專利名稱：鍺硅襯底的生長方法以及鍺硅襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于鍺硅襯底的生長方法以及鍺硅襯底，特別涉及具有高晶體質(zhì)量的鍺硅襯底的生長方法以及鍺硅襯底。
背景技術(shù)：
芯片制造業(yè)仍遵循摩爾定律向450 mm大尺寸晶圓、納米級光刻線寬、高精度、高效率、低成本方向發(fā)展。2004年以來，很多國際頂級半導(dǎo)體廠商紛紛采用90 nm工藝生產(chǎn)集成電路IC芯片，90 nm制程的啟動，標(biāo)志著芯片制造業(yè)已進(jìn)入100 nm至0. 1 nm尺度范圍內(nèi)的納米技術(shù)時代。但在進(jìn)一步提高芯片的集成度、運(yùn)行速度以及減小集成電路的特征尺寸方面遇到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的材料和工藝正接近它們的物理極限，因此必須在材料和工藝上有新的重大突破。2004年，intel在其90 nm制程中引入了工藝致應(yīng)變硅溝道。2007 年，intel的45 nm制程進(jìn)入量產(chǎn)，首次引入了高k柵極介質(zhì)和金屬柵極材料。2009年2月 10日，intel發(fā)布了用32 nm制程制造的新型處理器，并且在2009年第4季度，其生產(chǎn)技術(shù)將全面由45 nm轉(zhuǎn)向32 nm，目前更先進(jìn)的22 nm制程正處于研發(fā)階段，預(yù)計(jì)2012年將正式進(jìn)入量產(chǎn)。隨著特征尺寸進(jìn)入到22 nm以下時代，鍺材料因其快速的空穴遷移率再一次引起了人們的重視，并且鍺材料和III-V族材料的結(jié)合成為未來微電子技術(shù)的一個重要的發(fā)展方向。硅基襯底材料，如絕緣體上應(yīng)變硅、絕緣體上應(yīng)變鍺硅等高速襯底材料一方面具有比硅高的多的載流子遷移率，另一方面他們的器件制備工藝可以同傳統(tǒng)的硅器件工藝兼容，因而得到研究領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)界的高度重視。無論是制備絕緣體上應(yīng)變硅、絕緣體上應(yīng)變鍺硅材料，均是通過層轉(zhuǎn)移的辦法獲得。因此，在單晶硅襯底上外延獲得高質(zhì)量的鍺硅材料成為制備制備絕緣體上應(yīng)變硅、絕緣體上應(yīng)變鍺硅材料的基礎(chǔ)和前提。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠提高晶體質(zhì)量的鍺硅襯底的生長方法以及鍺硅襯底。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種鍺硅襯底的生長方法，包括如下步驟提供單晶硅支撐襯底；在單晶硅支撐襯底表面形成籽晶層，所述籽晶層的材料為單晶鍺硅；在籽晶層的表面形成插入層，所述插入層的材料為鍺組分大于籽晶層中鍺組分的單晶鍺硅； 在插入層的表面形成鍺硅晶體層。作為可選的技術(shù)方案，所述鍺硅晶體層由固定組分的鍺硅晶體或者漸變組分的鍺硅晶體構(gòu)成。作為可選的技術(shù)方案，所述生長插入層的步驟進(jìn)一步包括多次交替實(shí)施生長第一插入層的步驟和第二插入層的步驟，以獲得第一插入層和第二插入層的堆疊結(jié)構(gòu)，所述第一插入層和第二插入層均為單晶鍺硅層，且第一插入層與第二插入層具有不同的鍺組分；所述第一插入層和第二插入層的總厚度為5nm至1 μ m。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種鍺硅襯底，包括單晶硅支撐襯底、籽晶層和鍺硅晶體層以及設(shè)置于前籽晶層和鍺硅晶體層之間的插入層，所述籽晶層的材料為單晶鍺硅，所述插入層的材料為鍺組分大于籽晶層中鍺組分的單晶鍺硅。作為可選的技術(shù)方案，所述插入層進(jìn)一步包括由多個第一插入層和多個第二插入層交替設(shè)置構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)，所述第一插入層和第二插入層均為單晶鍺硅層，且第一插入層與第二插入層具有不同的鍺組分。作為可選的技術(shù)方案，所述第一插入層和第二插入層的總厚度為5 nm至1 μ m。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過引入鍺組分較大的鍺硅插入層作為晶體缺陷的吸收層， 在此基礎(chǔ)上外延，可以獲得高質(zhì)量外延的鍺硅材料。


附圖1所示是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟示意圖。附圖2A至附圖2E所示是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的工藝示意圖。
具體實(shí)施例方式接下來結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明所述一種鍺硅襯底的生長方法以及鍺硅襯底具體實(shí)施方式
。附圖1所示是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟示意圖，包括步驟S10，提供單晶硅支撐襯底；步驟S11，在單晶硅支撐襯底表面生長籽晶層；步驟S12，在籽晶層表面形成第一插入層，所述第一插入層的材料為為鍺組分大于籽晶層中鍺組分的單晶鍺硅；步驟S13， 在第一插入層的表面形成第二插入層，所述第二插入層的材料為為鍺組分大于籽晶層中鍺組分的單晶鍺硅，且第一插入層與第二插入層具有不同的鍺組分；步驟S14，在第二插入層的表面形成鍺硅晶體層。附圖2A至附圖2E所示是本具體實(shí)施方式
的工藝示意圖。附圖2A所示，參考步驟S10，提供單晶硅支撐襯底100。所述支撐襯底100除普通的單晶硅體材料之外，也可以是包括SOI襯底和圖形襯底在內(nèi)的各種工程化的襯底。附圖2B所示，參考步驟S11，在支撐襯底100表面生長籽晶層101，籽晶層101的材料與后續(xù)生長的鍺硅晶體層的材料相同。籽晶層101的厚度為小于lMffl，優(yōu)化為100 nm。作為可選的步驟，還可以在生長籽晶層之前首先生長緩沖層，緩沖層的材料與支撐襯底100的材料相同。緩沖層的厚度為小于lMffl，優(yōu)化為lOnm。此步驟為可選步驟，其目的為減小單晶硅支撐襯底100表面損傷和缺陷對后續(xù)外延的影響。附圖2C所示，參考步驟S12，在籽晶層101表面形成第一插入層110，所述第一插入層110的材料為單晶鍺硅。第一插入層110的材料為鍺組分大于籽晶層101中鍺組分的單晶鍺硅。插入層120的目的在于作為晶體缺陷的陷阱層，吸收籽晶層101在生長時由于晶格失配等原因產(chǎn)生的晶格缺陷，實(shí)驗(yàn)表明，插入層的鍺組分大于籽晶層101中鍺組分有利于吸收晶格缺陷，特別是吸收在外延界面產(chǎn)生的晶格失配位錯和線位錯。生長可以采用外延工藝，反應(yīng)氣體為GeH4和二氯硅烷(DCS)，Ge組分由鍺烷流量控制，以Sia8Gea2為例， GeH4流量為25sCCm，DCS流量為75毫升/分鐘，生長溫度為650°C，H2流量為20升/分鐘，第一插入層Iio的生長厚度為Inm至lMm，優(yōu)化為50 nm。附圖2D所示，參考步驟S13，在第一插入層110的表面形成第二插入層120，所述第二插入層120的材料亦為為鍺組分大于籽晶層101中鍺組分的單晶鍺硅。第二插入層 120的生長工藝參見前一步驟的敘述，生長厚度為Inm至lMm，優(yōu)化為50 nm。所述第一插入層110和第二插入層120均為單晶鍺硅層，且第一插入層110與第二插入層120具有不同的鍺組分，這有利于進(jìn)一步吸收晶格缺陷。上述步驟S12和S13可以多次重復(fù)，形成多層堆疊結(jié)構(gòu)，以反復(fù)多次的吸收更多的晶格缺陷，所述第一插入層110和第二插入層120構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)的總厚度為5 nm至1 μ m,并優(yōu)化為50nm。附圖2E所示，參考步驟S14，在第二插入層120的表面形成鍺硅晶體層130。此步驟中的鍺硅晶體層130既可以是固定組分的鍺硅材料，也可以是馳豫的漸變組分鍺硅材料，如果外延漸變鍺硅材料，以第二插入層120的材料為硅單晶，目標(biāo)為Sia6Gea4為例，先外延IMm的Sia Wq1，隨后外延IMm的Sia8Gq2,再外延IMm的Sia7Gq3，最終外延IMm的 Sia6Gea4，即優(yōu)化生長為以10%的Ge濃度作為生長梯度進(jìn)行，每層厚度優(yōu)化為lMm。如果外延固定組分的鍺硅晶體層130，則直接在第二插入層120上生長即可，在直接生長的情況下，固定組分的鍺硅晶體層130應(yīng)當(dāng)是應(yīng)變材料。綜上所述，雖然本發(fā)明已用較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所申請的專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種鍺硅襯底的生長方法，其特征在于，包括如下步驟提供單晶硅支撐襯底；在單晶硅支撐襯底表面形成籽晶層，所述籽晶層的材料為單晶鍺硅；在籽晶層的表面形成插入層，所述插入層的材料為鍺組分大于籽晶層中鍺組分的單晶鍺硅；在插入層的表面形成鍺硅晶體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺硅襯底的生長方法，其特征在于，所述鍺硅晶體層由固定組分的鍺硅晶體或者漸變組分的鍺硅晶體構(gòu)成。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺硅襯底的生長方法，其特征在于，所述生長插入層的步驟進(jìn)一步包括多次交替實(shí)施生長第一插入層的步驟和第二插入層的步驟，以獲得第一插入層和第二插入層的堆疊結(jié)構(gòu)，所述第一插入層和第二插入層均為單晶鍺硅層，且第一插入層與第二插入層具有不同的鍺組分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鍺硅襯底的生長方法，其特征在于，所述第一插入層和第二插入層的總厚度為5nm至1 μπι。
5.一種鍺硅襯底，包括單晶硅支撐襯底、籽晶層和鍺硅晶體層以及設(shè)置于前籽晶層和鍺硅晶體層之間的插入層，所述籽晶層的材料為單晶鍺硅，其特征在于，所述插入層的材料為鍺組分大于籽晶層中鍺組分的單晶鍺硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鍺硅襯底，其特征在于，所述插入層進(jìn)一步包括由多個第一插入層和多個第二插入層交替設(shè)置構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)，所述第一插入層和第二插入層均為單晶鍺硅層，且第一插入層與第二插入層具有不同的鍺組分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鍺硅襯底，其特征在于，所述第一插入層和第二插入層的總厚度為5 nm至1 μπι。
全文摘要
一種鍺硅襯底的生長方法，包括如下步驟提供單晶硅支撐襯底；在單晶硅支撐襯底表面形成籽晶層，所述籽晶層的材料為單晶鍺硅；在籽晶層的表面形成插入層，所述插入層的材料為鍺組分大于籽晶層中鍺組分的單晶鍺硅；在插入層的表面形成鍺硅晶體層。
文檔編號H01L29/00GK102386068SQ201110215670
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者張峰, 張苗, 曹共柏, 王曦, 薛忠營, 魏星 申請人:上海新傲科技股份有限公司, 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所