[發明專利]一種弛豫SiGe虛擬襯底及其制備方法

有效

• 申請號: 201010214666.9
• 申請日: 2010-06-30
• 公開（公告）號: CN102315246A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 劉學超;陳之戰;施爾畏
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01L29/00
• 分類號: H01L29/00;H01L29/06;H01L29/167;H01L21/205
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術領域

本發明屬于半導體材料技術領域，涉及一種高質量的弛豫高鍺含量的SiGe虛擬襯底及其制備方法。?

背景技術

在半導體產業中，Si材料作為占據統治地位的半導體器件已經發展了近半個世紀。隨著科學技術的發展以及人們對微電子器件性能的追求，使得半導體器件的特征尺寸不斷縮小，單個晶體管尺寸逐漸達到了物理和技術的雙重極限，以傳統Si作為溝道材料的CMOS器件的性能已經無法滿足半導體器件性能不斷提升的要求。人們正在加緊尋找新型方法和材料，以保持微電子器件快速增長的步伐。現已公知，在CMOS器件中引入應變的Si或Ge可以顯著提高器件的性能，因為處于應變狀態下的Si和Ge的載流子遷移率可顯著提高。應變Si和應變Ge被認為是最有前途的溝道材料。由于Ge和Si之間存在較大的品格失配(4.2％)，不能直接將Ge外延生長在Si晶圓上或者直接將Si外延生長在Ge晶圓上引入應變用作溝道材料，他們之間的品格失配使得外延層非常薄時就會發生弛豫，產生缺陷和位錯，嚴重降低載流子的遷移率。因此，就需要開發新的技術，在Si襯底上得到高質量、適于溝道材料用的緩沖層。虛擬襯底的開發被認為是一種非常有前景的研究項目。虛擬襯底一般是通過各種方法在Si襯底上獲得一層高質量的、與所需溝道材料性質差別較小的膜層，做為新材料的襯底，在其上制備高質量的溝道材料層。如果引入應變的Si作為溝道材料，就需要高質量低鍺含量的SiGe虛擬襯底；如果引入應變的Ge作為溝道材料，就需要高質量高鍺含量的SiGe虛擬襯底。傳統的制備虛擬襯底的方法主要是通過外延組份漸變的SiGe層得到虛擬襯底，這在低鍺含量的SiGe虛擬襯底上是可行的，但是如果制備高鍺含量的虛擬襯底，就需要十分厚的SiGe組份漸變層。如通過SiGe組份漸變層制備的Si_1-xGe_x(0.7≤x≤0.9)虛擬襯底厚度多在5μm以上，有的甚至10μm，導致加工時間長，成本較高，而且較厚的SiGe組份漸變層使虛擬襯底表面具有嚴重的交叉影線(cross?hatch)，使得表面粗?糙度較大，需要化學機械拋光(CMP)才能得到比較平坦的表面，增加了工藝的復雜性。因此，獲得高質量的高鍺含量的薄SiGe虛擬襯底仍是Si基半導體材料制備領域的一個具有實際應用的研究熱點。?

發明內容

本發明的目的是提供一種弛豫高鍺含量的SiGe虛擬襯底及其制備方法，以克服現有技術中所制備的高鍺含量SiGe虛擬襯底的厚度大、表面粗糙、工藝復雜等缺點。本發明提供的一種以反向漸變SiGe組份中Ge含量的方式，制備了高質量的SiGe虛擬襯底，該虛擬襯底具有高Ge含量、完全弛豫、位錯密度低、厚度薄、表面平整等特性。?

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：?

一種弛豫SiGe虛擬襯底，所述SiGe虛擬襯底包括Si襯底、在Si襯底上由內而外依次外延生長的Ge晶籽層、Ge緩沖層、組份漸變的SiGe緩沖層和組分恒定的SiGe層，所述Ge晶籽層和所述Ge緩沖層組成Ge弛豫緩沖層。?

所述Si襯底上各外延生長層均為完全應變弛豫的緩沖層。?

所述弛豫高鍺含量的SiGe虛擬襯底中的位錯和缺陷主要集中在組份漸變的SiGe緩沖層中，組分恒定的SiGe層中具有較低的位錯和缺陷密度(＜10⁶cm^-2)。?

所述弛豫SiGe虛擬襯底中鍺的摩爾百分含量為Ge％≥70％，為高鍺含量的SiGe虛擬襯底。?

所述弛豫SiGe虛擬襯底的平均粗糙度為1.3-1.9nm，低于現有技術工藝水平的要求(＜2.0nm)。通過刻蝕所述弛豫高鍺含量的SiGe虛擬襯底后的位錯密度在10⁶cm^-2的量級，滿足半導體器件加工工藝對襯底的要求。?

所述SiGe虛擬襯底中Si襯底采用Si晶圓；所述Si晶圓片為標準尺寸的工業化晶片，該Si晶圓片的尺寸大小選自4英寸、6英寸、8英寸、12英寸等尺寸規格。?

所述SiGe虛擬襯底中Ge晶籽層和Ge緩沖層組成完全馳豫的Ge馳豫緩沖層；所述?Ge晶籽層的厚度為50-100nm，所述Ge緩沖層的厚度為300-600nm，所述整個Ge馳豫緩沖層的厚度為350-700nm。?

所述組份漸變的SiGe緩沖層和組分恒定的SiGe層中組分為Si和Ge，其各自含量為摩爾百分含量。?