[发明专利]半导体硅锗薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体薄膜，尤其涉及一种半导体硅锗薄膜，该半导体薄膜可应用于光电微机械电子系统领域中。

背景技术

硅和锗是电子传输器件中常用的两种半导体材料。由硅和锗两种材料构成的硅锗合金薄膜作为先进的硅系统材料，受到越来越广泛的应用。硅锗合金薄膜材料主要用来提高半导体器件中的电子和空穴迁移率，例如金属氧化物场效应管(Metal,Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)，调制掺杂场效应管(Modulation Doped Field Effect Transistor,MODFET)和掺杂沟道场效应管(Doped Channel Field Effect Transistor,DCFET)等。另外，硅锗薄膜异质结构也被用于量子效应器件中，例如共振隧道二极管(Resonant Tunneling Diode,RTD)，它非常有希望成为下一代高速硅系统器件。

把硅锗半导体薄膜材料应用于光电微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)领域有着巨大的需求，但是关于这方面的报道却很少。通过控制硅锗合金薄膜的成分可以控制它的某些性能，比如电学性能、机械性能以及光学性能等，这些性能对于光电MEMS来讲是非常重要的方面。为了更好的发挥MEMS光学方面的性能，制备高质量的硅锗薄膜以及了解它们的机械性能是非常有必要的。

现有的硅锗合金薄膜广泛采用电沉积、化学气相沉积、磁控溅射沉积技术和离子束沉积(Ion Beam Deposition，IBD)技术来进行制备，

电沉积的文献可以参考专利号为ZL201010301123.0的中国发明专利《硅锗合金薄膜材料的制备方法》(授权公告号为CN101880901B)。

化学气相沉积的文献可以参考申请号为201410581435.X的中国发明专利申请公开《掺氧非晶硅锗薄膜、异质结晶体硅太阳能电池及制备方法》(申请公布号CN104393121A)。

磁控溅射沉积技术和离子束沉积都存在一定的局限性，主要体现在磁控溅射沉积技术会刻蚀跑道以及靶材表面容易产生中毒现象。而离子束沉积技术通过倾斜方式发射离子束，会降低靶材的使用寿命；逸出的离子束会对腔室材料形成溅射，污染所需要的硅锗薄膜；速率较低，对较厚的硅锗薄膜材料沉积困难。

光电MEMS要求相应的半导体薄膜材料具有优良的物理特性，而材料成分的不同深刻的影响着薄膜的各项性能。如何精确的控制薄膜的成分以及获得优异的物理性能是沉积半导体薄膜的关键技术。

文献1“Fabrication of silicon/germanium superlattice by ion beam sputtering,Vacuum,Vol.66,DEC 2011,p457-462.”公开了一种利用离子束沉积方法在硅基底上生长半导体硅锗薄膜的方法，沉积了300nm厚度的硅锗双分层薄膜，从给出的原子力显微镜三维图形中看出，它的粗糙度为1.08nm。

文献2“Structural and electrical studies of ultrathin layers with Si0.7Ge0.3nanocrystals confined in a SiGe/SiO2superlattice,Journal of Applied Physics,Vol.111,OCT2012,p.104323-1--104323-4.”公开了一种利用射频磁控溅射沉积技术制备硅锗薄膜的方法，该方法利用共溅的方式，制备了较薄的硅锗薄膜，获得了较好的结构和电学特性，但是这一方式难以对薄膜的成分进行精确控制，同时靶材的利用率也不高，降低了靶材的寿命，不利于大规模推广应用。

磁控溅射沉积技术由于采用了环状磁场，会迫使二次电子跳栏式的沿着环状磁场转圈。相应的，环状磁场控制的区域是等离子体密度最高的部位，这样会在靶材上面溅射出一条环状的沟槽，造成刻蚀跑道的情况，沟槽一旦穿过靶材，就会使得整块靶材报废，因此会导致靶材的利用率不高，而磁控溅射沉积技术所采用的等离子体由于不稳定，会造成靶材表面的不均匀刻蚀，产生中毒现象，中毒区域溅射不可避免导致成膜掺杂，这样会降低所制备的薄膜的纯度。