一種半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法通過在單晶半導(dǎo)體襯底上先制備超薄的單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜，再在單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜，從而得到了由單晶半導(dǎo)體襯底、位于單晶半導(dǎo)體襯底上的超薄單晶金屬硅化物薄膜、以及位于單晶金屬硅化物薄膜上的單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)，該方法簡(jiǎn)單可靠。
【專利說明】一種半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法及對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于硅材料具有耐高溫、抗輻射性能較好、特別適宜制作大功率器件的特性而成為應(yīng)用最多的一種半導(dǎo)體材料，目前的集成電路半導(dǎo)體器件大多數(shù)是用硅材料制造的。
[0003]伴隨著硅半導(dǎo)體材料微加工技術(shù)的日益發(fā)達(dá)、以及電子行業(yè)對(duì)薄膜材料與半導(dǎo)體材料集成微型元器件的需求，單晶硅襯底上薄膜材料的生長(zhǎng)將更具實(shí)用價(jià)值。
[0004]單晶硅襯底上可生長(zhǎng)多層同類或不同類的薄膜結(jié)構(gòu)，例如，單晶硅襯底上可先生
長(zhǎng)第一層薄膜，再在第一層薄膜上生長(zhǎng)第二層薄膜......直至生長(zhǎng)第N層薄膜。其中，上
述各層薄膜可為半導(dǎo)體薄膜、金屬薄膜或金屬硅化物薄膜等。
[0005]在各種薄膜組合結(jié)構(gòu)中，由單晶硅襯底、位于單晶硅襯底上的金屬硅化物薄膜、以及位于金屬硅化物薄膜上的單晶或多晶硅薄膜構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)由于結(jié)合了單晶硅薄膜的優(yōu)點(diǎn)及金屬硅化物薄膜的優(yōu)點(diǎn)，而成為極具發(fā)展?jié)摿Φ慕M合結(jié)構(gòu)。
[0006]然而，要在金屬硅化物薄膜上制備單晶硅薄膜必需滿足的前提條件是該金屬硅化物薄膜的結(jié)構(gòu)為單晶結(jié)構(gòu)，即為單晶金屬硅化物薄膜。而目前現(xiàn)有技術(shù)制備得到的金屬硅化物薄膜大多為多晶或非晶金屬硅化物薄膜。因而，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上無法得到由單晶硅襯底、位于單晶硅襯底上的金屬硅化物薄膜、以及位于金屬硅化物薄膜上的單晶硅薄膜構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。
[0007]因此，如何制備由單晶硅襯底、位于單晶硅襯底上的單晶金屬硅化物薄膜、以及位于單晶金屬硅化物薄膜上的單晶或多晶硅薄膜構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)，已成為目前業(yè)界面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)及其制備方法，以實(shí)現(xiàn)在單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶或多晶半導(dǎo)體。
[0009]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0010]提供單晶半導(dǎo)體襯底；
[0011]在所述單晶半導(dǎo)體襯底上制備單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜；以及
[0012]在所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜。
[0013]可選的，在所述單晶半導(dǎo)體襯底上制備單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜包括如下步驟:
[0014]在所述單晶半導(dǎo)體襯底上沉積金屬薄膜，所述金屬薄膜中的金屬向所述單晶半導(dǎo)體襯底擴(kuò)散；[0015]去除所述單晶半導(dǎo)體襯底表面剩余的金屬薄膜；
[0016]對(duì)所述單晶半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火，在所述單晶半導(dǎo)體襯底的表面形成單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜。
[0017]可選的，所述金屬薄膜是通過PVD法沉積在所述單晶半導(dǎo)體襯底上的。
[0018]可選的，在所述單晶半導(dǎo)體襯底上沉積金屬薄膜時(shí)的襯底溫度為O?300°C。
[0019]可選的，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜的厚度為2?llnm。
[0020]可選的，所述退火的溫度為200?900°C。
[0021]可選的，在所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜的方法為分子束外延法。
[0022]可選的，在所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜的方法為原子層沉積法。
[0023]可選的，在所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜的方法為化學(xué)氣相淀積法。
[0024]可選的，所述單晶半導(dǎo)體襯底為單晶硅，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜為單晶金屬硅化物薄膜。
[0025]可選的，所述單晶半導(dǎo)體襯底為單晶鍺，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜為單晶金屬鍺化物薄膜。
[0026]可選的，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜由金屬與所述單晶半導(dǎo)體襯底反應(yīng)生成，其中，所述金屬為鎳、鈷、鈦、鐿中的任一種，或鎳、鈷、鈦、鐿中的任一種并摻入鉬。
[0027]可選的，所述金屬中還摻入了鎢和/或鑰。
[0028]同時(shí)，本發(fā)明還提出一種利用上述方法制備而得的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)，該疊層結(jié)構(gòu)包括:
[0029]單晶半導(dǎo)體襯底；
[0030]位于所述單晶半導(dǎo)體襯底上的單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜；以及
[0031]位于所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上的單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法通過在單晶半導(dǎo)體襯底上先制備單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜，再在單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜，從而得到了由單晶半導(dǎo)體襯底、位于單晶半導(dǎo)體襯底上的單晶金屬硅化物薄膜、以及位于單晶金屬硅化物薄膜上的單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法的流程圖；
[0034]圖2A至圖2E為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體_金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法各流程對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法方法及對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0036]本發(fā)明的核心思想在于，提供一種半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法通過在單晶半導(dǎo)體襯底上先制備單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜，再在單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜，從而得到了由單晶半導(dǎo)體襯底、位于單晶半導(dǎo)體襯底上的單晶金屬硅化物薄膜、以及位于單晶金屬硅化物薄膜上的單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。
[0037]請(qǐng)參考圖1，圖2A至圖2E，其中，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法的流程圖，圖2A至圖2E為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法各流程對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，結(jié)合圖1以及圖2A至圖2E，本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法包括如下步驟:
[0038]SI 10、提供單晶半導(dǎo)體襯底110，如圖2A所示；
[0039]S120、在所述單晶半導(dǎo)體襯底110上制備單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123 ;具體的，首先在所述單晶半導(dǎo)體襯底110上沉積金屬薄膜121，如圖2B所示；所述金屬薄膜121中的金屬向所述單晶半導(dǎo)體襯底110擴(kuò)散，在所述單晶半導(dǎo)體襯底110的表面形成一層含有金屬的半導(dǎo)體薄層122 ;接著，去除所述單晶半導(dǎo)體襯底110表面剩余的金屬薄膜121 ；去除所述單晶半導(dǎo)體襯底110表面剩余的金屬薄膜121后的結(jié)構(gòu)圖如圖2C所示；然后，對(duì)所述單晶半導(dǎo)體襯底110進(jìn)行退火，使所述含有金屬的半導(dǎo)體薄層122轉(zhuǎn)化成單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123，如圖2D所示；以及
[0040]S130、在所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜130，如圖2E所示。
[0041]進(jìn)一步地，所述金屬薄膜121是通過PVD法沉積在所述單晶半導(dǎo)體襯底110上的。
[0042]進(jìn)一步地，在所述單晶半導(dǎo)體襯底110上沉積金屬薄膜121時(shí)的襯底溫度為O?300。。。
[0043]進(jìn)一步地，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123的厚度為2?llnm。
[0044]進(jìn)一步地，所述退火的溫度為200?900°C。
[0045]進(jìn)一步地，在所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜130的方法為分子束外延法(MBE, Molecular Beam Epitaxy)。
[0046]進(jìn)一步地，在所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜130 的方法為原子層沉積法(ALD, Atomic Layer Deposition)。
[0047]進(jìn)一步地，在所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜130的方法為化學(xué)氣相淀積法(CVD, Chemical Vapor Deposition)。
[0048]其中，上述分子束外延法、原子層沉積法和化學(xué)氣相淀積法是在基底上制備單晶或多晶薄膜的常用方法，本發(fā)明中采用分子束外延法、原子層沉積法或化學(xué)氣相淀積發(fā)制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜130的條件與常規(guī)用分子束外延法、原子層沉積法和化學(xué)氣相淀積法制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜130的原理相同。
[0049]進(jìn)一步地，所述單晶半導(dǎo)體襯底110為單晶硅，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123為單晶金屬硅化物薄膜。[0050]進(jìn)一步地，所述單晶半導(dǎo)體襯底110為單晶鍺，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123為單晶金屬鍺化物薄膜。
[0051]進(jìn)一步地，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123由金屬與所述單晶半導(dǎo)體襯底110反應(yīng)生成，其中，所述金屬為鎳、鈷、鈦、鐿中的任一種，或鎳、鈷、鈦、鐿中的任一種并摻入鉬；摻入一定比例的鉬的目的是提高高溫穩(wěn)定性，為了防止硅化鎳薄層遇到高溫時(shí)發(fā)生結(jié)塊；其它金屬中摻鉬作類似解釋。
[0052]進(jìn)一步地，所述金屬中還摻入了鎢和/或鑰；以進(jìn)一步控制硅化鎳或摻鉬硅化鎳的生長(zhǎng)和鎳/鉬的擴(kuò)散，并增加硅化鎳或摻鉬硅化鎳的穩(wěn)定性；其它金屬中摻鎢和/或鑰作類似解釋。
[0053]當(dāng)然，本發(fā)明中的金屬并不以上述舉例的具體金屬為限，其它能與單晶半導(dǎo)體材料發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生單晶金屬半導(dǎo)體化合物的金屬都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0054]同時(shí)，結(jié)合參考圖2E，本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)包括:
[0055]單晶半導(dǎo)體襯底110;
[0056]位于所述單晶半導(dǎo)體襯底110上的單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123 ;以及
[0057]位于所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123上的單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜130。
[0058]本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)可用于獲得雙極型晶體管，例如當(dāng)所述單晶半導(dǎo)體襯底110為P或N型半導(dǎo)體，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜123為高電導(dǎo)率的金屬，所述單晶半導(dǎo)體薄膜130為P/N/P或N/P/N疊層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，即可獲得PNP或NPN雙極晶體管。由于上述PNP雙極晶體管或NPN雙極晶體管的底部為高電導(dǎo)率的單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜，能夠極大降低寄生串聯(lián)電阻，因此上述PNP或NPN雙極晶體管的開關(guān)速度可以比相應(yīng)的常規(guī)雙極型晶體管的快。
[0059]當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用不限于雙極型晶體管，任何需使用到該半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件或集成電路均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。例如，本發(fā)明中的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例中，可以為單晶硅-單晶金屬硅化物-多晶硅的疊層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的工藝集成中，能夠減少常規(guī)DRAM器件中的單晶硅-多晶硅直接接觸帶來的高接觸電阻和接觸電阻不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。
[0060]綜上所述，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法通過在單晶半導(dǎo)體襯底上先制備單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜，再在單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜，從而得到了由單晶半導(dǎo)體襯底、位于單晶半導(dǎo)體襯底上的單晶金屬硅化物薄膜、以及位于單晶金屬硅化物薄膜上的單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)，該方法簡(jiǎn)單可靠。
[0061]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 提供單晶半導(dǎo)體襯底； 在所述單晶半導(dǎo)體襯底上制備單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜；以及 在所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶半導(dǎo)體薄膜或多晶半導(dǎo)體薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述單晶半導(dǎo)體襯底上制備單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜包括如下步驟: 在所述單晶半導(dǎo)體襯底上沉積金屬薄膜，所述金屬薄膜中的金屬向所述單晶半導(dǎo)體襯底擴(kuò)散； 去除所述單晶半導(dǎo)體襯底表面剩余的金屬薄膜； 對(duì)所述單晶半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火，在所述單晶半導(dǎo)體襯底的表面形成單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述金屬薄膜是通過PVD法沉積在所述單晶半導(dǎo)體襯底上的。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述單晶半導(dǎo)體襯底上沉積金屬薄膜時(shí)的襯底溫度為0~300°C。
5.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜的厚度為2~llnm。
6.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述退火的溫度為200~900°C。
7.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜的方法為分子束外延法。
8.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜的方法為原子層沉積法。
9.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜上制備單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜的方法為化學(xué)氣相淀積法。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述單晶半導(dǎo)體襯底為單晶硅，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜為單晶金屬硅化物薄膜。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述單晶半導(dǎo)體襯底為單晶鍺，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜為單晶金屬鍺化物薄膜。
12.如權(quán)利要求10或11所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜由金屬與所述單晶半導(dǎo)體襯底反應(yīng)生成，其中，所述金屬為鎳、鈷、鈦、鐿中的任一種，或鎳、鈷、鈦、鐿中的任一種并摻入鉬。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述金屬中還摻入了鎢和/或鑰。
14.一種半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)，利用權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體-金屬-半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的制備方法制備而得，其特征在于，包括: 單晶半導(dǎo)體襯底； 位于所述單晶半導(dǎo)體襯底上的單晶金屬半導(dǎo)體化合物薄膜；以及位于所述單晶金屬半導(dǎo)體化 合物薄膜上的單晶或多晶半導(dǎo)體薄膜。
【文檔編號(hào)】H01L21/18GK103474454SQ201310188487
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月20日
【發(fā)明者】吳東平, 張世理, 許 鵬, 周祥標(biāo) 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)