一种半导体-金属-半导体叠层结构及其制备方法

摘要

本发明公开了一种半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，该方法通过在单晶半导体衬底上先制备超薄的单晶金属半导体化合物薄膜，再在单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶或多晶半导体薄膜，从而得到了由单晶半导体衬底、位于单晶半导体衬底上的超薄单晶金属硅化物薄膜、以及位于单晶金属硅化物薄膜上的单晶或多晶半导体薄膜构成的叠层结构，该方法简单可靠。

权利要求

1.一种半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：提供单晶半导体衬底；

在所述单晶半导体衬底上制备单晶金属半导体化合物薄膜；以及在所述单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶半导体薄膜或多晶半导体薄膜。

2.如权利要求1所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，在所述单晶半导体衬底上制备单晶金属半导体化合物薄膜包括如下步骤：在所述单晶半导体衬底上沉积金属薄膜，所述金属薄膜中的金属向所述单晶半导体衬底扩散；

去除所述单晶半导体衬底表面剩余的金属薄膜；

对所述单晶半导体衬底进行退火，在所述单晶半导体衬底的表面形成单晶金属半导体化合物薄膜。

3.如权利要求2所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，所述金属薄膜是通过PVD法沉积在所述单晶半导体衬底上的。

4.如权利要求3所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，在所述单晶半导体衬底上沉积金属薄膜时的衬底温度为0～300℃。

5.如权利要求2所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，所述单晶金属半导体化合物薄膜的厚度为2～11nm。

6.如权利要求2所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为200～900℃。

7.如权利要求2所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，在所述单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶或多晶半导体薄膜的方法为分子束外延法。

8.如权利要求2所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，在所述单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶或多晶半导体薄膜的方法为原子层沉积法。

9.如权利要求2所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，在所述单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶或多晶半导体薄膜的方法为化学气相淀积法。

10.如权利要求1所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，所述单晶半导体衬底为单晶硅，所述单晶金属半导体化合物薄膜为单晶金属硅化物薄膜。

11.如权利要求1所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，所述单晶半导体衬底为单晶锗，所述单晶金属半导体化合物薄膜为单晶金属锗化物薄膜。

12.如权利要求10或11所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，所述单晶金属半导体化合物薄膜由金属与所述单晶半导体衬底反应生成，其中，所述金属为镍、钴、钛、镱中的任一种，或镍、钴、钛、镱中的任一种并掺入铂。

13.如权利要求12所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，其特征在于，所述金属中还掺入了钨和/或钼。

14.一种半导体-金属-半导体叠层结构，利用权利要求1至13中任一项所述的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法制备而得，其特征在于，包括：单晶半导体衬底；

位于所述单晶半导体衬底上的单晶金属半导体化合物薄膜；以及位于所述单晶金属半导体化合物薄膜上的单晶或多晶半导体薄膜。

说明书

一种半导体-金属-半导体叠层结构及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法及对应的半导体-金属-半导体叠层结构。

背景技术

[0002] 由于硅材料具有耐高温、抗辐射性能较好、特别适宜制作大功率器件的特性而成为应用最多的一种半导体材料，目前的集成电路半导体器件大多数是用硅材料制造的。

[0003] 伴随着硅半导体材料微加工技术的日益发达、以及电子行业对薄膜材料与半导体材料集成微型元器件的需求,单晶硅衬底上薄膜材料的生长将更具实用价值。

[0004] 单晶硅衬底上可生长多层同类或不同类的薄膜结构，例如，单晶硅衬底上可先生长第一层薄膜，再在第一层薄膜上生长第二层薄膜......直至生长第N层薄膜。其中，上述各层薄膜可为半导体薄膜、金属薄膜或金属硅化物薄膜等。

[0005] 在各种薄膜组合结构中，由单晶硅衬底、位于单晶硅衬底上的金属硅化物薄膜、以及位于金属硅化物薄膜上的单晶或多晶硅薄膜构成的叠层结构由于结合了单晶硅薄膜的优点及金属硅化物薄膜的优点，而成为极具发展潜力的组合结构。

[0006] 然而，要在金属硅化物薄膜上制备单晶硅薄膜必需满足的前提条件是该金属硅化物薄膜的结构为单晶结构，即为单晶金属硅化物薄膜。而目前现有技术制备得到的金属硅化物薄膜大多为多晶或非晶金属硅化物薄膜。因而，在现有技术的基础上无法得到由单晶硅衬底、位于单晶硅衬底上的金属硅化物薄膜、以及位于金属硅化物薄膜上的单晶硅薄膜构成的叠层结构。

[0007] 因此，如何制备由单晶硅衬底、位于单晶硅衬底上的单晶金属硅化物薄膜、以及位于单晶金属硅化物薄膜上的单晶或多晶硅薄膜构成的叠层结构，已成为目前业界面临的关键技术问题之一。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种半导体-金属-半导体叠层结构及其制备方法，以实现在单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶或多晶半导体。

[0009] 为解决上述问题，本发明提出一种半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，该方法包括如下步骤：

[0010] 提供单晶半导体衬底；

[0011] 在所述单晶半导体衬底上制备单晶金属半导体化合物薄膜；以及

[0012] 在所述单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶或多晶半导体薄膜。

[0013] 可选的，在所述单晶半导体衬底上制备单晶金属半导体化合物薄膜包括如下步骤：

[0014] 在所述单晶半导体衬底上沉积金属薄膜，所述金属薄膜中的金属向所述单晶半导体衬底扩散；

[0015] 去除所述单晶半导体衬底表面剩余的金属薄膜；

[0016] 对所述单晶半导体衬底进行退火，在所述单晶半导体衬底的表面形成单晶金属半导体化合物薄膜。

[0017] 可选的，所述金属薄膜是通过PVD法沉积在所述单晶半导体衬底上的。

[0018] 可选的，在所述单晶半导体衬底上沉积金属薄膜时的衬底温度为0～300℃。

[0019] 可选的，所述单晶金属半导体化合物薄膜的厚度为2～11nm。

[0020] 可选的，所述退火的温度为200～900℃。

[0021] 可选的，在所述单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶或多晶半导体薄膜的方法为分子束外延法。

[0022] 可选的，在所述单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶或多晶半导体薄膜的方法为原子层沉积法。

[0023] 可选的，在所述单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶或多晶半导体薄膜的方法为化学气相淀积法。

[0024] 可选的，所述单晶半导体衬底为单晶硅，所述单晶金属半导体化合物薄膜为单晶金属硅化物薄膜。

[0025] 可选的，所述单晶半导体衬底为单晶锗，所述单晶金属半导体化合物薄膜为单晶金属锗化物薄膜。

[0026] 可选的，所述单晶金属半导体化合物薄膜由金属与所述单晶半导体衬底反应生成，其中，所述金属为镍、钴、钛、镱中的任一种，或镍、钴、钛、镱中的任一种并掺入铂。

[0027] 可选的，所述金属中还掺入了钨和/或钼。

[0028] 同时，本发明还提出一种利用上述方法制备而得的半导体-金属-半导体叠层结构，该叠层结构包括：

[0029] 单晶半导体衬底；

[0030] 位于所述单晶半导体衬底上的单晶金属半导体化合物薄膜；以及

[0031] 位于所述单晶金属半导体化合物薄膜上的单晶或多晶半导体薄膜。

[0032] 与现有技术相比，本发明提供的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法通过在单晶半导体衬底上先制备单晶金属半导体化合物薄膜，再在单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶或多晶半导体薄膜，从而得到了由单晶半导体衬底、位于单晶半导体衬底上的单晶金属硅化物薄膜、以及位于单晶金属硅化物薄膜上的单晶或多晶半导体薄膜构成的叠层结构。

附图说明

[0033] 图1为本发明实施例提供的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法的流程图；

[0034] 图2A至图2E为本发明实施例提供的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法各流程对应的结构的剖面示意图。

具体实施方式

[0035] 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法方法及对应的半导体-金属-半导体叠层结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

[0036] 本发明的核心思想在于，提供一种半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，该方法通过在单晶半导体衬底上先制备单晶金属半导体化合物薄膜，再在单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶或多晶半导体薄膜，从而得到了由单晶半导体衬底、位于单晶半导体衬底上的单晶金属硅化物薄膜、以及位于单晶金属硅化物薄膜上的单晶或多晶半导体薄膜构成的叠层结构。

[0037] 请参考图1，图2A至图2E，其中，图1为本发明实施例提供的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法的流程图，图2A至图2E为本发明实施例提供的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法各流程对应的结构的剖面示意图，结合图1以及图2A至图2E，本发明实施例提供的半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法包括如下步骤：

[0038] S110、提供单晶半导体衬底110，如图2A所示；

[0039] S120、在所述单晶半导体衬底110上制备单晶金属半导体化合物薄膜123；具体的，首先在所述单晶半导体衬底110上沉积金属薄膜121，如图2B所示；所述金属薄膜121中的金属向所述单晶半导体衬底110扩散，在所述单晶半导体衬底110的表面形成一层含有金属的半导体薄层122；接着，去除所述单晶半导体衬底110表面剩余的金属薄膜121；去除所述单晶半导体衬底110表面剩余的金属薄膜121后的结构图如图2C所示；然后，对所述单晶半导体衬底110进行退火，使所述含有金属的半导体薄层122转化成单晶金属半导体化合物薄膜123，如图2D所示；以及

[0040] S130、在所述单晶金属半导体化合物薄膜123上制备单晶或多晶半导体薄膜130,如图2E所示。

[0041] 进一步地，所述金属薄膜121是通过PVD法沉积在所述单晶半导体衬底110上的。

[0042] 进一步地，在所述单晶半导体衬底110上沉积金属薄膜121时的衬底温度为0～300℃。

[0043] 进一步地，所述单晶金属半导体化合物薄膜123的厚度为2～11nm。

[0044] 进一步地，所述退火的温度为200～900℃。

[0045] 进一步地，在所述单晶金属半导体化合物薄膜123上制备单晶或多晶半导体薄膜130的方法为分子束外延法（MBE,Molecular Beam Epitaxy）。

[0046] 进一步地，在所述单晶金属半导体化合物薄膜123上制备单晶或多晶半导体薄膜130的方法为原子层沉积法（ALD,Atomic Layer Deposition）。

[0047] 进一步地，在所述单晶金属半导体化合物薄膜123上制备单晶或多晶半导体薄膜130的方法为化学气相淀积法（CVD,Chemical Vapor Deposition）。

[0048] 其中，上述分子束外延法、原子层沉积法和化学气相淀积法是在基底上制备单晶或多晶薄膜的常用方法，本发明中采用分子束外延法、原子层沉积法或化学气相淀积发制备单晶或多晶半导体薄膜130的条件与常规用分子束外延法、原子层沉积法和化学气相淀积法制备单晶或多晶半导体薄膜130的原理相同。

[0049] 进一步地，所述单晶半导体衬底110为单晶硅，所述单晶金属半导体化合物薄膜123为单晶金属硅化物薄膜。

[0050] 进一步地，所述单晶半导体衬底110为单晶锗，所述单晶金属半导体化合物薄膜123为单晶金属锗化物薄膜。

[0051] 进一步地，所述单晶金属半导体化合物薄膜123由金属与所述单晶半导体衬底110反应生成，其中，所述金属为镍、钴、钛、镱中的任一种，或镍、钴、钛、镱中的任一种并掺入铂；掺入一定比例的铂的目的是提高高温稳定性，为了防止硅化镍薄层遇到高温时发生结块；其它金属中掺铂作类似解释。

[0052] 进一步地，所述金属中还掺入了钨和/或钼；以进一步控制硅化镍或掺铂硅化镍的生长和镍/铂的扩散，并增加硅化镍或掺铂硅化镍的稳定性；其它金属中掺钨和/或钼作类似解释。

[0053] 当然，本发明中的金属并不以上述举例的具体金属为限，其它能与单晶半导体材料发生反应，产生单晶金属半导体化合物的金属都在本发明的保护范围之内。

[0054] 同时，结合参考图2E，本发明实施例提供的半导体-金属-半导体叠层结构包括：

[0055] 单晶半导体衬底110；

[0056] 位于所述单晶半导体衬底110上的单晶金属半导体化合物薄膜123；以及[0057] 位于所述单晶金属半导体化合物薄膜123上的单晶或多晶半导体薄膜130。

[0058] 本发明实施例提供的半导体-金属-半导体叠层结构可用于获得双极型晶体管，例如当所述单晶半导体衬底110为P或N型半导体，所述单晶金属半导体化合物薄膜123为高电导率的金属，所述单晶半导体薄膜130为P/N/P或N/P/N叠层半导体结构，即可获得PNP或NPN双极晶体管。由于上述PNP双极晶体管或NPN双极晶体管的底部为高电导率的单晶金属半导体化合物薄膜，能够极大降低寄生串联电阻，因此上述PNP或NPN双极晶体管的开关速度可以比相应的常规双极型晶体管的快。

[0059] 当然，本发明实施例提供的半导体-金属-半导体叠层结构的应用不限于双极型晶体管，任何需使用到该半导体-金属-半导体叠层结构的半导体器件或集成电路均在本发明的保护范围之内。例如，本发明中的半导体-金属-半导体叠层结构的一个实施例中，可以为单晶硅-单晶金属硅化物-多晶硅的叠层结构，该结构可以应用于动态随机存取存储器（DRAM）的工艺集成中，能够减少常规DRAM器件中的单晶硅-多晶硅直接接触带来的高接触电阻和接触电阻不稳定的风险。

[0060] 综上所述，本发明提供了一种半导体-金属-半导体叠层结构的制备方法，该方法通过在单晶半导体衬底上先制备单晶金属半导体化合物薄膜，再在单晶金属半导体化合物薄膜上制备单晶或多晶半导体薄膜，从而得到了由单晶半导体衬底、位于单晶半导体衬底上的单晶金属硅化物薄膜、以及位于单晶金属硅化物薄膜上的单晶或多晶半导体薄膜构成的叠层结构，该方法简单可靠。

[0061] 显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。