利用UHV/CVD低温生长SiGe材料的方法技术

一种利用ＵＨＶ／ＣＶＤ在衬底上低温生长ＳｉＧｅ材料的方法，其特征在于，生长材料的步骤如下：步骤１：取一衬底，清洗；步骤２：将清洗过的衬底高温除气；步骤３：将衬底传入生长室；步骤４：将衬底加热脱氧；步骤５：将衬底降温；步骤６：向生长室通入源气体和掺杂气体，在衬底上生长材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体晶体材料化学气相淀积技术领 域，尤其是。
技术介绍
随着微电子以及硅基光电子技术的发展，在SOI 或者S i衬底上外延Si以及S i Ge成了研究的热点和必 须攻克的技术。目前生长S i Ge材料的设备有固源分子 束外延系统(SSMBE)，气源分子束外延系统(GSMBE)， 超高真空化学气相淀积系统(UHV/CVD)等。SSMBE系统可以实现低温生长SiGe材料，生长温 度可以达到2 0 0 °C甚至更低。但是SSMBE设备需要 定期更换固源，导致生长室暴露在大气中，重新生长 就需要对设备进行烘烤。这样给设备维护带来了困难。 对于GSMBE系统，生长温度不可以太低， 一般都要在 高于5 Q Q °C的情况下生长。对于分子束外延设备， 生长室本底真空高，一般都可以达到1 0 —8Pa以上的真空度，生长的材料结晶质量好。而且用MBE可以实现 单原子层生长。但是MBE设备 一 般价格比较昂贵。UHV/CVD系统原理禾口 GSMBE类似，本底真空度也可 以达至Ul 0 — 7Pa以上，因此可以生长高质量的 SiGe/Si外延材料。但是UHV/CVD系统使用的是气体源， 而且生长过程中为了降低本底真空度， 一般用液氮冷 却。这样在气体通入到生长室以后就会有大量的源气 体被冷冻在内壁上，从而大大降低了生长过程中源气 体的压强。用冷壁UHV/CVD系统生长SiGe/Si材料， 温度 一 般为6 0 0 °C以上，如果温度太低，生长速度 太慢。高温生长SiGe/Si外延材料，会带来很多问题， 比如，界面之间的互扩散，表面的起伏或者形成量子 点。而且高温生长速度都比较大， 一 般为每分钟几个 纳米，这样就很难实现单原子层的外延生长。如果生 长像SiGe/Si量子级联结构这样材料，用普通的冷壁 UHV/CVD系统很难实现。我们在实验中发现，如果去掉液氮冷却，可以将 生长过程中生长室的压强提高1 0 0 0倍，达到1 0 -2 1 Q P a 。如果再将分子泵与生长室之间的板阀关 掉 一 部分的话，可以进 一 步提高生长室的压强。这样 可以实现5 0 0 。C以下生长SiGe/Si外延层，生长速度可以达到甚至超过1纳米每分钟。也可以在分子泵与生长室之间加一个旁抽管道，生长材料的时候将分子泵与生长室的板阀关掉，靠旁抽管道维持系统的真空通过调节旁抽管道的直径，可以调节生长材料时生长室的压强。这种低温生长模式可以实现单原子层外延生长。没有液氮冷却，并不影响系统的本底真空，所以可以生长出高质量的S i G e材料。在SiGe材料生长之前，需要在9 5 0 °C左右脱去 氧化层。为了保证在升温过程中，生长室的真空不会 太差，我们将片子传入生长室之前的除湿温度提高。 在我们的实验里面，除湿温度为4 0 Q °C ，这样在整 个升温的过程中，生长室的压强都维持在l 0 —7Pa以 下，与有液氮冷却的情况差不多。这样，在生长SiGe/Si 外延层时，既提高了源气体的压强，又没有影响系统 的本底真空。所以降低了 S i Ge / S i材料的生长温度， 可以更准确的控制材料生长速率和厚度，但是并没有 影响生长材料的质量。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，通过提高SiGe材料生 长过程生长室的压强来实现5 0 Q °C以下的低温生长 SiGe材料。低温生长SiGe，可以精确控制生长速度，实现单原子层外延。为了解决上述技术问题，本专利技术提供 一 种利用UHV/CVD在衬底上低温生长SiGe材料的方法，其特征 在于，生长材料的步骤如下步骤1 :取 一 衬底，清洗；步骤2 :将清洗过的衬底高温除气；步骤3 :将衬底传入生长室；步骤4 :将衬底加热脱氧；步骤5 :将衬底降温；步骤6 :向生长室通入源气体和掺杂气体，在衬底上生长材料。其中所述的衬底的材料为Si、 SiGe或SOI。其中所说的高温除气，除气温度高于4 0 0 °C 。其中所述的生长室的本底真空度高于1 Q —7Pa。其中所说的衬底加热脱氧，脱氧过程中生长室的 真空高于5 XI 0—5Pa。其中所说将衬底降温，降温的温度为5 0 Q °C以 下的低温。其中向生长室通入的源气体为Si2He或者Si^作为 Si源气体，通入的源气体为GeH4作为Ge源气体。其中所说的在衬底上生长材料时生长室的源气体压强高于1 0 —2Pa。其中在生长n型的SiGe材料时，向生长室通入PH 作为掺杂气体；在生长P型材料时，向生长室通入B2H 作为掺杂气体。附图说明为进步说明本专利技术的具体
技术实现思路
，以下结合实施例及图详细说明如后，其中图1为本专利技术的流程图2是在495。c下生长的SiGe材料的x光双晶衍射图图3是在475。C下生长的SiGe单层的x光双晶衍射图图4是在455。c启动下生长的SiGe单层的x光双晶衍射图具体实施例方式请参阅图1所不，本专利技术 一 种利用 UHV/CVD在衬底上低温生长S i Ge材料的方法，生长材料的步骤如下 步骤1 :取 一 衬底，清洗(步骤S 10 )，所述的衬 底的材料为S i 、 S i G e或S 0 I ;步骤2 :将清洗过的衬底高温除气(步骤S 20 )，所说的高温除气，除气温度高于4 Q 0 °C ;步骤3 :将衬底传入生长室(步骤S3 Q )，所述 的生长室的本底真空度高于l 0 —7Pa;步骤4 :将衬底加热脱氧(步骤S 4 0 )，所说的 衬底加热脱氧，脱氧过程中生长室的真空高于5 X 1 0，a;步骤5 :将衬底降温(步骤S 5 0 )，所说的将衬 底降温，降温的温度为5 0 0 °C以下的低温；步骤6:向生长室通入源气体和掺杂气体，在衬 底上生长材料(步骤S 6 Q )，所说的在衬底上生长材 料时生长室的源气体压强高于1 0 _2Pa 。所述的向生长室通入的源气体为S"Hs或者SiH4 作为Si源气体，通入的源气体为GeH,作为Ge源气体。本专利技术当生长n型的SiGe材料时，向生长室通入 PH:,作为掺杂气体；当生长p型材料时，向生长室通入 B2HS作为掺杂气体。实施例利用上述方法，利用超高真空化学淀积系统在衬 底温度为4 9 5°C、4 7 5°C、4 5 5。C下生长了 SiGe材料。结合参阅图1 ，生长步骤如下步骤1 :将衬底清洗干净，本实例中使用的是S i 衬底(步骤S 10 );步骤2 :将衬底高温除气12小时，本实例中除气温度4 0 Q °C 。经过实验验证，除气温度要达到4 0 0 °C 。当除气温度超高4 0 0 °C时，除气效果和4 0 0 °C相差不多，都能满足材料生长需要(步骤S 2 0 )。步骤3:将衬底传入生长室，生长室的本底真空为5 X 1 0 -8Pa (步骤S 3 0 )。步骤4 :将传入生长室的衬底高温脱氧，升温过 程缓慢，生长室的真空维持在1 Q —7Pa (步骤S 4 Q )。步骤5 :将脱氧完毕的衬底降温到5 Q 0 °C以下 的生长温度(步骤S 5 0 )。步骤6 :通入Si2HB和GeH^进行材料生长(步骤S 6 0 )。生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用ＵＨＶ／ＣＶＤ在衬底上低温生长ＳｉＧｅ材料的方法，其特征在于，生长材料的步骤如下：　步骤１：取一衬底，清洗；　步骤２：将清洗过的衬底高温除气；　步骤３：将衬底传入生长室；　步骤４：将衬底加热脱氧；　步骤５：将衬底降温；　步骤６：向生长室通入源气体和掺杂气体，在衬底上生长材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩根全，曾玉刚，余金中，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]