本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種SiGe/Si外延片生長方法。
背景技術(shù)：
近年來,硅基Ⅳ—Ⅳ族兩相合金的光電性質(zhì)和熒光特性受到了科學(xué)界的廣泛關(guān)注,硅基材料，如硅基鍺硅材料，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，其中,鍺硅異質(zhì)結(jié)成為研究的熱點(diǎn)之一，鍺材料由于比較高空穴載流子遷移率而備受關(guān)注，鍺硅材料在研究中都呈現(xiàn)出了遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有硅材料的空穴遷移率，非常適合于應(yīng)用于未來CMOS工藝中制備PMOS器件。
但是由于鍺材料的晶格常數(shù)與硅不同，存在4.2％晶格失配，直接在硅襯底上外延鍺會(huì)產(chǎn)生大量的位錯(cuò)穿通到表面形成缺陷，極大的惡化制備出的MOS器件的性能,無法應(yīng)用于半導(dǎo)體MOS器件的制造。因此，需要提供一種在單晶硅襯底上外延獲得高質(zhì)量的鍺硅材料的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種SiGe/Si外延片生長方法，減小鍺硅材料生長過程中產(chǎn)生的位錯(cuò)，提高硅鍺材料質(zhì)量。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種SiGe/Si外延片生長方法，包括以下步驟：提供并清洗單晶Si襯底；在單晶Si襯底的外延生長面設(shè)置一碳納米管層；在碳納米管層的表面形成摻碳緩沖層，所述摻碳緩沖層中碳含量小于1％；在所述摻碳緩沖層的表面形成晶種緩沖層；在所述晶種緩沖層表面形成SiGe外延層。
優(yōu)選地，清洗單晶Si襯底后立即在單晶Si襯底外延生長面設(shè)置碳納米管層。
優(yōu)選地，外延生長前對設(shè)置有碳納米管層的單晶Si襯底進(jìn)行熱處理，熱處理在氫氣氛圍下進(jìn)行。
優(yōu)選地，外延生長前對設(shè)置有碳納米管層的單晶Si襯底進(jìn)行熱處理，熱處理時(shí)通入0.1sccm～0.5sccmGeH4，溫度范圍650℃～750℃。
優(yōu)選地，所述碳納米管層為包括多個(gè)碳納米管的連續(xù)的整體結(jié)構(gòu)，碳納米管層中多個(gè)碳納米管沿著平行于外延片生長方向延伸。
優(yōu)選地，所述摻碳緩沖層中碳含量0.5％～0.9％。
優(yōu)選地，外延生長在超高真空化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)下進(jìn)行，SiGe外延層低溫生長，生長溫度范圍450℃～550℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：碳納米管層起到選擇性生長的作用，抑制位錯(cuò)生長；Si-Ge鍵比Si-Si鍵要長,而Si-C鍵比Si-Si鍵就短一些,由此,在硅襯底上生長SiGe薄膜時(shí),膜內(nèi)會(huì)存在一定的壓應(yīng)變；相反,在硅襯底上生長SiC時(shí),則會(huì)有拉應(yīng)變，摻碳緩沖層在硅鍺中摻入碳，利用拉伸和壓縮的相反效果會(huì)緩解晶格失配形成的應(yīng)變；通過引入碳納米管層以及摻碳緩沖層共同作用，減少了外延生長過程中的位錯(cuò)，減少了外延片缺陷，提高了鍺硅外延片質(zhì)量。此外，SiGe外延層可在較低溫下生長，在保證缺陷較少的前提下，可以非常有效改善外延層的粗糙度，提高表面質(zhì)量。
具體實(shí)施方式
接下來結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)介紹本發(fā)明所述的一種SiGe/Si外延片生長方法，實(shí)施例在真空度可達(dá)1×10-7Pa的超高真空化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)下進(jìn)行，只用于解釋本發(fā)明，不會(huì)對本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。
實(shí)施例1
一種SiGe/Si外延片生長方法，包括以下步驟：
提供并清洗單晶Si襯底：提供Si(100)晶面單晶Si襯底，常規(guī)方法清洗；
在單晶Si襯底的外延生長面設(shè)置一碳納米管層：清洗單晶Si襯底后立即在單晶Si襯底外延生長面鋪設(shè)碳納米管層，可以及時(shí)將清潔的Si襯底保護(hù)起來，在一定程度上減少清洗后單晶Si表面氧化，有助于提高襯底清潔度，進(jìn)而提高外延片質(zhì)量。碳納米管層包括多個(gè)碳納米管的連續(xù)的整體結(jié)構(gòu)，碳納米管層中多個(gè)碳納米管沿著平行于外延片生長方向延伸。
在碳納米管層的表面形成摻碳緩沖層，所述摻碳緩沖層中碳含量小于1％：將鋪設(shè)有碳納米管層的單晶Si襯底裝入外延生長系統(tǒng),750℃在氫氣氛圍下熱處理，進(jìn)一步去除單晶Si表面雜質(zhì)。600℃下以SiH4、GeH4和SiH3CH3為原料生長碳含量0.8％的摻碳緩沖層SiGeC層，在第Ⅳ主族中,原子半徑由碳、硅、鍺逐漸增大,Si-Ge鍵比Si-Si鍵要長,而Si-C鍵比Si-Si鍵就短一些,由此,在硅襯底上生長SiGe薄膜時(shí),膜內(nèi)會(huì)存在一定的壓應(yīng)變；相反,在硅襯底上生長SiC時(shí),則會(huì)有拉應(yīng)變，如果能在鍺硅外延層中加入適量碳,利用拉伸和壓縮的相反效果會(huì)達(dá)到應(yīng)變的緩解。
在所述摻碳緩沖層的表面形成晶種緩沖層：400℃下以SiH4、GeH4為原料生長SiGe晶種緩沖層。
在所述晶種緩沖層表面形成SiGe外延層：480℃下以SiH4、GeH4為原料生長SiGe外延層。
本實(shí)施例其位錯(cuò)密度低于103cm-2，表面粗糙度在1nm以下。
實(shí)施例2
一種SiGe/Si外延片生長方法，包括以下步驟：
提供并清洗單晶Si襯底：提供Si(100)晶面單晶Si襯底，常規(guī)方法清洗；
在單晶Si襯底的外延生長面設(shè)置一碳納米管層：清洗單晶Si襯底后立即在單晶Si襯底外延生長面鋪設(shè)碳納米管層。碳納米管層包括多個(gè)碳納米管的連續(xù)的整體結(jié)構(gòu)，碳納米管層中多個(gè)碳納米管沿著平行于外延片生長方向延伸。
在碳納米管層的表面形成摻碳緩沖層，所述摻碳緩沖層中碳含量小于1％：將鋪設(shè)有碳納米管層的單晶Si襯底裝入外延生長系統(tǒng),650℃在氫氣氛圍下熱處理，熱處理時(shí)通入0.1sccmGeH4，進(jìn)一步去除單晶Si表面雜質(zhì)。600℃下以SiH4、GeH4和SiH3CH3為原料生長碳含量0.5％的摻碳緩沖層SiGeC層。
在所述摻碳緩沖層的表面形成晶種緩沖層：400℃下以SiH4、GeH4為原料生長SiGe晶種緩沖層。
在所述晶種緩沖層表面形成SiGe外延層：520℃下以SiH4、GeH4為原料生長SiGe外延層。
本實(shí)施例其位錯(cuò)密度低于103cm-2，表面粗糙度在1nm以下。