E17。
作為本發(fā)明的SiGeSn材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，在向所述SiGe層內(nèi)注入C離子之前，還包括對所述襯底進(jìn)行清洗的步驟。
作為本發(fā)明的SiGeSn材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，在向所述SiGe層內(nèi)注入C離子之后，向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體之前，還包括一對所述襯底進(jìn)行退火處理的步驟。
作為本發(fā)明的SiGeSn材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體之前對所述襯底進(jìn)行退火處理的過程在真空、N2或惰性氣體氛圍中進(jìn)行，退火溫度為500℃～1000℃，退火時間為1小時～3小時。
作為本發(fā)明的SiGeSn材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體的過程中，注入能量為10KeV～100KeV，注入劑量為1E14～1E17。
作為本發(fā)明的SiGeSn材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體之后對所述襯底進(jìn)行退火處理的過程在真空、N2或惰性氣體氛圍中進(jìn)行，退火溫度為500℃～1000℃，退火時間為1小時～3小時。
本發(fā)明還提供一種SiGeSn材料，所述SiGeSn材料通過上述方案中任一種制備方法制備而成。
本發(fā)明的一種SiGeSn材料及其制備方法的有益效果為：本發(fā)明的SiGeSn材料及其制備方法相較于現(xiàn)有技術(shù)具有成本低廉、工藝簡單、質(zhì)量更好、更利于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
附圖說明
圖1顯示為本發(fā)明的SiGeSn材料的制備方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
請參閱圖1。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
如圖1，本發(fā)明提供一種SiGeSn材料的制備方法，至少包括以下步驟：
S1：提供襯底，所述襯底包含SiGe層；
S2：向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體；
S3：將注入后的所述襯底進(jìn)行退火處理。
執(zhí)行步驟S1，請參閱圖1中的S1步驟，提供襯底，所述襯底包含SiGe層。
作為示例，所述襯底為以所述SiGe層為表面的襯底；具體的，所述襯底可以為絕緣體上SiGe襯底(SiGe-On-Insulator，SGOI)、表層為SiGe薄膜的Si襯底或Ge襯底。
作為示例，所述SiGe層中Ge含量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選定，優(yōu)選地，所述SiGe層中Ge的摩爾百分含量為1％～90％，更為優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述SiGe層中Ge的摩爾百分含量為15％～60％。
作為示例，在向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體之前，還包括向所述SiGe層內(nèi)注入C離子的步驟。在向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體之前向所述SiGe層內(nèi)注入C離子，由于C離子的原子序數(shù)與Si、Ge的原子序數(shù)相比較小，而后續(xù)注入Sn離子的原子序數(shù)比Si、Ge的原子序數(shù)均大，先注入原子序數(shù)小的離子，有利于原子序數(shù)較大的Sn離子注入退火后形成替代原子，提高SiGeSn的晶體質(zhì)量和SiGeSn材料中Sn的含量。
作為示例，在向所述SiGe層內(nèi)注入C離子的過程中，所述C離子注入的深度由C離子的注入能量所決定，所述C離子在所述SiGe層中形成的缺陷密度由C離子的注入劑量所決定，因此，在C離子注入的過程中控制適當(dāng)?shù)碾x子注入能量及離子注入劑量非常重要。優(yōu)選地，本實(shí)施例中，C離子的注入能量為10KeV～100KeV，C離子的注入劑量為1E14～1E17。
作為示例，在向所述SiGe層內(nèi)注入C離子之前，還包括對所述襯底進(jìn)行清洗的步驟。在C離子注入之前對所述襯底進(jìn)行清洗，可以有效地去除所述襯底表面的污染物，確保為制備工藝提供高純度的襯底，以便于在后續(xù)制備工藝中制備出高純度的SiGeSn材料。
作為示例，在對所述襯底進(jìn)行清洗的過程中，將所述襯底依次用丙酮、酒精及去離子水進(jìn)行清洗；使用丙酮及酒精對所述襯底進(jìn)行清洗，可以有效地去除所述襯底表面的有機(jī)污染物，之后使用去離子水對所述襯底進(jìn)行清洗，可以有效地去除所述襯底表面的無機(jī)污染物及所述襯底表面殘留的丙酮及酒精。
作為示例，在向所述SiGe層內(nèi)注入C離子之后，向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體之前，還包括一對所述襯底進(jìn)行退火處理的步驟。相較于在向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體之后對所述襯底進(jìn)行的退火處理，本次對所述襯底進(jìn)行的退火處理記為第一次退火處理。在向所述SiGe層內(nèi)注入C離子注入以后，C離子會對SiGe的晶格結(jié)構(gòu)造成破壞而在所述SiGe層內(nèi)形成缺陷結(jié)構(gòu)，在C離子注入以后對所述襯底進(jìn)行退火處理，退火工藝會使得所述SiGe層再結(jié)晶進(jìn)而消除C離 子注入所產(chǎn)生的缺陷，即退火工藝有利于C離子注入帶來的缺陷損傷的修復(fù)。
作為示例，所述第一退火處理的過程在真空、N2或惰性氣體氛圍中進(jìn)行，退火溫度為500℃～1000℃，退火時間為1小時～3小時。
執(zhí)行步驟S2，請參閱圖1中的S2步驟，向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體。
作為示例，當(dāng)需要形成比較厚的SiGeSn材料層時，可以注入含有Sn元素的離子或等離子體；離子和等離子體具有較高的能力，可以注入到較深的深度。當(dāng)需要形成較薄的SiGeSn材料層時，不僅注入含有Sn元素的離子或等離子體可以形成SiGeSn材料層，注入Sn原子或含有Sn元素的分子也可以形成SiGeSn材料層。
作為示例，注入的方法可以采用離子注入，即將具有一定能力的、含有Sn元素的離子束(包括Sn離子或含Sn元素的等離子體)入射到SiGe層中去，并停留在SiGe層中，使得SiGe層部分或完全轉(zhuǎn)換為SiGeSn合金。具體的，除了常規(guī)的離子注入外，本實(shí)施例中的離子注入還包括等離子體元離子注入及等離子體浸沒離子注入，即等離子體基離子注入。
作為示例，注入的方法可以采用磁控濺射。在磁控濺射時，Ar離子在電場作用下加速飛向陰極Sn靶或含Sn的靶材，并以高能量轟擊靶材表面，使靶材發(fā)生濺射；濺射的粒子主要是原子和少量離子。通過調(diào)整電場電壓，真空度等工藝參數(shù)，使濺射粒子具有較高的能領(lǐng)，并以較高的速度攝像SiGe層，部分粒子可以注入到SiGe層中并形成亞穩(wěn)態(tài)的SiGeSn合金。
作為示例，向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體的過程中，所述粒子注入的深度粒子的注入能量所決定，粒子注入劑量可以調(diào)整Sn元素在SiGe層中的擴(kuò)散，因此，在含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體注入的過程中控制適當(dāng)?shù)牧Ｗ幼⑷肽芰考傲Ｗ幼⑷雱┝糠浅Ｖ匾?。?yōu)選地，本實(shí)施例中，粒子的注入能量為10KeV～100KeV，粒子的注入劑量為1E14～1E17。
執(zhí)行步驟S3，請參閱圖1中的S3步驟，將注入后的所述襯底進(jìn)行退火處理。
作為示例，本次對所述襯底進(jìn)行的退火處理相較于上述的第一次退火處理記為第二次退火處理。向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體之后對所述襯底進(jìn)行退火處理，即可以促進(jìn)所述SiGeSn材料的生成，又利于修復(fù)注入對所述襯底帶來的損傷。
作為示例，所述第二次退火處理的過程在真空、N2或惰性氣體氛圍中進(jìn)行，退火溫度為500℃～1000℃，退火時間為1小時～3小時。
本發(fā)明還提供一種SiGeSn材料，所述SiGeSn材料通過上述公開的任一種方法制備而成。
綜上所述，本發(fā)明提供一種SiGeSn材料及其制備方法，所述SiGeSn材料的制備方法至少包括以下步驟：提供襯底，所述襯底包含SiGe層；向所述SiGe層內(nèi)注入含有Sn元素的原 子、分子、離子或等離子體；將注入后的所述襯底進(jìn)行退火處理。
本發(fā)明的SiGeSn材料及其制備方法相較于現(xiàn)有技術(shù)具有成本低廉、工藝簡單、質(zhì)量更好、更利于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。