[发明专利]一种Si‑Ge‑Si异质Ge基固态等离子体PiN二极管的制备方法及其器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，特别涉及一种Si-Ge-Si异质Ge基固态等离子体PiN二极管的制备方法及其器件。

背景技术

目前，国内外应用于等离子可重构天线的PiN二极管采用的材料均为体硅材料，此材料存在本征区载流子迁移率较低问题，影响PiN二极管本征区载流子浓度，进而影响其固态等离子体浓度；并且该结构的P区与N区大多采用注入工艺形成，此方法要求注入剂量和能量较大，对设备要求高，且与现有工艺不兼容；而采用扩散工艺，虽结深较深，但同时P区与N区的面积较大，集成度低，掺杂浓度不均匀，影响PiN二极管的电学性能，导致固态等离子体浓度和分布的可控性差。

因此，选择何种材料及工艺来制作一种固态等离子体PiN二极管以应用于固态等离子天线就变得尤为重要。

发明内容

因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种异质Ge基固态等离子体PiN二极管的制备方法及其器件。

具体地，本发明实施例提出的一种Si-Ge-Si异质Ge基固态等离子体PiN二极管的制备方法，所述异质Ge基固态等离子体PiN二极管用于制作固态等离子天线，所述制备方法包括步骤：

(a)选取某一晶向的GeOI衬底，并在所述GeOI衬底内设置隔离区；

(b)刻蚀所述GeOI衬底形成P型沟槽和N型沟槽，所述P型沟槽和所述N型沟槽的深度小于所述GeOI衬底的顶层Ge的厚度；

(c)填充所述P型沟槽和所述N型沟槽，并采用离子注入工艺在所述P型沟槽和所述N型沟槽内形成P型有源区和N型有源区；以及

(d)在所述GeOI衬底上形成引线，以完成所述异质Ge基固态等离子体PiN二极管的制备。

在上述实施例的基础上，在所述GeOI衬底内设置隔离区，包括：

(a1)在所述GeOI衬底表面形成第一保护层；

(a2)利用光刻工艺在所述第一保护层上形成第一隔离区图形；

(a3)利用干法刻蚀工艺在所述第一隔离区图形的指定位置处刻蚀所述第一保护层及所述GeOI衬底以形成隔离槽，且所述隔离槽的深度大于等于所述GeOI衬底的顶层Ge的厚度；

(a4)填充所述隔离槽以形成所述异质Ge基固态等离子体PiN二极管的所述隔离区。

在上述实施例的基础上，所述第一保护层包括第一二氧化硅层和第一氮化硅层；相应地，步骤(a1)包括：

(a11)在所述GeOI衬底表面生成二氧化硅以形成第一二氧化硅层；

(a12)在所述第一二氧化硅层表面生成氮化硅以形成第一氮化硅层。

在上述实施例的基础上，步骤(b)包括：

(b1)在所述GeOI衬底表面形成第二保护层；

(b2)利用光刻工艺在所述第二保护层上形成第二隔离区图形；

(b3)利用干法刻蚀工艺在所述第二隔离区图形的指定位置处刻蚀所述第二保护层及所述GeOI衬底以形成所述P型沟槽和所述N型沟槽。

在上述实施例的基础上，所述第二保护层包括第二二氧化硅层和第二氮化硅层；相应地，步骤(b1)包括：

(b11)在所述GeOI衬底表面生成二氧化硅以形成第二二氧化硅层；

(b12)在所述第二二氧化硅层表面生成氮化硅以形成第二氮化硅层。

在上述实施例的基础上，在步骤(c)之前，还包括：

(x1)氧化所述P型沟槽和所述N型沟槽以使所述P型沟槽和所述N型沟槽的内壁形成氧化层；

(x2)利用湿法刻蚀工艺刻蚀所述P型沟槽和所述N型沟槽内壁的氧化层以完成所述P型沟槽和所述N型沟槽内壁的平整化。

在上述实施例的基础上，步骤(c)包括：

(c1)利用多晶硅填充所述P型沟槽和所述N型沟槽；

(c2)平整化处理所述GeOI衬底后，在所述GeOI衬底上形成多晶硅层；

(c3)光刻所述多晶硅层，并采用带胶离子注入的方法对所述P型沟槽和所述N型沟槽所在位置分别注入P型杂质和N型杂质以形成P型有源区和N型有源区且同时形成P型接触区和N型接触区；

(c4)去除光刻胶；

(c5)利用湿法刻蚀去除所述P型接触区和所述N型接触区以外的所述多晶硅层。

在上述实施例的基础上，步骤(d)包括：

(d1)在所述GeOI衬底上生成二氧化硅；

(d2)利用退火工艺激活有源区中的杂质；

(d3)在所述P型接触区和所述N型接触区光刻引线孔以形成引线；