CN101378018A - 利用UHV/CVD低温生长SiGe材料的方法 - Google Patents
利用UHV/CVD低温生长SiGe材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101378018A CN101378018A CNA2007101210721A CN200710121072A CN101378018A CN 101378018 A CN101378018 A CN 101378018A CN A2007101210721 A CNA2007101210721 A CN A2007101210721A CN 200710121072 A CN200710121072 A CN 200710121072A CN 101378018 A CN101378018 A CN 101378018A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- growth
- temperature
- uhv
- growth room
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
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。
Description
技术领域
本发明属于半导体晶体材料化学气相淀积技术领域，尤其是利用UHV/CVD低温生长SiGe材料的方法。
背景技术
随着微电子以及硅基光电子技术的发展，在SOI或者Si衬底上外延Si以及SiGe成了研究的热点和必须攻克的技术。目前生长SiGe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200℃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500℃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10-8Pa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系统原理和GSMBE类似，本底真空度也可以达到10—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600℃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1000倍，达到10-2～10Pa。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500℃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SiGe材料。
在SiGe材料生长之前，需要在950℃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400℃，这样在整个升温的过程中，生长室的压强都维持在10-7Pa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SiGe/Si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。
发明内容
本发明解决的技术问题是，通过提高SiGe材料生长过程生长室的压强来实现500℃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，本发明提供一种利用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400℃。
其中所述的生长室的本底真空度高于10-7Pa。
其中所说的衬底加热脱氧，脱氧过程中生长室的真空高于5×10-5Pa。
其中所说将衬底降温，降温的温度为500℃以下的低温。
其中向生长室通入的源气体为Si2H6或者SiH4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10-2Pa。
其中在生长n型的SiGe材料时，向生长室通入PH3作为掺杂气体；在生长p型材料时，向生长室通入B2H6作为掺杂气体。
附图说明
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1为本发明的流程图；
图2是在495℃下生长的SiGe材料的x光双晶衍射图；
图3是在475℃下生长的SiGe单层的x光双晶衍射图。
图4是在455℃启动下生长的SiGe单层的x光双晶衍射图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明一种利用UHV/CVD在衬底上低温生长SiGe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S10)，所述的衬底的材料为Si、SiGe或SOI；
步骤2：将清洗过的衬底高温除气(步骤S20)，所说的高温除气，除气温度高于400℃；
步骤3：将衬底传入生长室(步骤S30)，所述的生长室的本底真空度高于10-7Pa；
步骤4：将衬底加热脱氧(步骤S40)，所说的衬底加热脱氧，脱氧过程中生长室的真空高于5×10-6Pa；
步骤5：将衬底降温(步骤S50)，所说的将衬底降温，降温的温度为500℃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S60)，所说的在衬底上生长材料时生长室的源气体压强高于10-2Pa。
所述的向生长室通入的源气体为Si2H6或者SiH4作为Si源气体，通入的源气体为GeH4作为Ge源气体。
本发明当生长n型的SiGe材料时，向生长室通入PH3作为掺杂气体；当生长p型材料时，向生长室通入B2H6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495℃、475℃、455℃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Si衬底(步骤S10)；
步骤2：将衬底高温除气12小时，本实例中除气温度400℃。经过实验验证，除气温度要达到400℃。当除气温度超高400℃时，除气效果和400℃相差不多，都能满足材料生长需要(步骤S20)。
步骤3：将衬底传入生长室，生长室的本底真空为5×10-8Pa(步骤S30)。
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10-7Pa(步骤S40)。
步骤5：将脱氧完毕的衬底降温到500℃以下的生长温度(步骤S50)。
步骤6：通入Si2H6和GeH4进行材料生长(步骤S60)。生长过程中没有用液氮冷却生长室，生长过程中，生长室源气体压强在10-2Pa到几十Pa的范围内。衬底上生长的SiGe材料的生长温度分别为495℃、475℃、和455℃。图2、图3、和图4分别为他们的x光双晶衍射图。生长过程中通入源气体的流量为，Si2H6是6sccm，GeH4是1sccm。本实验中去掉冷却液氮，源气体流量为上述大小时候，刚好可以在低温下生长出高质量的SiGe材料。对于不同的生长设备低温下源气体的压强可能不一样，不一定能生长高质量的SiGe材料。如果靠提高源气体的流量，会造成生长速度不能控制，材料质量不能保证。因此对于不同仪器，可以通过部分关掉分子泵与生长室之间的阀门，或者在分子泵与生长室之间加一个旁抽管道来改变生长室的压强。都可以实现在低温下生长SiGe材料。
与以往的技术相比，该发明具有以下意义：
通过去掉生长室的冷却液氮，提高材料生长时生长室的源气体压强，利用气源设备在衬底温度低于500℃的情况下生长SiGe材料。这样在生长SiGe/Si异质结时，可以大大减小界面之间的互扩散。
在低温下生长SiGe材料，可以把生长速度控制在1纳米/分钟，这样就可以实现单原子层的生长。成功的将气源超高真空淀积系统和固源分子束外延系统的优点结合起来。
Claims (9)
1.一种利用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。
2.根据权利要求1所述的利用UHV/CVD在衬底上低温生长SiGe材料的方法，其特征在于，其中所述的衬底的材料为Si、SiGe或SOI。
3.根据权利要求1所述的利用UHV/CVD在衬底上低温生长SiGe材料的方法，其特征在于，其中所说的高温除气，除气温度高于400℃。
4.根据权利要求1所述的利用UHV/CVD在衬底上低温生长SiGe材料的方法，其特征在于，其中所述的生长室的本底真空度高于10-7Pa。
5.根据权利要求1所述的利用UHV/CVD在衬底上低温生长SiGe材料的方法，其特征在于，其中所说的衬底加热脱氧，脱氧过程中生长室的真空高于5×10-5Pa。
6.根据权利要求1所述的利用UHV/CVD在衬底上低温生长SiGe材料的方法，其特征在于，其中所说将衬底降温，降温的温度为500℃以下的低温。
7.根据权利要求1所述的利用UHV/CVD在衬底上低温生长SiGe材料的方法，其特征在于，其中向生长室通入的源气体为Si2H6或者SiH4作为Si源气体，通入的源气体为GeH4作为Ge源气体。
8.根据权利要求1或7所述的利用UHV/CVD在衬底上低温生长SiGe材料的方法，其特征在于，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10-2Pa。
9.根据权利要求1所述的利用UHV/CVD在衬底上低温生长SiGe材料的方法，其特征在于，其中在生长n型的SiGe材料时，向生长室通入PH3作为掺杂气体；在生长p型材料时，向生长室通入B2H6作为掺杂气体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007101210721A CN101378018A (zh) | 2007-08-29 | 2007-08-29 | 利用UHV/CVD低温生长SiGe材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007101210721A CN101378018A (zh) | 2007-08-29 | 2007-08-29 | 利用UHV/CVD低温生长SiGe材料的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101378018A true CN101378018A (zh) | 2009-03-04 |
Family
ID=40421487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2007101210721A Pending CN101378018A (zh) | 2007-08-29 | 2007-08-29 | 利用UHV/CVD低温生长SiGe材料的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101378018A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106816805A (zh) * | 2015-12-02 | 2017-06-09 | 中国科学院半导体研究所 | 太赫兹量子级联激光器的液氮冷却系统及采用其的激光器 |
| CN106856165A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-06-16 | 浙江合特光电有限公司 | 一种硅锗低温外延方法 |
-
2007
- 2007-08-29 CN CNA2007101210721A patent/CN101378018A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106816805A (zh) * | 2015-12-02 | 2017-06-09 | 中国科学院半导体研究所 | 太赫兹量子级联激光器的液氮冷却系统及采用其的激光器 |
| CN106856165A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-06-16 | 浙江合特光电有限公司 | 一种硅锗低温外延方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106757324B (zh) | 一种硅外延片的制造方法 | |
| CN101866834B (zh) | 高Ge组分SiGe材料的方法 | |
| US20070134901A1 (en) | Growth of GaAs expitaxial layers on Si substrate by using a novel GeSi buffer layer | |
| CN102465336B (zh) | 一种高锗浓度的锗硅外延方法 | |
| CN105448675B (zh) | 一种GaAs/Si外延材料的MOCVD制备方法 | |
| US8529697B2 (en) | Growth of nitride semiconductor crystals | |
| CN101057008A (zh) | 在衬底上生长Si－Ge半导体材料和器件的方法 | |
| US20130078424A1 (en) | Hexagonal Boron Nitride Substrate With Monatomic Layer Step, And Preparation Method And Application Thereof | |
| Paszuk et al. | Controlling the polarity of metalorganic vapor phase epitaxy-grown GaP on Si (111) for subsequent III-V nanowire growth | |
| CN105648524B (zh) | 一种异质衬底表面改性调控基片弯曲度的方法 | |
| CN104851781B (zh) | 一种n型低偏角碳化硅外延片的制备方法 | |
| CN101901756B (zh) | 基于c面Al2O3衬底上极性c面GaN薄膜的MOCVD生长方法 | |
| US20050196925A1 (en) | Method of forming stress-relaxed SiGe buffer layer | |
| CN101378018A (zh) | 利用UHV/CVD低温生长SiGe材料的方法 | |
| Alzoubi et al. | Growth of InAs quantum dots and dashes on silicon substrates: Formation and characterization | |
| CN111430221B (zh) | 锡自催化生长的锗锡合金硅基材料及定向异质外延方法 | |
| Deura et al. | Effect of Ga content on crystal shape in micro-channel selective-area MOVPE of InGaAs on Si | |
| CN101609797B (zh) | 一种降低SiGe虚拟衬底表面粗糙度的方法 | |
| CN114613847B (zh) | 硅基AlGaN/GaN HEMT外延薄膜及其生长方法 | |
| EP2230334A1 (en) | MULTILAYER SUBSTRATE INCLUDING GaN LAYER, METHOD FOR MANUFACTURING THE MULTILAYER SUBSTRATE INCLUDING GAN LAYER, AND DEVICE | |
| TW202323576A (zh) | 異質磊晶晶圓的製造方法 | |
| TW201919238A (zh) | 用於高電子遷移率電晶體之異質結構及其製造方法 | |
| CN101476103B (zh) | 一种制备有机半导体材料红荧烯微-纳米线的方法 | |
| Leach et al. | Towards manufacturing large area GaN substrates from QST® seeds | |
| CN101748480B (zh) | Si衬底上生长ZnO外延薄膜的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090304 |