[發明專利]鍺硅納米低維結構的可控制備方法及產品有效

申請號：	201310740548.5	申請日：	2013-12-28
公開（公告）號：	CN103928297A	公開（公告）日：	2014-07-16
發明（設計）人：	曾成;夏金松;張永	申請（專利權）人：	華中科技大學
主分類號：	H01L21/02	分類號：	H01L21/02;H01L21/20;B82Y40/00
代理公司：	華中科技大學專利中心 42201	代理人：	李智
地址：	430074 湖北***	國省代碼：	湖北;42
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摘要：
搜索關鍵詞：	納米結構可控制備方法產品
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于半導體器件納米加工技術領域，具體來說，涉及一種鍺硅納米低維結構可控制備方法及產品。?

背景技術

鍺硅納米低維結構即具有二維量子限制或者三維量子限制的納米尺度結構，如鍺硅量子點、鍺硅納米線等。它們在近些年來逐漸成為集成光電子領域的研究熱點。鍺硅納米低維結構具有獨特的通訊波段的光發射和光吸收特性、具有量子限制效應和庫倫阻塞效應、良好的載流子遷移率以及能與CMOS工藝兼容等優點，擁有十分廣闊的應用前景。例如，鍺硅量子點可以用來制作片上集成光源和光探測器、單電子晶體管等；鍺硅納米線可以用來制作無結納米線晶體管、集成陣列傳感器等未來集成光電子領域的關鍵器件。?

傳統鍺硅自組裝量子點的制備是依靠分子束外延生長技術，在平整的硅襯底上通過Stranski–Krastanov模式生長出來的。由于鍺硅之間有4.18％的晶格失配，當外延在硅上的鍺膜會受到面內的壓應力，當鍺膜達到臨界厚度的時候，會由于應力弛豫呈三維島狀生長，這即是自組裝量子點生長的Stranski–Krastanov生長模式。這種自組裝量子點的尺寸和位置都是隨機的。為了實現鍺硅量子點的定位生長，人們在硅襯底的表面挖出納米尺度的小孔。使用這種圖形襯底進行外延生長時，鍺硅量子點會優先在小孔內成核；通過控制生長溫度和鍺的沉積量，可以實現鍺硅量子點的定位在小孔內生長。這種定位生長鍺硅量子點能控制量子點大小和位置，但具有量子點的尺寸偏大、量子點內部缺陷多等缺點，不利于一些小尺寸量子點器件的制備。?

傳統鍺硅納米線的制備是依靠氣相外延沉積法制備的。在納米金顆粒的催化下，通過控制通入硅烷和鍺烷的配比和反應溫度來實現納米線的生長。它的特點是納米線的截面尺寸由金顆粒的大小決定，能實現高質量的鍺硅多層嵌套的同軸異質納米線結構。這種鍺硅納米線一般是垂直向上生長，生長方向和位置往往比較隨機，因此生長出來的鍺硅納米線不易與半導體微納加工的平面工藝兼容。?

總之，現有的鍺硅納米線和量子點的生長制備工藝雖然均發展的比較成熟，卻并不能實現納米低維結構的完全可控制備，不能精確的控制每一根納米線及每一個量子點的位置、大小、形貌、和組分等關鍵參數，給基于鍺硅納米低溫結構的半導體器件的加工帶來了很大的工藝難度。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種鍺硅低維納米結構可控制備方法及產品，能夠精確控制納米結構的形貌和位置，有效縮小橫向尺寸的縮小和提高鍺組分，可控性好，工藝步驟簡單，重復性高，為精確制備基于鍺硅納米低維結構的半導體器件提供了技術可能。?

為實現本發明的技術目的，本發明采用如下技術方案：?

一種鍺硅納米低維結構的可控制備方法，?

(a)清洗硅襯底；?

(b)在硅襯底上外延生長鍺硅合金形成外延襯底；?

(c)涂敷電子抗蝕劑，通過電子束光刻技術在電子抗蝕劑上曝光所需鍺硅納米低維結構圖形；?

(d)采用干法刻蝕將鍺硅納米低維結構圖形轉移到外延襯底上得到樣品；?

(e)去除樣品上的電子抗蝕劑；?

(f)高溫環境下進行氧化和退火，使得硅被優先氧化形成氧化硅而鍺被析出；?

(g)在氮氫混合氣氛下退火處理，形成鍺硅納米低維結構。?