一種應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法及應(yīng)變量子點(diǎn)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法及應(yīng)變量子點(diǎn)。所述制備方法包括以下步驟：在標(biāo)的材料上形成光刻膠，在所述光刻膠上形成多個(gè)注入窗口，進(jìn)行H+離子或He離子注入，去除所述光刻膠，進(jìn)行退火處理，使所述標(biāo)的材料中的H+離子或He離子聚集成H2或He產(chǎn)生氣泡凸起，從而得到標(biāo)的材料的應(yīng)變量子點(diǎn)。本發(fā)明的方法新穎，制備過程簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，應(yīng)變量可觀、可調(diào)；制備過程可控性強(qiáng)，注入窗口的大小、形狀、間距，H+離子或He離子注入的能量、劑量，退火溫度、時(shí)間等工藝參數(shù)均可調(diào)；且方法可用范圍廣，晶體材料均可使用該方法制備應(yīng)變量子點(diǎn)。
【專利說明】
_種應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法及應(yīng)變量子點(diǎn)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法及應(yīng)變量子點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)變半導(dǎo)體材料利用應(yīng)變引發(fā)材料的能帶結(jié)構(gòu)變型來改變電子或空穴的迀移率，相比于未應(yīng)變的半導(dǎo)體材料具有更高的載流子迀移率，因此在MOS器件以及光學(xué)應(yīng)用方面有卓越的表現(xiàn)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件尺寸的持續(xù)縮小，通過提高載流子迀移率以提高器件性能的方法已經(jīng)變得非常迫切，因此在半導(dǎo)體材料中引入適當(dāng)?shù)膹垜?yīng)力具有非常重要的使用價(jià)值。
[0003]目前關(guān)于應(yīng)變半導(dǎo)體材料的研究主要聚焦在應(yīng)變薄膜或應(yīng)變納米線的制備上。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200380100952.0的專利文獻(xiàn)就公開了一種形成應(yīng)變半導(dǎo)體層的方法。該方法包括在具有第一晶格常數(shù)的晶圓上生長(zhǎng)具有漸變摻雜劑分布特性(profile)的應(yīng)變第一半導(dǎo)體層。摻雜劑使第一半導(dǎo)體層具有第二晶格常數(shù)。在所述第一半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)具有第二晶格常數(shù)的應(yīng)變?nèi)叽?boxed)第二半導(dǎo)體層，以及在所述第二半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)具有第一晶格常數(shù)的犧牲第三半導(dǎo)體層。對(duì)第三和第二半導(dǎo)體層進(jìn)行蝕刻退火，去除第三半導(dǎo)體層，并且使第二半導(dǎo)體層被松弛。在當(dāng)前被松弛的第二半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)具有第二晶格常數(shù)的第四半導(dǎo)體層，其中所述第四半導(dǎo)體層是松弛的，以及在第四半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)具有第一半導(dǎo)體晶格常數(shù)的應(yīng)變第五半導(dǎo)體層。該方法制備的應(yīng)變半導(dǎo)體薄膜具有減少半導(dǎo)體層中的位錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410708318.5的專利文獻(xiàn)公開了一種應(yīng)變半導(dǎo)體納米線及其制備方法。該方法在絕緣體層之上形成半導(dǎo)體襯墊部的對(duì)所橫向鄰接的至少一條半導(dǎo)體納米線，部分所述絕緣體層從所述至少一條半導(dǎo)體納米線下方被蝕刻，以使所述至少一條半導(dǎo)體納米線懸置，在所述至少一條半導(dǎo)體納米線之上沉積臨時(shí)填充材料，并且該臨時(shí)填充材料被平面化以使所述半導(dǎo)體襯墊部的對(duì)的頂面物理暴露，在所述半導(dǎo)體襯墊部的對(duì)內(nèi)形成溝槽，并且用應(yīng)力產(chǎn)生材料填充所述溝槽，隨后去除所述臨時(shí)填充材料。得到的半導(dǎo)體納米線以拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變沿縱長(zhǎng)方向發(fā)生應(yīng)變。
[0004]目前這些改變半導(dǎo)體材料應(yīng)力的方法多數(shù)工藝復(fù)雜，成本較高，引入的應(yīng)力有限，且應(yīng)力的大小也不好控制。并且目前應(yīng)變材料多數(shù)均聚焦于應(yīng)變薄膜或應(yīng)變納米線的制備，在應(yīng)變量子點(diǎn)的制備上尚無有效且實(shí)用的制備方式。因此，實(shí)有必要尋求一種工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)施、可控性強(qiáng)的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，以利于應(yīng)變量子點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法及應(yīng)變量子點(diǎn)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的種種問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟:
[0007]在標(biāo)的材料上形成光刻膠；
[0008]在所述光刻膠上形成多個(gè)注入窗口；
[0009]對(duì)形成有所述注入窗口的標(biāo)的材料進(jìn)行H+離子或He離子注入；
[0010]去除所述光刻膠；
[0011]對(duì)去除所述光刻膠后的標(biāo)的材料進(jìn)行退火處理，使所述標(biāo)的材料中的H+離子或He離子聚集成H2或He產(chǎn)生氣泡凸起，得到應(yīng)變量子點(diǎn)。
[0012]優(yōu)選地，所述標(biāo)的材料為晶體材料。
[0013]優(yōu)選地，所述標(biāo)的材料為半導(dǎo)體材料。
[0014]優(yōu)選地，所述標(biāo)的材料選自Si ,Ge、SiGe ,GaAs、GaN、SiC中的一種或多種。
[0015]優(yōu)選地，形成的所述光刻膠的厚度大于Ιμπι。
[0016]優(yōu)選地，在所述光刻膠上形成多個(gè)注入窗口的方法為光刻或電子束曝光。
[0017]優(yōu)選地，所述注入窗口在所述標(biāo)的材料上的投影輪廓為圓形或多邊形。
[0018]優(yōu)選地，所述注入窗口的最大寬度小于ΙΟμπι。
[0019]優(yōu)選地，多個(gè)所述注入窗口周期性有序排列或隨機(jī)分布。
[0020]優(yōu)選地，進(jìn)行H+離子或He離子注入時(shí)，注入能量為10?120keV，注入劑量大于2 X1160
[0021]優(yōu)選地，采用丙酮浸泡的方法去除所述光刻膠。
[0022]優(yōu)選地，進(jìn)行退火處理時(shí)，退火溫度為200°C?800°C。
[0023]優(yōu)選地，進(jìn)行退火處理時(shí)，退火時(shí)間為20?120min。
[0024]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明還提供一種通過上述制備方法得到的應(yīng)變量子點(diǎn)。
[0025]如上所述，本發(fā)明的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法及應(yīng)變量子點(diǎn)，具有以下有益效果:
[0026]本發(fā)明的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，利用H+離子或He離子在退火后聚集形成H2SHe的特點(diǎn)，通過設(shè)置適當(dāng)大小的注入窗口，控制注入劑量及退火溫度等工藝參數(shù)，使其在標(biāo)的材料中產(chǎn)生氣泡凸起，從而達(dá)到制備應(yīng)變量子點(diǎn)的目的。本發(fā)明的制備方法新穎，制備過程簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，應(yīng)變量可觀、可調(diào)。制備過程可控性強(qiáng)，注入窗口的大小、形狀、間距，離子注入的能量、劑量，退火溫度、時(shí)間等工藝參數(shù)均可調(diào)。方法可用范圍廣，理論上所有的晶體材料均可使用該方法制備應(yīng)變量子點(diǎn)。利用該方法制備應(yīng)變半導(dǎo)體材料量子點(diǎn)，應(yīng)變量子點(diǎn)的直徑小于5μηι。
【附圖說明】
[0027]圖1顯示為本發(fā)明提供的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法的示意圖。
[0028]圖2a_2e顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法的流程示意圖。
[0029]元件標(biāo)號(hào)說明
[0030]I標(biāo)的材料[0031 ]2 光刻膠
[0032]201注入窗口
[0033]3應(yīng)變量子點(diǎn)
[0034]SI ?S5 步驟
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0036]需要說明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0037]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟:
[0038]SI在標(biāo)的材料上形成光刻膠；
[0039]S2在所述光刻膠上形成多個(gè)注入窗口 ；
[0040]S3對(duì)形成有所述注入窗口的標(biāo)的材料進(jìn)行H+離子或He離子注入；
[0041]S4去除所述光刻膠；
[0042]S5對(duì)去除所述光刻膠后的標(biāo)的材料進(jìn)行退火處理，使所述標(biāo)的材料中的H+離子或He離子聚集成H2或He產(chǎn)生氣泡凸起，得到應(yīng)變量子點(diǎn)。
[0043]所述標(biāo)的材料為晶體材料，本發(fā)明對(duì)標(biāo)的材料的具體選材不作限制，理論上所有的晶體材料均可作為標(biāo)的材料使用本發(fā)明方法制備應(yīng)變量子點(diǎn)。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述標(biāo)的材料為半導(dǎo)體材料，例如，所述標(biāo)的材料可以是S 1、Ge、SiGe、GaAs、GaN、S i C中的一種或多種，或其他半導(dǎo)體材料。
[0044]在步驟SI中，形成的光刻膠將用于后續(xù)對(duì)H+離子或He離子注入的阻擋，即需要H+離子或He離子只能通過所述注入窗口注入所述標(biāo)的材料，而在其他地方，H+離子或He離子將被光刻膠阻擋，從而使注入的H+離子或He離子僅在所述注入窗口下聚集。因此，為了起到有效的阻擋作用，光刻膠應(yīng)提供足夠厚度，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，形成的所述光刻膠的厚度應(yīng)當(dāng)大于lym。
[0045]在步驟S2中，在所述光刻膠上形成多個(gè)注入窗口的方法可以為光刻或電子束曝光，或其他適合實(shí)施的方法。所述注入窗口在所述標(biāo)的材料上的投影輪廓優(yōu)選為圓形或多邊形，如方形、菱形等。多個(gè)所述注入窗口可以周期性有序排列或隨機(jī)分布。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述注入窗口的最大寬度應(yīng)當(dāng)小于ΙΟμπι。因?yàn)樘蟮淖⑷氪翱跁?huì)導(dǎo)致在一個(gè)窗口內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)氣泡凸起，甚至?xí)捎贖2SHe的聚集量太大導(dǎo)致氣泡破裂。注入窗口間距的選擇可隨意設(shè)計(jì)。
[0046]在步驟S3中，進(jìn)行H+離子或He離子注入時(shí)，注入能量?jī)?yōu)選為10?120keV，注入劑量?jī)?yōu)選為大于2X1016。注入能量的選擇考慮所需氣泡的高度，要保證足夠的凸起高度空間。注入劑量更是一個(gè)重要的調(diào)控參數(shù)，大的注入劑量可以產(chǎn)生更高的氣泡凸起，從而產(chǎn)生更大的應(yīng)變量。但注入劑量不宜過大，以免造成氣泡破裂。
[0047]在步驟S4中，去除所述光刻膠可以采用丙酮浸泡的方法，或其他適合的去膠方法。若光刻膠仍有殘留，還可以采用等離子體打膠的方法打掉殘余的光刻膠。
[0048]在步驟S5中，進(jìn)行退火處理時(shí)，退火溫度優(yōu)選為200°C?800°C，退火時(shí)間優(yōu)選為20?120min。退火溫度要保證H+離子或He離子聚集成出或他，過低的退火溫度不會(huì)產(chǎn)生氣泡凸起。較高的退火溫度可以導(dǎo)致較高的氣泡凸起，但退火溫度過高則可能導(dǎo)致氣泡破裂。標(biāo)的材料中由于H2或He產(chǎn)生氣泡凸起的部分即為應(yīng)變的量子點(diǎn)。
[0049]本發(fā)明的應(yīng)變量子點(diǎn)制備方法創(chuàng)新性的利用H+離子或He離子在退火后聚集形成H2或He的特點(diǎn)，通過設(shè)置適當(dāng)大小的注入窗口，控制注入劑量及退火溫度等工藝參數(shù)，使其在每個(gè)窗口中只有一個(gè)氣泡凸起，從而達(dá)到制備應(yīng)變量子點(diǎn)的目的。制備方法新穎，制備過程簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，應(yīng)變量可觀。通過調(diào)整注入窗口的大小、形狀、間距，離子注入的能量、劑量，退火溫度、時(shí)間等工藝參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)變大小的靈活調(diào)整。
[0050]利用該方法制備應(yīng)變半導(dǎo)體材料量子點(diǎn)，應(yīng)變量子點(diǎn)的直徑小于5μπι。
[0051]下面通過具體的實(shí)例來詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0052]請(qǐng)參閱圖2a_2e，本實(shí)施提供一種應(yīng)變半導(dǎo)體材料量子點(diǎn)的制備方法。
[0053]首先，如圖2a所示，提供標(biāo)的材料I，并在標(biāo)的材料I上旋涂光刻膠2。其中，標(biāo)的材料I為半導(dǎo)體材料，包括但不限于S1、Ge、SiGe、GaAs、GaN、SiC中的一種或多種。形成的光刻膠2的厚度應(yīng)當(dāng)大于Ιμπι，本實(shí)施例優(yōu)選為1.5μπι。
[0054]然后，如圖2b所示，在光刻膠2上通過光刻或電子束曝光形成多個(gè)注入窗口 201。注入窗口 201在標(biāo)的材料I上的投影輪廓優(yōu)選為圓形或方形，注入窗口 201的最大寬度優(yōu)選小于ΙΟμπι，例如可為6μπι。多個(gè)注入窗口 201可以根據(jù)實(shí)際需要周期性有序排列或隨機(jī)分布，各個(gè)注入窗口之間的間距可隨意設(shè)計(jì)，也可根據(jù)實(shí)際需要的應(yīng)變量來調(diào)整，本實(shí)施例不作限制。
[0055]隨后，如圖2c所示，對(duì)形成有注入窗口 201的標(biāo)的材料I進(jìn)行H+離子或He離子注入。其中，注入能量和注入劑量可以根據(jù)實(shí)際需要的應(yīng)變量來靈活調(diào)控，調(diào)控時(shí)需注意，使注入能量介于10?120keV，注入劑量大于2 X 1016。
[0056]離子注入后，如圖2d所示，采用丙酮浸泡的方法去除光刻膠2。若光刻膠2仍有殘留，再采用等離子體打膠的方法打掉殘余的光刻膠2。
[0057]最后，對(duì)去除光刻膠2后的標(biāo)的材料I進(jìn)行退火處理，使標(biāo)的材料I中的H+離子或He離子聚集成H2SHe產(chǎn)生氣泡凸起，得到的凸起部分即為應(yīng)變量子點(diǎn)3，如圖2e所示。進(jìn)行退火處理時(shí)，退火溫度和退火時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際需要的應(yīng)變量來靈活調(diào)控，退火溫度的調(diào)節(jié)范圍是200 0C?800 0C，退火時(shí)間優(yōu)選為I小時(shí)。
[0058]本實(shí)施例得到的應(yīng)變量子點(diǎn)3的直徑小于5μπι。
[0059]綜上所述，本發(fā)明的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，可操作性強(qiáng)，應(yīng)變量可觀、可調(diào)；制備過程可控性強(qiáng)，注入窗口的大小、形狀、間距，離子注入的能量、劑量，退火溫度、時(shí)間等工藝參數(shù)均可靈活調(diào)整;且該方法應(yīng)用范圍廣，除了目前常用的半導(dǎo)體材料，理論上所有的晶體材料均可使用該方法制備應(yīng)變量子點(diǎn)。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0060]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 在標(biāo)的材料上形成光刻膠； 在所述光刻膠上形成多個(gè)注入窗口； 對(duì)形成有所述注入窗口的標(biāo)的材料進(jìn)行H+離子或He離子注入； 去除所述光刻膠； 對(duì)去除所述光刻膠后的標(biāo)的材料進(jìn)行退火處理，使所述標(biāo)的材料中的H+離子或He離子聚集成出或他產(chǎn)生氣泡凸起，得到應(yīng)變量子點(diǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于:所述標(biāo)的材料為晶體材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于:所述標(biāo)的材料為半導(dǎo)體材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于:所述標(biāo)的材料選自S1、Ge、SiGe、GaAs、GaN、SiC 中的一種或多種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于:形成的所述光刻膠的厚度大于lym。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于:在所述光刻膠上形成多個(gè)注入窗口的方法為光刻或電子束曝光。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于:所述注入窗口在所述標(biāo)的材料上的投影輪廓為圓形或多邊形。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于:所述注入窗口的最大寬度小于ΙΟμπι。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于:多個(gè)所述注入窗口周期性有序排列或隨機(jī)分布。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于:進(jìn)行H+離子或He離子注入時(shí)，注入能量為10?120keV，注入劑量大于2 XlO16011.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于:采用丙酮浸泡的方法去除所述光刻膠。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于:進(jìn)行退火處理時(shí)，退火溫度為200°C?800°C。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)變量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于:進(jìn)行退火處理時(shí)，退火時(shí)間為20?120min。14.一種應(yīng)變量子點(diǎn)，其特征在于:利用權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法制備而得。
【文檔編號(hào)】H01L21/265GK105977145SQ201610457787
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】張苗, 賈鵬飛, 薛忠營(yíng), 鄭曉虎, 王剛, 孫銀波, 狄增峰, 王曦
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所