[发明专利]SiGe材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种SiGe材料的制备方法，包括：S101、选取硅衬底(001)；S102、在所述硅衬底(001)上生长SiGe材料外延层(002)；S103、对所述外延层(002)进行晶化处理，以实现对所述硅衬底(001)与所述外延层(002)之间界面晶格失配位错的抑制。本发明通过连续激光再晶化技术辅助制备Si_1‑xGe_x/Si虚衬底，通过横向结晶释放外延层晶格失配位错可显著提高Si_1‑xGe_x/Si虚衬底的晶体质量。

技术领域

本发明属半导体器件技术领域，特别涉及一种SiGe材料及其制备方法。

背景技术

随着微电子技术的发展，器件尺寸不断接近物理极限。为了延续摩尔定律的发展，各种新型材料与技术不断涌现。高迁移率半导体材料及其在器件结构中的集成是微电子技术发展和应用的趋势。其中，SiGe材料是重点被研究的对象之一。

SiGe材料，尤其是Ge组分较高的SiGe材料，常被称为高Ge组分Si_1-xGe_x材料，因其较高的载流子迁移率以及与成熟的Si工艺相兼容等优势，可显著提升器件性能。与Ge材料相比，Si材料具备成本较低的优势，因此在Si衬底上外延生长Si_1-xGe_x薄膜比体Si_1-xGe_x材料具有更加广泛的应用：

1)作为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的沟道材料，可以显著提高沟道载流子迁移率，提升器件的速度与频率特性；

2)高Ge组分的Si_1-xGe_x材料材料在近红外区的吸收波长高达1.55μm，适用于发展红外探测器；

3)在Si衬底上异质外延生长的高Ge组分Si_1-xGe_x材料可作为缓冲层，用于Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的生长及Si衬底上Ⅲ-Ⅴ族器件的集成；

4)高Ge组分Si_1-xGe_x材料具有禁带宽度窄且与Si工艺兼容的优势，在高速、低功耗的光互连与光电集成领域具有较大的应用价值。

在Si衬底上异质外延生长高Ge组分Si_1-xGe_x材料材料兼具Si和Ge的优势，在微电子与光电子领域的研究中备受关注。

然而，由于Si与Ge之间存在4.2％的晶格失配，且Si_1-xGe_x晶体和衬底Si之间的失配率随Ge组分的增加而增大，导致在Si衬底上直接生长的Si_1-xGe_x外延层产生较高的位错密度，严重影响器件性能。此外，晶格失配引起的岛状生长会使Si_1-xGe_x外延层表面粗糙度增加。当在Si衬底上外延Ge组分为28％的Si_1-xGe_x时，外延层厚度达到1.7nm便开始发生岛状生长，粗糙的表面不利于后续III-V族异质结构生长。在Si衬底上制备高质量且表面平整的Si_1-xGe_x外延层，尤其是高Ge组分的Si1-xGex外延层，面临极大的技术挑战。