一種絕緣體上鍺襯底結構及其制備方法與流程

本發明涉及半導體集成技術領域，尤其涉及一種絕緣體上鍺襯底結構及其制備方法。

背景技術：

隨著mos器件的特征尺寸已經進入到納米量級，傳統的sio2/si系統已經不能滿足集成電路發展的要求。而高k柵介質的使用在降低柵極漏電的同時也減小了溝道載流子遷移率，使器件驅動能力下降。因此，需要采用高遷移率的溝道材料和新的器件結構來提高器件的綜合性能。其中，絕緣體上鍺(geoi)襯底既具有高遷移率，又具備靜電完整性，因此，成為近幾年人們研究的熱點之一。

采用晶圓鍵合的方法形成絕緣體上鍺(geoi)的過程中，隔離層的層厚存在一個域值，如果隔離層的層厚低于這個域值厚度就會影響鍵合的質量，在后續的減薄或者化學機械拋光(cmp)表面處理過程中引起鍺薄膜的大量脫落。

技術實現要素：

本申請實施例通過提供一種絕緣體上鍺襯底結構及其制備方法，解決了現有技術中采用晶圓鍵合的方法形成絕緣體上鍺的過程中隔離層的層厚影響鍵合的質量的問題。

本申請實施例提供一種絕緣體上鍺襯底的制備方法，包括：

在第二硅層上制備鍺層；

制備隔離層，所述隔離層包括n個交替層，其中，n為大于1的整數，每個所述交替層包括一層絕緣層和一層高k介質層；所述隔離層位于第一硅層和所述鍺層之間。

優選的，所述絕緣層采用的介質材料為sio2、sin、sion中的一種；所述高k介質為氧化鋁、氧化鉿中的一種。

優選的，在所述第一硅層上制備所述隔離層；將所述隔離層和所述鍺層鍵合。

優選的，所述交替層的制備為：

制備所述絕緣層；

在所述絕緣層上制備所述高k介質層。

優選的，在所述鍺層上制備所述隔離層；將所述隔離層和所述第一硅層鍵合。

優選的，所述交替層的制備為：

制備所述高k介質層；

在所述高k介質層上制備所述絕緣層。

優選的，在所述第一硅層上制備s個所述交替層，所述s個交替層構成第一交替結構；在所述鍺層上制備t個所述交替層，所述t個交替層構成第二交替結構；將所述第一交替接結構和所述第二交替結構鍵合，鍵合后的所述s個交替層和所述t個交替層共同構成所述隔離層，s和t的總和為n。

優選的，所述第一交替結構中的所述交替層的制備為：制備所述絕緣層；在所述絕緣層上制備所述高k介質層；

所述第二交替結構中的所述交替層的制備為：制備所述高k介質層；在所述高k介質層上制備所述絕緣層。

另一方面，本申請實施例提供一種絕緣體上鍺襯底結構，包括：

第一硅層；

鍺層；

第二硅層，所述第二硅層位于所述鍺層的底部；

隔離層，所述隔離層位于所述第一硅層和所述鍺層之間；所述隔離層包括n個交替層，其中，n為大于1的整數，每個所述交替層包括一層絕緣層和一層高k介質層。

優選的，所述絕緣層采用的介質材料為sio2、sin、sion中的一種；所述高k介質為氧化鋁、氧化鉿中的一種。

優選的，所述隔離層位于所述第一硅層上；所述絕緣層與所述交替層中的高k介質層連接；第一絕緣層與所述第一硅層連接；所述鍺層與所述隔離層鍵合連接。

優選的，所述隔離層位于所述鍺層上；所述絕緣層與所述交替層中的高k介質層連接；第一高k介質層與所述鍺層連接；所述隔離層與所述第一硅層鍵合連接。

優選的，所述隔離層包括第一交替結構和第二交替結構，所述第一交替結構位于所述第一硅層上，所述第二交替結構位于所述鍺層上，所述第一交替結構和所述第二交替結構鍵合連接；所述第一交替結構包括s個所述交替層，所述第二交替結構包括t個所述交替層，s和t的總和為n；所述絕緣層與所述交替層中的高k介質層連接；所述第一交替結構中的第一絕緣層與所述第一硅層連接，所述第二交替結構中的第一高k介質層與所述鍺層連接。

本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：

本申請實施例提供的絕緣體上鍺襯底的制備方法，通過絕緣層和高k介質層交替的方式構建一種新型的隔離層膜層結構，能夠調節隔離層厚度，從而獲得高質量的鍵合晶圓。另一方面，本申請實施例提供的絕緣體上鍺襯底結構包括絕緣層和高k介質層交替結構的隔離層，能夠有效減少鍵合過程中熱量的損失，獲得高質量的鍵合晶圓。

附圖說明

為了更清楚地說明本實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一個實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例一提供的一種絕緣體上鍺襯底的制備方法的流程圖；

圖2為本發明實施例二提供的一種絕緣體上鍺襯底的制備方法的流程圖；

圖3為本發明實施例提供的一種絕緣體上鍺襯底結構的示意圖；

圖4為本發明實施例提供的一種絕緣體上鍺襯底結構在隔離層包括兩個交替層的情況下的結構示意圖。

其中，10-第一硅層、20-隔離層、21-絕緣層、22-高k介質層、30-鍺層、40-第二硅層。

具體實施方式

本申請實施例通過提供一種絕緣體上鍺襯底結構及其制備方法，解決了現有技術中采用晶圓鍵合的方法形成絕緣體上鍺的過程中隔離層的層厚影響鍵合的質量的問題。

本申請實施例的技術方案為解決上述技術問題，總體思路如下：

一種絕緣體上鍺襯底的制備方法，包括：

在第二硅層上制備鍺層；

制備隔離層，所述隔離層包括n個交替層，其中，n為大于1的整數，每個所述交替層包括一層絕緣層和一層高k介質層；所述隔離層位于第一硅層和所述鍺層之間。

另一方面，一種絕緣體上鍺襯底結構，包括：

第一硅層；

鍺層；

第二硅層，所述第二硅層位于所述鍺層的底部；

隔離層，所述隔離層位于所述第一硅層和所述鍺層之間；所述隔離層包括n個交替層，其中，n為大于1的整數，每個所述交替層包括一層絕緣層和一層高k介質層。

為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細的說明。

實施例一：

本實施例提供了一種絕緣體上鍺襯底的制備方法，如圖1所示，包括：

步驟100：在第二硅層上制備鍺層。

步驟200：在第一硅層上制備隔離層。

其中，制備所述隔離層包括制備n個交替層，n為大于1的整數，每個所述交替層包括一層絕緣層和一層高k介質層。

所述交替層的制備為：

制備所述絕緣層；

在所述絕緣層上制備所述高k介質層。

所述隔離層的厚度為100-200nm，該隔離層的厚度高于隔離層的閾值厚度，因此，能有效地保證鍵合質量，防止在后續的減薄或者化學機械拋光表面處理過程中引起鍺薄膜的大量脫落。

隔離層包括n個交替層，每個所述交替層包括一層絕緣層和一層高k介質層。不同交替層中的所述絕緣層的厚度可以相同也可以不同，即第一個交替層中的所述絕緣層的厚度與第二個交替層中的所述絕緣層的厚度可以相同也可以不同。

同樣的，不同交替層中的所述高k介質層的厚度可以相同也可以不同，即第一個交替層中的所述高k介質層的厚度與第二個交替層中的所述高k介質層的厚度可以相同也可以不同。

所述絕緣層采用的介質材料優選為sio2、sin、sion中的一種，但所述絕緣層采用的介質材料不限于sio2、sin、sion。

所述高k介質優選為氧化鋁、氧化鉿中的一種，但所述高k介質不限于氧化鋁、氧化鉿。

不同交替層中的絕緣層可以采用同樣的介質材料，也可以選用不同的介質材料。即第一個交替層中的所述絕緣層采用的介質材料與第二個交替層中的所述絕緣層采用的介質材料可以相同也可以不同。

不同交替層中的高k介質層可以采用同樣的介質材料，也可以選用不同的介質材料。即第一個交替層中的所述高k介質層選用的介質材料與第二個交替層中的所述高k介質層選用的介質材料可以相同也可以不同。

可以通過cvd、ald制備所述絕緣層和所述高k介質層，以形成所述隔離層。

步驟300：將所述隔離層和所述鍺層鍵合。

鍵合的方法有直接鍵合、場助鍵合，但不局限于上述鍵合的方法。

此外，所述鍺層表面可采用al2o3進行界面處理。

下面提供實施例二，實施例二和實施例一在制備過程上存在區別。

實施例二：

本實施例提供了一種絕緣體上鍺襯底的制備方法，如圖2所示，包括：

步驟100：在第二硅層上制備鍺層。

步驟200：在所述鍺層上制備隔離層。

其中，制備所述隔離層包括制備n個交替層，n為大于1的整數，每個所述交替層包括一層絕緣層和一層高k介質層。

所述交替層的制備為：

制備所述高k介質層；

在所述高k介質層上制備所述絕緣層。

所述隔離層的厚度為100-200nm，該隔離層的厚度高于隔離層的閾值厚度，因此，能有效地保證鍵合質量，防止在后續的減薄或者化學機械拋光表面處理過程中引起鍺薄膜的大量脫落。

隔離層包括n個交替層，每個所述交替層包括一層絕緣層和一層高k介質層。不同交替層中的所述絕緣層的厚度可以相同也可以不同，即第一個交替層中的所述絕緣層的厚度與第二個交替層中的所述絕緣層的厚度可以相同也可以不同。

同樣的，不同交替層中的所述高k介質層的厚度可以相同也可以不同，即第一個交替層中的所述高k介質層的厚度與第二個交替層中的所述高k介質層的厚度可以相同也可以不同。

所述絕緣層采用的介質材料優選為sio2、sin、sion中的一種，但所述絕緣層采用的介質材料不限于sio2、sin、sion。

所述高k介質優選為氧化鋁、氧化鉿中的一種，但所述高k介質不限于氧化鋁、氧化鉿。

不同交替層中的絕緣層可以采用同樣的介質材料，也可以選用不同的介質材料。即第一個交替層中的所述絕緣層采用的介質材料與第二個交替層中的所述絕緣層采用的介質材料可以相同也可以不同。

不同交替層中的高k介質層可以采用同樣的介質材料，也可以選用不同的介質材料。即第一個交替層中的所述高k介質層選用的介質材料與第二個交替層中的所述高k介質層選用的介質材料可以相同也可以不同。

可以通過cvd、ald制備所述絕緣層和所述高k介質層，以形成所述隔離層。

步驟300：將所述隔離層和所述第一硅層鍵合。

鍵合的方法有直接鍵合、場助鍵合，但不局限于上述鍵合的方法。

此外，所述鍺層表面可采用al2o3進行界面處理。

實施例三：

實施例一在所述第一硅層上制備交替層，實施例二在所述鍺層上制備交替層，與上述實施例一和實施例二不同的是，實施例三分別在所述第一硅層和所述鍺層上制備交替層，即在所述第一硅層和所述鍺層上各自生長一定周期的交替層。

本實施例提供了一種絕緣體上鍺襯底的制備方法，包括：

步驟100：在第二硅層上制備鍺層。

步驟200：制備隔離層。

其中，制備所述隔離層包括制備n個交替層，n為大于1的整數，每個所述交替層包括一層絕緣層和一層高k介質層。

所述隔離層位于第一硅層和所述鍺層之間。

步驟200中的制備隔離層具體為：

在所述第一硅層上制備s個所述交替層，所述s個交替層構成第一交替結構；

在所述鍺層上制備t個所述交替層，所述t個交替層構成第二交替結構；

將所述第一交替結構和所述第二交替結構鍵合，鍵合后的所述s個交替層和所述t個交替層共同構成所述隔離層，s和t的總和為n。

其中，所述第一交替結構中的所述交替層的制備為：

制備所述絕緣層；

在所述絕緣層上制備所述高k介質層。

其中，所述第二交替結構中的所述交替層的制備為：

制備所述高k介質層；

在所述高k介質層上制備所述絕緣層。

其中，鍵合的方法有直接鍵合、場助鍵合，但不局限于上述鍵合的方法。

此外，所述鍺層表面可采用al2o3進行界面處理。

得到的所述隔離層的厚度為100-200nm，該隔離層的厚度高于隔離層的閾值厚度，因此，能有效地保證鍵合質量，防止在后續的減薄或者化學機械拋光表面處理過程中引起鍺薄膜的大量脫落。

隔離層包括n個交替層，每個所述交替層包括一層絕緣層和一層高k介質層。不同交替層中的所述絕緣層的厚度可以相同也可以不同，即第一個交替層中的所述絕緣層的厚度與第二個交替層中的所述絕緣層的厚度可以相同也可以不同。

同樣的，不同交替層中的所述高k介質層的厚度可以相同也可以不同，即第一個交替層中的所述高k介質層的厚度與第二個交替層中的所述高k介質層的厚度可以相同也可以不同。

所述絕緣層采用的介質材料優選為sio2、sin、sion中的一種，但所述絕緣層采用的介質材料不限于sio2、sin、sion。

所述高k介質優選為氧化鋁、氧化鉿中的一種，但所述高k介質不限于氧化鋁、氧化鉿。

不同交替層中的絕緣層可以采用同樣的介質材料，也可以選用不同的介質材料。即第一個交替層中的所述絕緣層采用的介質材料與第二個交替層中的所述絕緣層采用的介質材料可以相同也可以不同。

不同交替層中的高k介質層可以采用同樣的介質材料，也可以選用不同的介質材料。即第一個交替層中的所述高k介質層選用的介質材料與第二個交替層中的所述高k介質層選用的介質材料可以相同也可以不同。

可以通過cvd、ald制備所述絕緣層和所述高k介質層，以形成所述隔離層。

上述實施例提供的絕緣體上鍺襯底的制備方法，通過絕緣層和高k介質層交替的方式構建一種新型的隔離層膜層結構，能夠調節隔離層厚度，從而獲得高質量的鍵合晶圓。在相同厚度下，絕緣層比高k介質層的熱導系數小，如果單獨采用絕緣層做為隔離層，薄的絕緣層將熱量快速傳向硅襯底，實際用于晶圓界面鍵合的熱量減少，影響鍵合質量。

上述實施例最終獲得的絕緣體上鍺襯底結構，如圖3和圖4所示，包括：第一硅層10、隔離層20、鍺層30、第二硅層40。

所述隔離層20包括n個交替層，其中，n為大于1的整數。每個所述交替層包括一層絕緣層21和一層高k介質層22。

一種情況下，絕緣體上鍺襯底結構，包括：

第一硅層10；

隔離層20，所述隔離層20位于所述第一硅層10上；所述隔離層20包括n個交替層，其中，n為大于1的整數，每個所述交替層包括一層絕緣層21和一層高k介質層22；所述絕緣層21與所述交替層中的高k介質層22連接；第一絕緣層與所述第一硅層10連接；

鍺層30，所述鍺層30與所述隔離層20鍵合連接；

第二硅層40，所述第二硅層40位于所述鍺層30的底部。

一種情況下，絕緣體上鍺襯底結構，包括：

第一硅層10；

鍺層30；

第二硅層40，所述第二硅層40位于所述鍺層30的底部；

隔離層20，所述隔離層20位于所述鍺層30上；所述隔離層20包括n個交替層，其中，n為大于1的整數，每個所述交替層包括一層絕緣層21和一層高k介質層22；所述絕緣層21與所述交替層中的高k介質層22連接；第一高k介質層與所述鍺層30連接；所述隔離層20與所述第一硅層10鍵合連接。

一種情況下，絕緣體上鍺襯底結構，包括：

第一硅層10；

鍺層30；

第二硅層40，所述第二硅層40位于所述鍺層30的底部；

隔離層20，所述隔離層20包括第一交替結構和第二交替結構，所述第一交替結構位于所述第一硅層10上，所述第二交替結構位于所述鍺層30上，所述第一交替結構和所述第二交替結構鍵合連接；所述第一交替結構包括s個所述交替層，所述第二交替結構包括t個所述交替層，s和t的總和為n；每個所述交替層包括一層絕緣層21和一層高k介質層22，所述絕緣層21與所述交替層中的高k介質層22連接；所述第一交替結構中的第一絕緣層與所述第一硅層10連接，所述第二交替結構中的第一高k介質層與所述鍺層30連接。

上述實施例中的所述隔離層20的厚度為100-200nm，該隔離層的厚度高于隔離層的閾值厚度，因此，能有效地保證鍵合質量，防止在后續的減薄或者化學機械拋光表面處理過程中引起鍺薄膜的大量脫落。

隔離層20包括n個交替層，每個所述交替層包括一層絕緣層21和一層高k介質層22。不同交替層中的所述絕緣層21的厚度可以相同也可以不同，即第一個交替層中的所述絕緣層21的厚度與第二個交替層中的所述絕緣層21的厚度可以相同也可以不同。

同樣的，不同交替層中的所述高k介質層22的厚度可以相同也可以不同，即第一個交替層中的所述高k介質層22的厚度與第二個交替層中的所述高k介質層22的厚度可以相同也可以不同。

所述絕緣層21采用的介質材料優選為sio2、sin、sion中的一種，但所述絕緣層21采用的介質材料不限于sio2、sin、sion。

所述高k介質優選為氧化鋁、氧化鉿中的一種，但所述高k介質不限于氧化鋁、氧化鉿。

不同交替層中的絕緣層21可以采用同樣的介質材料，也可以選用不同的介質材料。即第一個交替層中的所述絕緣層21采用的介質材料與第二個交替層中的所述絕緣層21采用的介質材料可以相同也可以不同。

不同交替層中的高k介質層22可以采用同樣的介質材料，也可以選用不同的介質材料。即第一個交替層中的所述高k介質層22選用的介質材料與第二個交替層中的所述高k介質層22選用的介質材料可以相同也可以不同。

此外，所述鍺層30上可設置氧化鋁層，用于界面處理。

圖4顯示的是n為2的情況下，即所述隔離層20包括2個交替層的情況下，得到的絕緣體上鍺襯底結構。所述絕緣體上鍺襯底結構從上到下依次為：所述第一硅層10、第一絕緣層、第一高k介質層、第二絕緣層、第二高k介質層、鍺層30、所述第二硅層40。

不同交替層中的絕緣層21可以采用同樣的介質材料，也可以選用不同的介質材料。例如，第一絕緣層可采用sio2，第二絕緣層可采用sin。

不同交替層中的高k介質層22可以采用同樣的介質材料，也可以選用不同的介質材料。例如，第一高k介質層可采用氧化鉿，第二高k介質層可采用氧化鋁。其中，與所述鍺層30接觸的所述高k介質層22優選的采用氧化鋁。

不同交替層中的所述絕緣層21的厚度可以相同也可以不同，即所述第一絕緣層的厚度與所述第二絕緣層的厚度可以相同也可以不同。

同樣的，不同交替層中的所述高k介質層22的厚度可以相同也可以不同，即所述第一高k介質層的厚度與所述第二高k介質層的厚度可以相同也可以不同。

在相同厚度下，絕緣層比高k介質層的熱導系數小，如果單獨采用絕緣做為隔離層，薄的絕緣層將熱量快速傳向硅襯底，實際用于晶圓界面鍵合的熱量減少，影響鍵合質量。本申請實施例提供的絕緣體上鍺襯底結構包括絕緣層和高k介質層交替結構的隔離層，能夠有效減少鍵合過程中熱量的損失，獲得高質量的鍵合晶圓。

本發明實施例提供的一種絕緣體上鍺襯底結構及其制備方法至少包括如下技術效果：

本申請實施例提供的絕緣體上鍺襯底的制備方法，通過絕緣層和高k介質層交替的方式構建一種新型的隔離層膜層結構，能夠調節隔離層厚度，從而獲得高質量的鍵合晶圓。另一方面，本申請實施例提供的絕緣體上鍺襯底結構包括絕緣層和高k介質層交替結構的隔離層，能夠有效減少鍵合過程中熱量的損失，獲得高質量的鍵合晶圓。

最后所應說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照實例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。