[發明專利]一種GOI晶片結構的制備方法

有效

• 申請號: 201210225637.1
• 申請日: 2012-07-02
• 公開（公告）號: CN102738060A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 張苗;葉林;狄增峰;薛忠營
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及一種晶片結構的制備方法，特別是涉及一種GOI晶片結構的制備方法。

背景技術

隨著硅基大規模集成電路技術的飛速發展，體硅CMOS器件的性能已逐漸接近硅材料的物理極限，沿Moore定律指引的方向進一步提高體硅CMOS器件的性能將面臨越來越大的投資和市場風險。半導體產業是一個對產品性能價格比十分敏感的市場。如何在現有VLSL工藝的基礎上不斷地提高硅基器件的性能，又不大量增加投資，成了業界的共同難題。而對新材料和新工藝的探索，無疑使解決這個問題的一個重要思路和研究方向。

絕緣體上鍺(GOI)是高端硅基襯底材料領域的一項最新開發成果，它對高性能CMOS?IC以及光電探測器和太陽能電池都具有十分重要的意義。能用作光電探測器GOI（鍺吸收850nm波長的光的效率是硅的70倍），而且也能用來制作高速晶體管。基于鍺材料的晶體管的轉換速度能比硅的大3到4倍。由于鍺金屬能提高材料的電子遷移率，在未來的高速邏輯IC應用上，鍺材料遠景看好。GOI用作制造高速光電探測器（運行在30GHz），這使其理論上適用于探測速度大于50Gb/sec的信號，使芯片上的光互連更接近現實。GOI技術能和硅CMOS工藝兼容，因為鍺能夠有選擇的放置在光電探測器所在的區域，所以新的探測器與標準的微芯片技術兼容。這種兼容性使得有可能在同一塊芯片上集成光電電路，比如在微處理器和其他電子器件上。目前主要被關注于以下幾個領域：GOI高速CMOS器件、高頻CMOS器件、光電探測器以及太陽能電池等。幾十年前人們就知道了鍺與硅相比所具有的速度優勢；然而，鍺氧化層的不穩定性使得當時制作MOS器件不太可行。如今，新一代的高k介質淀積技術，加上這些新的GOI襯底，給器件生產商在使用鍺上有更多的靈活性，從而回避了MOS柵氧問題。體鍺晶圓要比硅重，且易碎，GOI有助于克服這些問題，并使鍺MOSFET技術與硅處理設備相兼容。應用于鍺施主的外延方法可以輕易地將其等比變化至300mm，但晶體缺陷可能會很高。對鍺表面進行處理是一項十分艱巨的任務，因為典型的硅清洗溶液會對鍺表面造成腐蝕，使表面變得粗糙。盡管已證實可用硅加工設備對GOI進行處理，且0.15微米器件已經制作成功，但MOSFET的I_on/I_off比值卻十分不理想，而且遷移率值也需要進一步改善。鍺表面上的MOSFET質量是一個問題，但由于鍺的禁帶寬度很小(0.66eV)，所以鍺器件也承受著大漏電流的致命缺點，這也嚴重阻礙了鍺MOS器件的更廣泛的應用，GOI技術必須解決由于鍺較窄的帶隙對結的漏泄和帶-帶調諧帶來的影響。如同SOI解決了很多體硅在半導體器件中的不足，GOI同樣也是很好地解決了Ge材料缺點的候選材料。為了得到低漏電流和更好的性能的MOS器件，GOI因此得到了關注。一些科研結構和公司通過很多方法已經制備出GOI結構，例如，歐洲半導體領域三巨頭Soitec、IMEC和Umicore宣布聯合開發GOI技術，Umicore側重于研發8和12英寸單晶Ge晶片，而Soitec用Smart?Cut技術研發GOI晶片，IMEC重點研究以Ge基工藝制備應用于45納米及以下制程的高性能CMOS電路。Silicon?Genesis也宣稱他們正在研制GOI圓片，IBM宣布開發了一種基于新開發的GOI技術的高速光電探測器，他們制造GOI的方法是直接在很薄的SOI上生長鍺。然而目前這些方法都有很多局限性，例如利用在SOI上外延的SiGe進行濃縮不僅工藝復雜，還會引入很高的位錯密度（≥10⁷），嚴重影響了最終GOI的質量和后期器件的性能。從穿透位錯的形成機理上來講，是由于濃縮開始時SiGe/Si界面的失配位錯下降到SGOI/BOX界面，進一步濃縮，失配位錯向上穿透形成了穿透位錯。

鑒于此，如何提出一種工藝簡單而又能降低GOI穿透位錯密度的制備方法成為目前亟待解決的問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種GOI晶片結構的制備方法，用于解決現有技術中工藝復雜、以及GOI晶片中位錯密度大的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種GOI晶片結構的制備方法，其特征在于，至少包括以下步驟：

1）利用智能剝離工藝制備出SGOI結構；

2）對所述SGOI結構進行鍺濃縮，形成依次包含有第二Si襯底、絕緣埋層BOX、Ge層、SiO₂層的層疊結構；

3）腐蝕掉所述層疊結構表面的SiO₂層以得到GOI結構。