[發明專利]鍺襯底的生長方法以及鍺襯底

有效

• 申請號: 201110215672.0
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102383192A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 魏星;薛忠營;曹共柏;張峰;張苗;王曦
• 申請（專利權）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
• 主分類號: C30B25/02
• 分類號: C30B25/02;C30B29/08
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 孫佳胤;翟羽

技術領域

本發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。

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。

發明內容

本發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℃至900℃。

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℃至900℃，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。

本發明的優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。

附圖說明

附圖1所示是本發明第一具體實施方式的實施步驟示意圖。

附圖2A至附圖2D所示是本發明第一具體實施方式的工藝示意圖。

附圖3所示是本發明第二具體實施方式的實施步驟示意圖。

具體實施方式

接下來結合附圖詳細介紹本發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。

首先給出本發明的第一具體實施方式。