專利名稱：鍺硅襯底的生長方法以及鍺硅襯底的制作方法
技術領域：
本發明是關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量的鍺硅襯底的生長方法以及鍺硅襯底。
背景技術：
芯片制造業仍遵循摩爾定律向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，現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展方向。硅基襯底材料，如絕緣體上應變硅、絕緣體上應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的硅器件工藝兼容，因而得到研究領域和產業界的高度重視。無論是制備絕緣體上應變硅、絕緣體上應變鍺硅材料，均是通過層轉移的辦法獲得。因此，在單晶硅襯底上外延獲得高質量的鍺硅材料成為制備制備絕緣體上應變硅、絕緣體上應變鍺硅材料的基礎和前提。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠提高晶體質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成。作為可選的技術方案，所述生長插入層的步驟進一步包括多次交替實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構，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。本發明進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。作為可選的技術方案，所述插入層進一步包括由多個第一插入層和多個第二插入層交替設置構成的堆疊結構，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。本發明的優點在于，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， 在此基礎上外延，可以獲得高質量外延的鍺硅材料。
附圖1所示是本發明具體實施方式
的實施步驟示意圖。附圖2A至附圖2E所示是本發明具體實施方式
的工藝示意圖。
具體實施例方式接下來結合附圖詳細介紹本發明所述一種鍺硅襯底的生長方法以及鍺硅襯底具體實施方式
。附圖1所示是本發明具體實施方式
的實施步驟示意圖，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生的晶格缺陷，實驗表明，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生的晶格失配位錯和線位錯。生長可以采用外延工藝，反應氣體為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，這有利于進一步吸收晶格缺陷。上述步驟S12和S13可以多次重復，形成多層堆疊結構，以反復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構成的堆疊結構的總厚度為5 nm至1 μ m,并優化為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，即優化生長為以10%的Ge濃度作為生長梯度進行，每層厚度優化為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應當是應變材料。綜上所述，雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發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.根據權利要求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成。
3 根據權利要求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一步包括多次交替實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構，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.根據權利要求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.根據權利要求5所述的鍺硅襯底，其特征在于，所述插入層進一步包括由多個第一插入層和多個第二插入層交替設置構成的堆疊結構，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.根據權利要求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 優先權日2011年7月29日
發明者張峰, 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與信息技術研究所