蓋層厚度為10nm。
[0060]步驟三)鍺濃縮:將樣品置于1000°C氧氣環(huán)境中高溫氧化1min再置于1000°C的氮氣環(huán)境中高溫退火40min ;重復所述高溫氧化和高溫退火步驟至鍺硅合金薄膜中鍺組分為0.5-0.6 ;然后將樣品置于700°C氧氣環(huán)境中中溫氧化lOmin，再置于700°C氮氣環(huán)境中中溫退火40min，重復所述中溫氧化和中溫退火步驟至所述鍺硅合金薄膜中鍺組分為I ;最終形成自下而上依次包含有硅襯底、埋層Si02、N型摻雜鍺薄膜和由氧化生成的S12層的結(jié)構(gòu)。
[0061]通過鍺濃縮的方式，最終可以形成如圖1所示的多層結(jié)構(gòu)，其中鍺薄膜的厚度為20nm，N型摻雜濃度為5xl018cm_3。相比于原位摻雜的摻雜濃度為1.0xl018cm_3的N型摻雜鍺硅合金薄膜，通過本實施例可以將摻雜濃度提高到5X1018cm_3，提高了 5倍，極大地提高了絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料的N型摻雜濃度。
[0062]實施例7
[0063]如圖2所示的一種絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料的制作方法，包括如下步驟:
[0064]步驟一)放置材料:放入SOI襯底，所述SOI襯底自下而上依次為硅襯底、埋層S1JP頂層硅；所述頂層硅為N型摻雜硅；所述N型摻雜硅是通過離子注入的方式得到，摻雜元素為銻元素，所述銻元素的注入濃度為118CnT3;所述埋層S1 2的厚度為400nm ;所述頂層娃厚度為60nm ；
[0065]步驟二)材料外延:在SOI襯底的頂層娃上依次外延鍺娃合金薄膜及Si蓋層；所述鍺硅合金薄膜厚度為120nm，鍺組分為0.25 ;所述鍺硅合金薄膜為原位摻雜的N型摻雜鍺硅合金薄膜；所述N型摻雜鍺硅合金薄膜摻雜元素為銻元素，其摻雜濃度為1018cm_3;所述Si蓋層厚度為1nm00
[0066]步驟三)鍺濃縮:將樣品置于1000°C氧氣環(huán)境中高溫氧化20min再置于1200°C的氮氣環(huán)境中高溫退火SOmin ;重復所述高溫氧化和高溫退火步驟至所述鍺硅合金薄膜中鍺組分為0.5-0.6 ;然后將樣品置于900°C氧氣環(huán)境中中溫氧化40min，再置于900°C氮氣環(huán)境中中溫退火80min，重復所述中溫氧化和中溫退火步驟至所述鍺硅合金薄膜中鍺組分為I ;最終形成自下而上依次包含有硅襯底、埋層Si02、N型摻雜鍺薄膜和由氧化生成的S1Jl的多層結(jié)構(gòu)。通過鍺濃縮的方式，最終可以形成如圖1所示的多層結(jié)構(gòu)，其中鍺薄膜的厚度為30nm，N型摻雜濃度為6xl018cnT3。相比于原位摻雜的摻雜濃度為1.0xl018cnT3的N型摻雜鍺硅合金薄膜，通過本實施例可以將摻雜濃度提高到6X1018cm_3，提高了 6倍，極大地提高了絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料的N型摻雜濃度。
[0067]本發(fā)明在鍺濃縮的過程中，表面的Si蓋層首先與氧氣反應生成了 S12，它起到了保護鍺硅薄膜中鍺原子的作用，即避免了鍺硅薄膜中的鍺原子直接與氧氣接觸生成容易揮發(fā)的GeO和GeO2物質(zhì)；由于鍺娃的氧化具有選擇性氧化Si形成S12，而Ge不被氧化，向SOI襯底的埋層Si022擴散的特點，最終鍺硅層以及頂層Si中的Si原子被氧化耗盡，形成S1Jl 4，鍺硅層中的鍺原子被留下來形成了一層純Ge層，與此同時，由于雜質(zhì)原子處在埋層Si022與由氧化生成的S1Jl 4之間，不被氧化，也不會擴散到S1 2之外的區(qū)域，因此雜質(zhì)原子也留在了鍺層中，形成了具有較高摻雜濃度的N型摻雜Ge薄膜。
[0068]本發(fā)明通過在頂層硅或SiGe合金薄膜中摻入雜質(zhì)原子，然后再進行鍺濃縮，一方面提高了最終形成的鍺薄膜中的N型摻雜濃度，另一方面，長時間的氧化退火過程及時地修復了由于離子注入或者外延生長過程中帶來的晶體損傷，使得制備得到的N型摻雜鍺具有更高的晶體質(zhì)量；同時高溫退火也提高了鍺薄膜中載流子的激活率。
[0069]以上所述實施例僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料，其特征在于，所述絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料的結(jié)構(gòu)自下而上依次為硅襯底、阻止N型雜質(zhì)原子向硅襯底擴散的埋層Si02、N型摻雜鍺薄膜和由氧化生成的S1Jl，所述埋層S1 2的厚度多200nm，所述N型摻雜鍺薄膜的厚度為彡30nm，所述N型摻雜鍺薄膜中摻雜元素的濃度彡1017cm_3。
2.如權(quán)利要求1所述的絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料，其特征在于，所述N型摻雜鍺薄膜中摻雜元素為磷元素、砷元素或銻元素。
3.如權(quán)利要求1所述的絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料，其特征在于，所述埋層S12的厚度為400nm，所述N型慘雜錯薄I旲的厚度為20nm ;所述N型慘雜錯薄I旲中慘雜兀素為憐元素，所述摻雜元素的濃度為2.2X102°cm_3。
4.一種絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料的制作方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一)放置材料:放入SOI襯底，所述SOI襯底自下而上依次為硅襯底、埋層S1jP頂層硅；所述頂層硅為N型摻雜硅或本征硅；所述N型摻雜硅是通過離子注入的方式得到，摻雜元素為磷元素、砷元素或鋪元素； 步驟二)材料外延:在SOI襯底的頂層硅上依次外延鍺硅合金薄膜及Si蓋層；若所述頂層硅為N型摻雜硅，則所述鍺硅合金薄膜為本征鍺硅合金薄膜或N型摻雜鍺硅合金薄膜；若所述頂層硅為本征硅，則所述鍺硅合金薄膜為N型摻雜鍺硅合金薄膜；所述N型摻雜鍺硅合金薄膜摻雜元素為磷元素、砷元素或銻元素； 步驟三)鍺濃縮:將樣品置于1000°C -1200°C的氧氣環(huán)境中高溫氧化10-40min再置于1000°C -1200°C的氮氣環(huán)境中高溫退火40-80min ;重復所述高溫氧化和高溫退火步驟至所述鍺硅合金薄膜中鍺組分為0.5-0.6 ;然后將樣品置于700°C -900°C氧氣環(huán)境中中溫氧化10-40min，再置于700°C _900°C氮氣環(huán)境中中溫退火40_80min，重復所述中溫氧化和中溫退火步驟至所述鍺硅合金薄膜中鍺組分為I ;最終形成自下而上依次包含有硅襯底、埋層Si02、N型摻雜鍺薄膜和由氧化生成的S1Jl的多層結(jié)構(gòu)，即絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料。
5.如權(quán)利要求4所述的絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料的制作方法，其特征在于，所述埋層S12的厚度彡200nm。
6.如權(quán)利要求4所述的絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料的制作方法，其特征在于，所述頂層娃厚度為5-60nmo
7.如權(quán)利要求4所述的絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料的制作方法，其特征在于，所述Si蓋層厚度為< 1nm0
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料及其制作方法，制作方法包括：步驟一)放置材料、步驟二)材料外延、步驟三)鍺濃縮。制得的絕緣層上高濃度N型摻雜薄鍺材料的結(jié)構(gòu)自下而上依次為硅襯底、阻止N型雜質(zhì)原子向硅襯底擴散的埋層SiO2、N型摻雜鍺薄膜和SiO2層，所述埋層SiO2的厚度≥200nm，N型摻雜鍺薄膜的厚度為≤30nm；N型摻雜鍺薄膜中摻雜元素為磷元素、砷元素或銻元素，摻雜元素的濃度≥1017cm-3。本發(fā)明通過在頂層硅或鍺硅合金薄膜中摻入雜質(zhì)原子，然后再進行鍺濃縮，一方面提高了鍺中的N型摻雜濃度，另一方面，長時間的氧化退火過程及時地修復了離子注入或者外延生長過程中帶來的晶體缺陷，制備得到的N型摻雜鍺具有更高的晶體質(zhì)量。
【IPC分類】H01L21-22, H01L21-324, H01L29-36
【公開號】CN104701360
【申請?zhí)枴緾N201510115322
【發(fā)明人】黃詩浩, 陳佳新, 謝文明, 林抒毅, 聶明星, 邵明, 林承華, 蔣新華
【申請人】福建工程學院
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月17日