盖层厚度为10nm。
[0060]步骤三)锗浓缩:将样品置于1000°C氧气环境中高温氧化1min再置于1000°C的氮气环境中高温退火40min ;重复所述高温氧化和高温退火步骤至锗硅合金薄膜中锗组分为0.5-0.6 ;然后将样品置于700°C氧气环境中中温氧化lOmin，再置于700°C氮气环境中中温退火40min，重复所述中温氧化和中温退火步骤至所述锗硅合金薄膜中锗组分为I ;最终形成自下而上依次包含有硅衬底、埋层Si02、N型掺杂锗薄膜和由氧化生成的S12层的结构。
[0061]通过锗浓缩的方式，最终可以形成如图1所示的多层结构，其中锗薄膜的厚度为20nm，N型掺杂浓度为5xl018cm_3。相比于原位掺杂的掺杂浓度为1.0xl018cm_3的N型掺杂锗硅合金薄膜，通过本实施例可以将掺杂浓度提高到5X1018cm_3，提高了 5倍，极大地提高了绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料的N型掺杂浓度。
[0062]实施例7
[0063]如图2所示的一种绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料的制作方法，包括如下步骤:
[0064]步骤一)放置材料:放入SOI衬底，所述SOI衬底自下而上依次为硅衬底、埋层S1JP顶层硅；所述顶层硅为N型掺杂硅；所述N型掺杂硅是通过离子注入的方式得到，掺杂元素为锑元素，所述锑元素的注入浓度为118CnT3;所述埋层S1 2的厚度为400nm ;所述顶层娃厚度为60nm ；
[0065]步骤二)材料外延:在SOI衬底的顶层娃上依次外延锗娃合金薄膜及Si盖层；所述锗硅合金薄膜厚度为120nm，锗组分为0.25 ;所述锗硅合金薄膜为原位掺杂的N型掺杂锗硅合金薄膜；所述N型掺杂锗硅合金薄膜掺杂元素为锑元素，其掺杂浓度为1018cm_3;所述Si盖层厚度为1nm00
[0066]步骤三)锗浓缩:将样品置于1000°C氧气环境中高温氧化20min再置于1200°C的氮气环境中高温退火SOmin ;重复所述高温氧化和高温退火步骤至所述锗硅合金薄膜中锗组分为0.5-0.6 ;然后将样品置于900°C氧气环境中中温氧化40min，再置于900°C氮气环境中中温退火80min，重复所述中温氧化和中温退火步骤至所述锗硅合金薄膜中锗组分为I ;最终形成自下而上依次包含有硅衬底、埋层Si02、N型掺杂锗薄膜和由氧化生成的S1Jl的多层结构。通过锗浓缩的方式，最终可以形成如图1所示的多层结构，其中锗薄膜的厚度为30nm，N型掺杂浓度为6xl018cnT3。相比于原位掺杂的掺杂浓度为1.0xl018cnT3的N型掺杂锗硅合金薄膜，通过本实施例可以将掺杂浓度提高到6X1018cm_3，提高了 6倍，极大地提高了绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料的N型掺杂浓度。
[0067]本发明在锗浓缩的过程中，表面的Si盖层首先与氧气反应生成了 S12，它起到了保护锗硅薄膜中锗原子的作用，即避免了锗硅薄膜中的锗原子直接与氧气接触生成容易挥发的GeO和GeO2物质；由于锗娃的氧化具有选择性氧化Si形成S12，而Ge不被氧化，向SOI衬底的埋层Si022扩散的特点，最终锗硅层以及顶层Si中的Si原子被氧化耗尽，形成S1Jl 4，锗硅层中的锗原子被留下来形成了一层纯Ge层，与此同时，由于杂质原子处在埋层Si022与由氧化生成的S1Jl 4之间，不被氧化，也不会扩散到S1 2之外的区域，因此杂质原子也留在了锗层中，形成了具有较高掺杂浓度的N型掺杂Ge薄膜。
[0068]本发明通过在顶层硅或SiGe合金薄膜中掺入杂质原子，然后再进行锗浓缩，一方面提高了最终形成的锗薄膜中的N型掺杂浓度，另一方面，长时间的氧化退火过程及时地修复了由于离子注入或者外延生长过程中带来的晶体损伤，使得制备得到的N型掺杂锗具有更高的晶体质量；同时高温退火也提高了锗薄膜中载流子的激活率。
[0069]以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料，其特征在于，所述绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料的结构自下而上依次为硅衬底、阻止N型杂质原子向硅衬底扩散的埋层Si02、N型掺杂锗薄膜和由氧化生成的S1Jl，所述埋层S1 2的厚度多200nm，所述N型掺杂锗薄膜的厚度为彡30nm，所述N型掺杂锗薄膜中掺杂元素的浓度彡1017cm_3。
2.如权利要求1所述的绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料，其特征在于，所述N型掺杂锗薄膜中掺杂元素为磷元素、砷元素或锑元素。
3.如权利要求1所述的绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料，其特征在于，所述埋层S12的厚度为400nm，所述N型惨杂错薄I旲的厚度为20nm ;所述N型惨杂错薄I旲中惨杂兀素为憐元素，所述掺杂元素的浓度为2.2X102°cm_3。
4.一种绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一)放置材料:放入SOI衬底，所述SOI衬底自下而上依次为硅衬底、埋层S1jP顶层硅；所述顶层硅为N型掺杂硅或本征硅；所述N型掺杂硅是通过离子注入的方式得到，掺杂元素为磷元素、砷元素或铺元素； 步骤二)材料外延:在SOI衬底的顶层硅上依次外延锗硅合金薄膜及Si盖层；若所述顶层硅为N型掺杂硅，则所述锗硅合金薄膜为本征锗硅合金薄膜或N型掺杂锗硅合金薄膜；若所述顶层硅为本征硅，则所述锗硅合金薄膜为N型掺杂锗硅合金薄膜；所述N型掺杂锗硅合金薄膜掺杂元素为磷元素、砷元素或锑元素； 步骤三)锗浓缩:将样品置于1000°C -1200°C的氧气环境中高温氧化10-40min再置于1000°C -1200°C的氮气环境中高温退火40-80min ;重复所述高温氧化和高温退火步骤至所述锗硅合金薄膜中锗组分为0.5-0.6 ;然后将样品置于700°C -900°C氧气环境中中温氧化10-40min，再置于700°C _900°C氮气环境中中温退火40_80min，重复所述中温氧化和中温退火步骤至所述锗硅合金薄膜中锗组分为I ;最终形成自下而上依次包含有硅衬底、埋层Si02、N型掺杂锗薄膜和由氧化生成的S1Jl的多层结构，即绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料。
5.如权利要求4所述的绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料的制作方法，其特征在于，所述埋层S12的厚度彡200nm。
6.如权利要求4所述的绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料的制作方法，其特征在于，所述顶层娃厚度为5-60nmo
7.如权利要求4所述的绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料的制作方法，其特征在于，所述Si盖层厚度为< 1nm0
【专利摘要】本发明公开了一种绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料及其制作方法，制作方法包括：步骤一)放置材料、步骤二)材料外延、步骤三)锗浓缩。制得的绝缘层上高浓度N型掺杂薄锗材料的结构自下而上依次为硅衬底、阻止N型杂质原子向硅衬底扩散的埋层SiO2、N型掺杂锗薄膜和SiO2层，所述埋层SiO2的厚度≥200nm，N型掺杂锗薄膜的厚度为≤30nm；N型掺杂锗薄膜中掺杂元素为磷元素、砷元素或锑元素，掺杂元素的浓度≥1017cm-3。本发明通过在顶层硅或锗硅合金薄膜中掺入杂质原子，然后再进行锗浓缩，一方面提高了锗中的N型掺杂浓度，另一方面，长时间的氧化退火过程及时地修复了离子注入或者外延生长过程中带来的晶体缺陷，制备得到的N型掺杂锗具有更高的晶体质量。
【IPC分类】H01L21-22, H01L21-324, H01L29-36
【公开号】CN104701360
【申请号】CN201510115322
【发明人】黄诗浩, 陈佳新, 谢文明, 林抒毅, 聂明星, 邵明, 林承华, 蒋新华
【申请人】福建工程学院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月17日