專利名稱：在非晶體材料上磁控濺射鍺晶體薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備鍺晶體薄膜的方法，尤其是一種利用磁控濺射技術(shù)在基底材料上生長(zhǎng)鍺晶體薄膜的方法。
鍺(Ge)晶體薄膜是一種很好的近紅外窄帶半導(dǎo)體材料，可用來制作半導(dǎo)體晶體管、半導(dǎo)體芯片。鍺晶體薄膜還是很好的紅外光學(xué)材料，可用來制備近紅外控測(cè)器、鍺透鏡等，因而鍺晶體薄膜的制備將對(duì)半導(dǎo)體工業(yè)和近紅外控制技術(shù)起著極其重要的作用。另外，鍺/硅異質(zhì)材料是近年來興起的一種新型半導(dǎo)體材料，在光電器件應(yīng)用方面有著廣闊的前景。但由于鍺和硅(Si)的晶格失配高達(dá)4.2％，因此很難獲得無失配位錯(cuò)異質(zhì)界面?，F(xiàn)有技術(shù)有用分子束外延技術(shù)和汽相沉積技術(shù)在單晶硅襯底上生長(zhǎng)鍺晶體薄膜，但這兩種技術(shù)不僅存在設(shè)備參數(shù)要求高，設(shè)備價(jià)格昂貴(分子束外延技術(shù)所用設(shè)備價(jià)格為100美元，汽相沉積技術(shù)所用設(shè)備為50美元)，而且還存在鍺晶體薄膜生長(zhǎng)速度慢、薄膜面積小等不足，難于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，滿足不了半導(dǎo)體材料日益擴(kuò)大的需求，因此，如何開發(fā)和利用高效、快速生產(chǎn)鍺/硅異質(zhì)材料和技術(shù)，是當(dāng)前半導(dǎo)體材料急需解決的問題。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種能高效、快速生產(chǎn)鍺晶體薄膜的方法。
本發(fā)明通過鍺的自組織形成晶體機(jī)理，利用磁控濺射技術(shù)在非晶體材料襯基上生長(zhǎng)鍺晶體，從而獲得鍺晶體薄膜。
本發(fā)明通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)它包括低真空濺射，并使用氬(Ar)氣體作為工作氣體，其特征在于它采用非晶體材料作為外延生長(zhǎng)鍺晶體的基底，并在工作氣體壓強(qiáng)為0.5-4.5Pa，溫度為300-500℃，濺射功率為100-300W時(shí)進(jìn)行磁控濺射，直接生長(zhǎng)鍺晶體。
本發(fā)明通過下列另一技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)它包括低真空濺射，并使用氬(Ar)氣體作為工作氣體，其特征在于它采用非晶體材料作為外延生長(zhǎng)鍺晶體的基底，在工作氣體壓強(qiáng)為0.5-4.5Pa，溫度低于300℃，濺射功率為100-300W時(shí)進(jìn)行磁控濺射，生長(zhǎng)出非晶鍺后，再在400-800℃溫度下，進(jìn)行5-20分鐘的真空熱退火，即可得鍺晶體。
本發(fā)明所述非晶體材料為非晶體硅或者玻璃，或者在硅單晶材料上濺射有一層非晶硅的材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果由于本發(fā)明利用磁控濺射技術(shù)在非晶體材料上進(jìn)行濺射，能快速生長(zhǎng)出大面積的鍺晶體薄膜，從而開辟了一條在非晶材料上生長(zhǎng)鍺晶體薄膜的新途徑，使用本方法能大大提高生產(chǎn)效率，減少投資，降低生產(chǎn)成本，并能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，使鍺晶體薄膜形成產(chǎn)業(yè)化。因此，實(shí)為新一代生產(chǎn)鍺晶體薄膜的方法。


圖1為用本發(fā)明方法生產(chǎn)出的鍺晶體喇曼光譜圖；圖2、圖3為用本發(fā)明另一方法生產(chǎn)出的鍺晶體喇曼光譜圖。
實(shí)施例1本發(fā)明采用中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心生產(chǎn)的JGP500A型超高真空多靶磁控濺射儀，并采用下列工藝步驟1、將非晶硅或者玻璃基片進(jìn)行清洗，并置入預(yù)室中；2、將基片從預(yù)室中傳到生長(zhǎng)室，控制背景真空度低于2×10-4Pa；3、將基片加溫到300℃，并讓基片架轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保濺射薄膜的均勻性；4、調(diào)節(jié)各種濺射工藝參數(shù)，并進(jìn)行濺射氬氣體壓強(qiáng)0.5Pa，濺射功率100W；5、濺射60分鐘，得厚度為0.2微米的鍺晶體薄膜。該鍺晶體薄膜的喇曼光譜測(cè)試結(jié)果見圖1 。
實(shí)施例2所用設(shè)備同上，并采用下列工藝步驟1、在硅單晶襯底上生長(zhǎng)一層非晶硅，并將它作為基片送入預(yù)室中；2、將基片從預(yù)室中傳到生長(zhǎng)室，控制背景真空度低于2×10-4Pa；
3、將基片加溫到500℃，并讓基片架轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保濺射薄膜的均勻性；4、調(diào)節(jié)各種濺射工藝參數(shù)，并進(jìn)行濺射氬氣體壓強(qiáng)4.5Pa，濺射功率300W；5、濺射60分鐘，得厚度為0.5微米的鍺晶體薄膜。
實(shí)施例3設(shè)備同上，采用下列工藝步驟1、在硅單晶襯底上生長(zhǎng)一層非晶硅，并將它作為基片送入預(yù)室中；2、將基片從預(yù)室中傳到生長(zhǎng)室，控制背景真空度低于2×10-4Pa；3、將基片加溫到400℃，并讓基片架轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保濺射薄膜的均勻性；4、調(diào)節(jié)各種濺射工藝參數(shù)，并進(jìn)行濺射氬氣體壓強(qiáng)2.5Pa，濺射功率200W；5、濺射60分鐘，得厚度為0.3微米的鍺晶體薄膜。
實(shí)施例4采用下列工藝步驟1、在硅單晶襯底上生長(zhǎng)一層非晶硅，并將它作為基片送入預(yù)室中；2、將基片從預(yù)室中傳到生長(zhǎng)室，控制背景真空度低于2×10-4Pa；3、將基片加溫到450℃，并讓基片架轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保濺射薄膜的均勻性；4、調(diào)節(jié)各種濺射工藝參數(shù)，并進(jìn)行濺射氬氣體壓強(qiáng)3.5Pa，濺射功率150W；5、濺射60分鐘，得厚度為0.3微米的鍺晶體薄膜。
實(shí)施例5采用下列工藝步驟1、將非晶硅或者玻璃基片進(jìn)行清洗，并置入預(yù)室中；2、將基片從預(yù)室中傳到生長(zhǎng)室，控制背景真空度低于2×10-4Pa；3、將基片加溫到250℃，并讓基片架轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保濺射薄膜的均勻性；
4、調(diào)節(jié)各種濺射工藝參數(shù)，并進(jìn)行濺射氬氣體壓強(qiáng)0.5Pa，濺射功率100W，得非晶鍺，該非晶鍺的喇曼光譜測(cè)試結(jié)果見圖2；5、將非晶鍺加溫至400℃，進(jìn)行20分鐘的真空熱退火處理，得晶化較好的鍺晶體薄膜，其喇曼光譜測(cè)試結(jié)果見圖3。
實(shí)施例6采用下列工藝步驟1、將非晶硅或者玻璃基片進(jìn)行清洗，并置入預(yù)室中；2、將基片從預(yù)室中傳到生長(zhǎng)室，控制背景真空度低于2×10-4Pa；3、將基片加溫到100℃，并讓基片架轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保濺射薄膜的均勻性；4、調(diào)節(jié)各種濺射工藝參數(shù)，并進(jìn)行濺射氬氣體壓強(qiáng)2.5Pa，濺射功率200W，得非晶鍺；5、將非晶鍺加溫至800℃，進(jìn)行5分鐘的真空熱退火處理，得晶化較好的鍺晶體薄膜。
權(quán)利要求
1，一種在非晶體材料上濺射鍺晶體薄膜的方法，它包括低真空濺射，并使用氬(Ar)氣體作為工作氣體，其特征在于它采用非晶體材料作為外延生長(zhǎng)鍺晶體的基底，并在工作氣體壓強(qiáng)為0.5-4.5Pa，溫度為300-500℃，濺射功率為100-300W時(shí)進(jìn)行磁控濺射，直接生長(zhǎng)鍺晶體。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述非晶體材料為非晶體硅或者玻璃，或者在硅單晶材料上濺射有一層非晶硅的材料。
3，一種在非晶體材料上濺射鍺晶體薄膜的方法，它包括低真空濺射，并使用氬(Ar)氣體作為工作氣體，其特征在于它采用非晶體材料作為外延生長(zhǎng)鍺晶體的基底，在工作氣體壓強(qiáng)為0.5-4.5Pa，溫度低于300℃，濺射功率為100-300W時(shí)進(jìn)行磁控濺射，生長(zhǎng)出非晶鍺后，再在400-800℃溫度下，進(jìn)行5-20分鐘的真空熱退火，即可得鍺晶體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在非晶體材料上磁控濺射鍺晶體薄膜的方法，它利用磁控濺射技術(shù)，并控制工作氣體壓強(qiáng)、溫度、濺射功率等工藝條件，在非晶體材料上生長(zhǎng)鍺晶體薄膜，且能快速生長(zhǎng)出大面積的鍺晶體薄膜，從而開辟了一條在非晶材料上生長(zhǎng)鍺晶體薄膜的新途徑，使用本方法能大大提高生產(chǎn)效率，減少投資，降低生產(chǎn)成本，并能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，使鍺晶體薄膜形成產(chǎn)業(yè)化。因此，實(shí)為新一代生產(chǎn)鍺晶體薄膜的方法。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1396630SQ01108639
公開日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2001年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月11日
發(fā)明者楊宇, 周湘萍, 毛旭, 周楨來, 劉煥林, 張潔, 吳興惠 申請(qǐng)人:云南大學(xué)