專利名稱：鍺襯底的生長方法以及鍺襯底的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于鍺襯底的生長方法以及鍺襯底，特別涉及具有高晶體質量的鍺襯底的生長方法以及鍺襯底。
背景技術：
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，很多國際頂級半導體廠商紛紛采用90 nm工藝生產集成電路IC芯片，90 nm制程的啟動，標志著芯片制造業(yè)已進入100 nm至0. 1 nm尺度范圍內的納米技術時代。但在進一步提高芯片的集成度、運行速度以及減小集成電路的特征尺寸方面遇到了嚴峻的挑戰(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變硅溝道。2007 年，intel的45 nm制程進入量產，首次引入了高k柵極介質和金屬柵極材料。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，其生產技術將全面由45 nm轉向32 nm，目前更先進的22 nm制程正處于研發(fā)階段，預計2012年將正式進入量產。隨著特征尺寸進入到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族材料的結合成為未來微電子技術的一個重要的發(fā)展方向。目前，單晶鍺襯底得最大尺寸為6寸，無法與當前主流的8-12寸工藝兼容。而在單晶硅襯底上外延單晶鍺層更容易與目前的半導體工藝兼容。因此，在單晶硅襯底上外延無缺陷的單晶鍺層成為重要的技術發(fā)展方向。但是，由于硅和鍺之間存在較大的晶格失配， 因此，外延的單晶鍺層具有很大的位錯密度，其晶體質量較差。此外，由于Si和Ge之間晶格的不匹配，共格生長得到的Ge層應為應變Ge層，無法獲得一層馳豫的Ge單晶層。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種具有高晶體質量的鍺襯底的生長方法以及鍺襯底。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種鍺襯底的生長方法，包括如下步驟提供支撐襯底，所述支撐襯底為晶體材料；在支撐襯底表面采用第一溫度外延生長第一鍺晶體層； 在第一鍺晶體層表面采用第二溫度外延生長第二鍺晶體層，所述第一溫度低于第二溫度。作為可選的技術方案，多次交替實施生長第一鍺晶體層的步驟和第二鍺晶體層的步驟，獲得第一鍺晶體層和第二鍺晶體層的堆疊結構。作為可選的技術方案，在首次生長第一鍺晶體層之前進一步包括如下步驟在支撐襯底表面生長緩沖層，緩沖層的材料與支撐襯底的材料相同，后續(xù)第一鍺晶體生長于緩沖層的表面。作為可選的技術方案，所述支撐襯底的材料為單晶硅。作為可選的技術方案，所述第一溫度和第二溫度的取值范圍均是200°C至900°C。
作為可選的技術方案，在生長第一鍺晶體層之后進一步包括如下步驟對第一鍺晶體層實施原位退火。作為可選的技術方案，在生長第二鍺晶體層之后進一步包括如下步驟對第二鍺晶體層實施原位退火。作為可選的技術方案，所述對第一鍺晶體層和第二鍺晶體層實施原位退火的步驟中，原位退火的溫度范圍是550°C至900°C，退火氣氛為氫氣。作為可選的技術方案，在對第二鍺晶體層實施原位退火之后進一步包括如下步驟在第二鍺晶體層表面采用第二溫度外延生長第三鍺晶體層。一種鍺襯底，包括支撐襯底和外延生長于支撐襯底表面的鍺晶體層，所述支撐襯底為晶體材料，所述鍺晶體層至少包括一采用第一溫度外延生長的第一鍺晶體層，和一采用第二溫度外延生長的第二鍺晶體層，所述第一溫度低于第二溫度。本發(fā)明的優(yōu)點在于提出了一種低高溫鍺外延結合的生長工藝，首先低溫生長一層鍺層，鍺外延生長速度低，具有二維生長特性且完全弛豫，這層薄的低溫鍺層具有較多的缺陷，易于應力馳豫以及位錯湮滅，隨后，再高溫生長一層鍺外延層，該層生長速度快，能夠得到具有高晶體質量且完全馳豫的單晶鍺層。


附圖1所示是本發(fā)明第一具體實施方式
的實施步驟示意圖。附圖2A至附圖2D所示是本發(fā)明第一具體實施方式
的工藝示意圖。附圖3所示是本發(fā)明第二具體實施方式
的實施步驟示意圖。
具體實施例方式接下來結合附圖詳細介紹本發(fā)明所述一種鍺襯底的生長方法以及鍺襯底的具體實施方式
。首先給出本發(fā)明的第一具體實施方式
。附圖1所示是本發(fā)明第一具體實施方式
的實施步驟示意圖，包括步驟S10，提供支撐襯底，所述支撐襯底為晶體材料；步驟S11，在支撐襯底表面生長緩沖層，緩沖層的材料與支撐襯底的材料相同；步驟S12，在緩沖層表面采用第一溫度外延生長第一鍺晶體層； 步驟S13，對第一鍺晶體層實施原位退火；步驟S14，在第一鍺晶體層表面采用第二溫度生長第二鍺晶體層，所述第一溫度低于第二溫度；步驟S15，對第二鍺晶體層實施原位退火。附圖2A至附圖2D所示是本具體實施方式
的工藝示意圖。附圖2A所示，參考步驟S10，提供支撐襯底100，所述支撐襯底100為晶體材料，例如可以是單晶硅、單晶鍺硅、碳化硅，以及各種III-V族半導體材料以及藍寶石等，也可以是包括SOI襯底和圖形襯底在內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表面生長緩沖層101，緩沖層101的材料與支撐襯底100的材料相同。緩沖層101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，在緩沖層101表面采用第一溫度外延生長第一鍺晶體層110。所述第一溫度范圍為200至900°C，優(yōu)化為400°C，第一鍺晶體層110的厚度范圍是為10 nm至lMm，優(yōu)化為200 nm。參考步驟S13，對第一鍺晶體層110實施原位退火。本步驟為可選步驟，退火的溫度范圍為550至900°C，優(yōu)化為800°C，H2或者其他惰性氣體等保護氣氛下，可以為常壓，也可以是減壓，優(yōu)化壓強為10 Torr，退火時間為1分鐘至5小時，優(yōu)化為1小時。附圖2D所示，參考步驟S14，在第一鍺晶體層110表面采用第二溫度生長第二鍺晶體層120，所述第一溫度低于第二溫度。外延溫度為200至900°C，優(yōu)化為650°C。本步驟實施完畢后，應當控制第一鍺晶體層110和第二鍺晶體層120的總厚度至所需要的厚度，例如
IMflio參考步驟S15，對第二鍺晶體層120實施原位退火。本步驟請參考對步驟S13的解釋說明。以上步驟S12采用低溫條件生長鍺晶體，外延生長速度低，具有二維生長特性且完全弛豫，而這層薄的低溫鍺層具有較多的缺陷；而步驟S14采用高溫條件生長鍺晶體，外延速度快，這層高溫鍺層可以降低缺陷密度；步驟S13和S15的退火則進一步降低缺陷密度和表面粗糙度。生長低溫鍺晶體層的目的在于使鍺晶體弛豫以降低晶格適配應力，故步驟S12至 S15是可以循環(huán)實施的，以充分發(fā)揮低溫生長鍺晶體降低晶格適配應力這一技術效果。若循環(huán)實施步驟S22至S25，則在循環(huán)過程中并不直接將總厚度生長至目標厚度，而是為后續(xù)生長保留一余量，直至最后一步高溫外延工藝才將總厚度生長至目標厚度。接下來給出本發(fā)明的第二具體實施方式
。附圖3所示是本發(fā)明第二具體實施方式
的實施步驟示意圖，包括步驟S30，提供支撐襯底，所述支撐襯底為晶體材料；步驟S31，在支撐襯底表面生長緩沖層，緩沖層的材料與支撐襯底的材料相同；步驟S32，在緩沖層表面采用第一溫度外延生長第一鍺晶體層； 步驟S33，對第一鍺晶體層實施原位退火；步驟S34，在第一鍺晶體層表面采用第二溫度生長第二鍺晶體層，所述第一溫度低于第二溫度；步驟S35，對第二鍺晶體層實施原位退火； 步驟S36，在第二鍺晶體層表面采用第二溫度外延生長第三鍺晶體層；步驟S37，對第三鍺晶體層實施原位退火。步驟S30至步驟S35的實施方法與前一具體實施方式
相同，不再贅述。步驟S36和S37的實質上是采用了兩步法生長高溫鍺晶體層，該方法適用于鍺晶體層目標厚度較大的情況，通常一次高溫外延生長鍺晶體層的厚度不宜超過lMffl，并優(yōu)選為 500nm，否則容易引起較大的晶格應變從而產生位錯等缺陷，故選擇在外延生長的過程中引入原位退火工藝，采用兩次甚者更多次的分段生長方法來釋放應力。綜上所述，雖然本發(fā)明已用較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求書所申請的專利范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種鍺襯底的生長方法，其特征在于，包括如下步驟 提供支撐襯底，所述支撐襯底為晶體材料；在支撐襯底表面采用第一溫度外延生長第一鍺晶體層；在第一鍺晶體層表面采用第二溫度外延生長第二鍺晶體層，所述第一溫度低于第二溫度。
2.根據(jù)權利要求1所述的鍺襯底的生長方法，其特征在于，多次交替實施生長第一鍺晶體層的步驟和第二鍺晶體層的步驟，獲得第一鍺晶體層和第二鍺晶體層的堆疊結構。
3 根據(jù)權利要求1或2所述的鍺襯底的生長方法，其特征在于，在首次生長第一鍺晶體層之前進一步包括如下步驟在支撐襯底表面生長緩沖層，緩沖層的材料與支撐襯底的材料相同，后續(xù)第一鍺晶體生長于緩沖層的表面。
4.根據(jù)權利要求1所述的鍺襯底的生長方法，其特征在于，所述支撐襯底的材料為單晶娃。
5.根據(jù)權利要求1所述的鍺襯底的生長方法，其特征在于，所述第一溫度和第二溫度的取值范圍均是200°C至900°C。
6.根據(jù)權利要求1所述的鍺襯底的生長方法，其特征在于，在生長第一鍺晶體層之后進一步包括如下步驟對第一鍺晶體層實施原位退火。
7 根據(jù)權利要求1所述的鍺襯底的生長方法，其特征在于，在生長第二鍺晶體層之后進一步包括如下步驟對第二鍺晶體層實施原位退火。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的鍺襯底的生長方法，其特征在于，所述對第一鍺晶體層和第二鍺晶體層實施原位退火的步驟中，原位退火的溫度范圍是^(TC至900°C，退火氣氛為氫氣。
9.根據(jù)權利要求7所述的鍺襯底的生長方法，其特征在于，在對第二鍺晶體層實施原位退火之后進一步包括如下步驟在第二鍺晶體層表面采用第二溫度外延生長第三鍺晶體層。
10.一種鍺襯底，包括支撐襯底和外延生長于支撐襯底表面的鍺晶體層，所述支撐襯底為晶體材料，其特征在于，所述鍺晶體層至少包括一采用第一溫度外延生長的第一鍺晶體層，和一采用第二溫度外延生長的第二鍺晶體層，所述第一溫度低于第二溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鍺襯底的生長方法，包括如下步驟提供支撐襯底，所述支撐襯底為晶體材料；在支撐襯底表面采用第一溫度外延生長第一鍺晶體層；在第一鍺晶體層表面采用第二溫度外延生長第二鍺晶體層，所述第一溫度低于第二溫度。本發(fā)明的優(yōu)點在于提出了一種低高溫鍺外延結合的生長工藝，首先低溫生長一層鍺層，鍺外延生長速度低，具有二維生長特性且完全弛豫，這層薄的低溫鍺層具有較多的缺陷，易于應力馳豫以及位錯湮滅，隨后，再高溫生長一層鍺外延層，該層生長速度快，能夠得到具有高晶體質量且完全馳豫的單晶鍺層。
文檔編號C30B29/08GK102383192SQ20111021567
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權日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, 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所