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第27卷第5期半导体学报Vol.27No.5
2006年5月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSMay,2006

溅射SiGe薄膜及其等时等温退火效应3

王光伟1,­茹国平2张建民1曹继华1李炳宗2

(1天津工程师范大学电子工程系,天津300222)
(2上海复旦大学微电子学系,上海200433)

摘要:分别在n2Si(100)和SiO2衬底上用离子束溅射法淀积SiGe薄膜.用俄歇电子谱测定薄膜Ge含量为15%～
16%.对样品进行常规炉退火以考察退火温度和时间对薄膜结晶度的影响.采用X射线衍射确定薄膜物相.发现在

同样退火条件下,SiGe在n2Si衬底上比SiO2上有更高的结晶度.通过曲线拟合,得到平均晶粒尺寸与退火温度和
时间的依赖关系分别是自然指数和近线性的抛物线函数.推断出溅射SiGe薄膜的热退火结晶可能是晶粒生长控
制过程.

关键词:SiGe薄膜;离子束溅射;炉退火;晶粒生长;半导体材料
PACC:6800;8140;8115C
中图分类号:TN3041055文献标识码:A文章编号:025324177(2006)0520846206

相沉积(PECVD)的非晶SiGe(a2Si1-xGex∶H)薄
1引言膜的SPC行为,证实晶粒大小与薄膜最初的无序度
及Ge含量有关[13].还有许多关于SiGe薄膜SPC
活性矩阵液晶显示器(AMLCD)的基本工作单的文献报道,限于篇幅不一一列举.迄今为止,从文
元是薄膜晶体管(TFT).TFT有源层通常是用非晶献资料看,有关离子束溅射SiGe薄膜CFA的研究
Si或多晶Si制作的.TFT技术的两大趋势是更低尚少.
的工艺温度和衬底大面积化.低温工艺允许TFT本文研究目的是CFA对离子束溅射SiGe薄膜
做在玻璃和塑料等一些低成本衬底上,这些衬底材平均晶粒大小和载流子迁移率的影响,即考察平均
料在大面积电子学中发挥重要作用.一般来说,较低晶粒尺寸和载流子迁移率与退火时间及温度之间的
温度下制备的薄膜,其结晶度也较低.在衬底上成核函数关系.
后,有必要采取措施促使晶粒长大以满足器件要
[1]
求.过去几年里,人们对多晶SiGe(poly2Si1-x22实验
[2～6]
Gex)薄膜进行了广泛研究.发现多晶SiGe淀积
和结晶温度比多晶Si低[7],其载流子迁移率较实验用衬底为电阻率为6～9Ω·cm的n2Si
高[7,8],用它作有源层可以提升TFT的性能.在(100)和氧化层厚度约500nm的氧化片.n2Si片和

TFT制造中,Si1-xGex薄膜的固相结晶(SPC)通常氧化片都经过标准RCA清洗.溅射靶材是p2Si上
为热引发,热退火工艺是必不可少的.SPC与成核用导电胶随机粘帖几片纯度优于991999%的高纯
[9]
及晶粒长大直接相关,并决定薄膜的微结构.所锗,其主要杂质为氧和碳.在室温下溅射,Si1-xGex
以,退火工艺参数对TFT特性有非常重要的影响.薄膜名义厚度为100nm.溅射仪真空室的本底气压
在微电子工艺中,常规炉退火(CFA)应用较多,与和工作气压分别是913×10-7和617×10-3Pa.淀积
其它退火方式相比有许多优点,如薄膜表面平整度速率约为2nm/min.淀积完毕,样品在稀氢氟酸
高、均匀性好以及一次可以处理大批量晶片(HF)中漂洗10s以除去自然氧化层和表面沾污,用
等[10,11].Rem等人研究了低压化学气相沉积去离子水冲洗干净,移入退火炉.炉中通有纯度超过

(LPCVD)制备的非晶SiGe薄膜的常规炉退火与快99199%的高纯N2作保护气.退火条件为:(1)等时

速热退火(RTA)效应,发现在SiO2衬底上Si1-x退火的时间固定为3h,退火温度分别为350,600,

Gex薄膜成核较为困难,CFA与RTA结合应是较800和1000℃;(2)等温退火的温度固定为750℃,
好的选择[12].Roh等人研究了等离子体增强化学气退火时间分别为2,6,8和10h.

3天津市高校科技发展基金资助项目(批准号:JW20051201)
­通信作者.Email:[e-mail]
2005209217收到,2005211201定稿Z2006中国电子学会
第5期王光伟等:溅射SiGe薄膜及其等时等温退火效应847

室温下,对不同条件下退火处理的Si1-xGex/Gex薄膜内Ge的分布基本是均匀的.在刚淀积时,

SiO2样品,利用HL5500型霍尔效应测量系统进行溅射出来的原子携带的动能在衬底上转化为热量,

Hall测试.Si1-xGex薄膜样品的组分比由俄歇电子促使Ge向衬底扩散,使得衬底中有低含量的Ge存
谱(AES)测定,测试设备为PHI550ESCA/SAM在.

型,蚀刻电流为5μ