一种在P型GE衬底制备N/P型超浅结的方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102938371 A (43)申请公布日 2013.02.20 C N 1 0 2 9 3 8 3 7 1 A *CN102938371A* (21)申请号 201210495667.4 (22)申请日 2012.11.28 H01L 21/225(2006.01) H01L 21/336(2006.01) (71)申请人中国科学院微电子研究所 地址 100083 北京市朝阳区北土城西路3号 (72)发明人刘洪刚 韩乐 薛百清 孙兵 王盛凯 (74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人任岩 (54) 发明名称 一种在p型Ge衬底制备n+/p。

2、型超浅结的方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种在p型Ge衬底制备n+/p 型超浅结的方法，包括：去除p型Ge衬底表面的 自然氧化层，以形成激活的Ge表面；对激活的Ge 表面进行硫钝化处理，利用Ge表面化学吸附作用 构成Ge表面的硫吸附层；在Ge衬底上低温外延 或者生长帽层；采用快速退火工艺将硫吸附层中 的硫原子扩散进Ge衬底内；腐蚀掉帽层从而得到 硫掺杂的n+/p型超浅结。利用本发明，能够实现 在Ge衬底上的n+/p型超浅结，且工艺设备较为简 单，耗费较小，易于进行大规模操作，解决了在Ge 衬底结构上实现纳米尺度的浅掺杂，并满足了不 同掺杂分布的要求。 (51)Int.Cl. 权利要求书1。

3、页 说明书3页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的方法，其特征在于，包括： 步骤1：去除p型Ge衬底表面的自然氧化层，以形成激活的Ge表面； 步骤2：对激活的Ge表面进行硫钝化处理，利用Ge表面化学吸附作用构成Ge表面的 硫吸附层； 步骤3：在Ge衬底上低温外延或者生长帽层； 步骤4：采用快速退火工艺将硫吸附层中的硫原子扩散进Ge衬底内； 步骤5：腐蚀掉帽层从而得到硫掺杂的n+/p型超浅结。 2.根据权利要求1所述的在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的。

4、方法，其特征在于，步骤 1中所述p型Ge衬底是p型Ge、GOI以及外延Ge半导体衬底中的一种。 3.根据权利要求1所述的在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的方法，其特征在于，步骤 2中所述对激活的Ge表面进行硫钝化处理，采用的硫源是(NH 4 ) 2 S、(NH 4 ) 2 S x 、Na 2 S、H 2 S中的 一种或多种的任意混合物。 4.根据权利要求1所述的在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的方法，其特征在于，步骤 2中所述对激活的Ge表面进行硫钝化处理，在常温下进行硫钝化处理的时间为1分钟3 小时。 5.根据权利要求1所述的在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的方法，其特征在于，步骤 3。

5、中所述帽层采用的材料是Al 2 O 3 、SiO 2 、Si 3 N 4 中的一种或多种组合。 6.根据权利要求5所述的在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的方法，其特征在于，所述 帽层材料采用低温生长，使用原子层沉积、化学气相沉积或者分子束外延方法，帽层厚度为 1nm100nm。 7.根据权利要求1所述的在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的方法，其特征在于，步骤 4中所述快速退火工艺的时间为1秒3分钟，温度范围200850。 8.根据权利要求1所述的在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的方法，其特征在于，步骤 5中所述腐蚀掉帽层，采用干法或湿法腐蚀。 9.根据权利要求1所述的在p型Ge衬底制备n。

6、+/p型超浅结的方法，其特征在于，该方 法适用于制作Ge基的MOS电容、MOSFET、FinFET器件以及含有p-n结的Ge基器件。 权 利 要 求 书CN 102938371 A 1/3页 3 一种在 p 型 Ge 衬底制备 n+/p 型超浅结的方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的 方法。 背景技术 0002 对于Ge基MOSFET来说，器件尺寸缩减已经成为其发展的主要驱动力之一。结深 与栅长不断地减小不仅能够获得更快的晶体管速度，还能实现更高的封装密度。其中，实现 Ge基结构纳米尺度的掺杂，在源漏扩展区制备超浅结，是一种不错的。

7、努力方向。超浅结的结 深一般是介于1纳米至100纳米之间。 0003 传统的离子注入工艺局限于很难将注入范围控制在纳米尺度，空间分布相对随机 以及与纳米结构材料不兼容。另一方面，固体源扩散工艺难以获取较理想的均匀性和控制 掺杂剂的计量。且离子注入容易引起损伤、沟道效应、屏蔽效应。 0004 为了解决传统工艺带来的问题以及达到如此精妙的控制，自限制与自组装工艺的 集成是一种不错的选择。其中，单分子层掺杂(monolayer doping，MLD)一种易于实施、可 靠的方法，就是利用晶体Ge丰富的表面化学作用和自限制单分子层构建反应。MLD工艺对 于不同纳米结构材料的p型和n型掺杂都同样适用，不论。

8、是自顶向下或者是自底向上技术 也同样适用。这种方法一项重要的特性就是，它利用自限制反应在Ge的表面形成一个高度 统一的单分子层，即一层附属的包含掺杂元素的分子层。接着，通过快速退火步骤，形成纳 米尺度掺杂的分布。单位区域内掺杂剂浓度可以通过前驱分子的大小来调谐，越小的分子 可以实现越高的浓度。而快速退火的时间和温度则主要影响着超浅结的结深。 0005 所以，可以通过将硫源的选择和快速退火的条件控制相结合，以满足不同掺杂浓 度和掺杂分布的要求。 发明内容 0006 (一)要解决的技术问题 0007 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的 方法，以解决在Ge衬底。

9、结构上实现纳米尺度的浅掺杂，并满足不同掺杂分布的要求。 0008 (二)技术方案 0009 为达到上述目的，本发明提供了一种在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的方法，包 括： 0010 步骤1：去除p型Ge衬底表面的自然氧化层，以形成激活的Ge表面； 0011 步骤2：对激活的Ge表面进行硫钝化处理，利用Ge表面化学吸附作用构成Ge表 面的硫吸附层； 0012 步骤3：在Ge衬底上低温外延或者生长帽层； 0013 步骤4：采用快速退火工艺将硫吸附层中的硫原子扩散进Ge衬底内； 0014 步骤5：腐蚀掉帽层从而得到硫掺杂的n+/p型超浅结。 说 明 书CN 102938371 A 2/3页 4 。

10、0015 上述方案中，步骤1中所述p型Ge衬底是p型Ge、GOI以及外延Ge半导体衬底中 的一种。 0016 上述方案中，步骤2中所述对激活的Ge表面进行硫钝化处理，采用的硫源是 (NH 4 ) 2 S、(NH 4 ) 2 Sx、Na 2 S、H 2 S中的一种或多种的任意混合物。 0017 上述方案中，步骤2中所述对激活的Ge表面进行硫钝化处理，在常温下进行硫钝 化处理的时间为1分钟3小时。 0018 上述方案中，步骤3中所述帽层采用的材料是Al 2 O 3 、SiO 2 、Si 3 N 4 中的一种或多种组 合。所述帽层材料采用低温生长，使用原子层沉积、化学气相沉积或者分子束外延方法，帽 。

11、层厚度为1nm100nm。 0019 上述方案中，步骤4中所述快速退火工艺的时间为1秒3分钟，温度范围 200850。 0020 上述方案中，步骤5中所述腐蚀掉帽层，采用干法或湿法腐蚀。 0021 上述方案中，该方法适用于制作Ge基的MOS电容、MOSFET、FinFET器件以及含有 p-n结的Ge基器件。 0022 (三)有益效果 0023 本发明提供了一种简单易行、控制方便的在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的方 法，这种方法能够实现在Ge衬底上的n+/p型超浅结，且工艺设备较为简单，耗费较小，易于 进行大规模操作，解决了在Ge衬底结构上实现纳米尺度的浅掺杂，并满足了不同掺杂分布 的要求。。

12、且不论是自顶向下或者是自底向上技术同样适用，此种制作超浅结的方法还适用 于制作Ge基MOS电容、FinFET器件以及其他含p-n结的Ge基器件。 附图说明 0024 图1是依照本发明实施例的在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的方法流程图； 0025 图2a至图2e是依照本发明实施例的在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的工艺流 程图； 0026 图3a至图3e是依照本发明实施例的将在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的方法 应用于制作MOSFET器件的工艺流程图。 具体实施方式 0027 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。 00。

13、28 为了解决在Ge衬底结构上实现纳米尺度的浅掺杂，同时传统的实现Ge衬底上超 浅结工艺在结均匀性、可靠性和连续工艺集成方面有所欠缺的问题，本发明提供了一种在p 型Ge衬底上实现n+/p型超浅结的新型分子层掺杂方法，将快速退火的条件控制和前驱的 分子设计相结合，以满足不同掺杂分布的要求。 0029 如图1所示，图1是依照本发明实施例的在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的方 法流程图，该方法包括以下步骤： 0030 步骤1：去除p型Ge衬底表面的自然氧化层，以形成激活的Ge表面； 0031 步骤2：对激活的Ge表面进行硫钝化处理，利用Ge表面化学吸附作用构成Ge表 说 明 书CN 1029383。

14、71 A 3/3页 5 面的硫吸附层； 0032 步骤3：在Ge衬底上低温外延或者生长帽层； 0033 步骤4：采用快速退火工艺将硫吸附层中的硫原子扩散进Ge衬底内； 0034 步骤5：腐蚀掉帽层从而得到硫掺杂的n+/p型超浅结。 0035 其中，步骤1中所述p型Ge衬底是p型Ge、GOI以及外延Ge半导体衬底中的一种。 步骤2中所述对激活的Ge表面进行硫钝化处理，采用的硫源是(NH 4 ) 2 S、(NH 4 ) 2 S x 、Na 2 S、H 2 S 中的一种或多种的任意混合物。步骤2中所述对激活的Ge表面进行硫钝化处理，在常温下 进行硫钝化处理的时间为1分钟3小时。步骤3中所述帽层采用的。

15、材料是Al 2 O 3 、SiO 2 、 Si 3 N 4 中的一种或多种组合。所述帽层材料采用低温生长，使用原子层沉积、化学气相沉积或 者分子束外延方法，帽层厚度为1nm100nm。步骤4中所述快速退火工艺的时间为1秒 3分钟，温度范围200850。步骤5中所述腐蚀掉帽层，采用干法或湿法腐蚀。 0036 图2a至图2e示出了依照本发明实施例的在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的工 艺流程图，具体包括以下步骤： 0037 如图2a所示，先去除Ge衬底101表面的自然氧化层，形成激活的锗表面；去除Ge 衬底101表面的自然氧化层可以选用HCl或者HF处理。 0038 如图2b所示，可选(NH 4。

16、 ) 2 S溶液对激活的锗表面进行硫钝化处理，利用锗表面化学 吸附效应构成锗表面的硫吸附层102。 0039 如图2c和图2d所示，在Ge衬底101上外延或者生长一层帽层103，保护硫吸附 层，然后采用快速退火技术将硫吸附层中的硫原子扩散进体锗内，形成激活的硫离子。 0040 如图2e所示，用干法或湿法腐蚀掉帽层103层，从而得到含有硫掺杂的n+/p型超 浅结104。 0041 本发明提供的这种制作超浅结的方法还适用于制作Ge基MOS电容、FinFET器件 以及其他含p-n结的Ge基器件。图3a至图3e示出了依照本发明实施例的将在p型Ge衬 底制备n+/p型超浅结的方法应用于制作MOSFET器。

17、件的工艺流程图，具体包括以下步骤： 0042 如图3a所示，在使用锗衬底201之前要先进行表面预处理，以得到较为洁净的表 面。 0043 如图3b所示，在Ge衬底表面生长一层SiO 2 作为绝缘层202，并在SiO 2 绝缘层202 上沉积金属作为栅电极203，并刻蚀掉两侧的SiO 2 。 0044 接着如图3c所示，利用本发明提供制备超浅结的方法在栅电极两侧制作源漏区 域的超浅结204，然后如图3e所示，在源漏区域上制作源漏电极205，一般的Ge基MOSFET 即制作完成。 0045 本发明提供了一种在p型Ge衬底制备n+/p型超浅结的思路和方法，以上所述的 具体实施例，对本发明的目的、技术方案进一步说明和阐述。但应该强调的是，以上所述实 施例仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。但凡本领域普通技术 人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范 围内。 说 明 书CN 102938371 A 1/4页 6 图1 图2a 说 明 书 附 图CN 102938371 A 2/4页 7 图2b 图2c 图2d 图2e 说 明 书 附 图CN 102938371 A 3/4页 8 图3a 图3b 图3c 图3d 说 明 书 附 图CN 102938371 A 4/4页 9 图3e 说 明 书 附 图CN 102938371 A 。