[發明專利]一種SiGe-GeSn-SiGe結構的深槽保護PiN二極管及其制備方法

在審

• 申請號: 202110168699.2
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112993046A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 蘇漢;張金利
• 申請（專利權）人: 中國人民武裝警察部隊工程大學
• 主分類號: H01L29/868
• 分類號: H01L29/868;H01L29/06;H01L21/336;H01L23/58;H01L29/49
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 徐云俠

本發明涉及一種SiGe?GeSn?SiGe結構的深槽保護PiN二極管及其制備方法，包括步驟：選取GeOI襯底，并在GeOI襯底內摻雜形成頂層GeSn區；刻蝕襯底頂層GeSn區形成有源區深槽；有源區四周平坦化處理并利用原位摻雜形成P區和N區；在所述襯底上形成GeSn合金引線，以完成所述制備；本發明通過深槽結構的引入，極大的改善了固態等離子體PiN二極管的微波特性；SiGe半導體材料中引入Ge使基區能帶變窄，大大提高了載流子的注入效率，本征GeSn區通過動態控制頂層Ge中Sn組分的含量使得本征區禁帶寬度進一步降低，SiGe?GeSn?SiGe異質結構的引入極大提高了載流子注入效率和遷移率。

技術領域

本發明涉及半導體材料以及器件制造技術領域，特別涉及一種SiGe-GeSn-SiGe結構的深槽保護PiN二極管及其制備方法。

背景技術

基于橫向PiN二極管的硅基固態等離子體可重構天線，具有集成度高、動態可重構能力強、隱身性能良好、能夠與傳統半導體硅工藝相兼容等優點，已經引起國內外信息通信、系統隱身、雷達與天線設計等行業的廣泛重視。此外，等離子體天線尺寸遠小于傳統金屬天線尺寸，更有利于現代天線系統的小型化和集成化。PiN二極管作為天線基本輻射單元，通過外加足夠的正向偏置電壓在本征區內部產生高濃度的固態等離子體，固態等離子體與外界電磁波或高頻交流電信號相互耦合引起等離子體的振蕩，外界電磁波與特定頻率的電信號相互轉換，從而實現天線的輻射、接收以及傳輸功能。

然而目前所研究的PiN二極管均采用傳統IV族半導體硅材料制備，且二極管以及硅基天線內部采用了大量的金屬，禁帶寬度大，載流子注入效率和遷移率較低，且多個二極管串聯形成陣列時，易相互串擾，使其微波特性降低，限制了其在直升機、軍事通信以及無線終端領域的應用。

因此，選擇何種材料和工藝以提高PiN二極管的微波特性來應用于硅基高集成可重構天線就變得尤為重要。

發明內容

為解決上述現有技術存在的技術缺陷和不足，本發明提供一種SiGe-GeSn-SiGe結構的深槽保護PiN二極管及其制備方法，深槽結構的引入形成了二極管之間的完整隔離，減弱了二極管互聯的相互串擾，改善了二極管的級聯效應，提升了單個輻射單元PiN二極管對天線電磁輻射性能的增強作用，極大的改善了固態等離子體PiN二極管的微波特性；同時，SiGe半導體材料中由于Ge的引入，使基區能帶變窄，從而大大提高了載流子的注入效率，本征GeSn區通過動態控制頂層Ge中Sn組分的含量使得本征區禁帶寬度進一步降低，SiGe-GeSn-SiGe異質結構的引入可極大的提高載流子注入效率和遷移率，使得固態等離子體PiN二極管微波特性得到極大的提升。

本發明的第一個目的是提供一種SiGe-GeSn-SiGe結構的深槽保護PiN二極管的制備方法，所述PiN二極管用于制作硅基高集成可重構天線，所述PiN二極管的制備方法包括以下步驟：

(a)選取GeOI襯底，并在GeOI襯底內摻雜Sn，形成頂層GeSn區；

(b)刻蝕頂層GeSn區形成有源區深槽；

(c)將有源區深槽的四周側壁平坦化處理，并利用原位摻雜形成P區和N區；

(d)在襯底上形成GeSn合金引線，即制得所述SiGe-GeSn-SiGe結構的深槽保護PiN二極管。

優選地，所述步驟(a)具體包括以下步驟：

(a1)光刻所述GeOI襯底；

(a2)對所述GeOI襯底進行Sn組分摻雜，形成頂層GeSn區，通過動態的控制頂層GeSn區中Sn組分的含量；GeSn區中的Sn組分質量百分比為1％-30％；

(a3)去除光刻膠。

優選地，所述步驟(b)具體包括以下步驟：