[實用新型]張應(yīng)變鍺薄膜

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220679974.3
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN203055915U
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周志文
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 汪麗

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種張應(yīng)變鍺薄膜。

背景技術(shù)

張應(yīng)變能夠改變半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)，降低禁帶寬度并提高載流子遷移率，從而提高器件的總體性能。張應(yīng)變鍺薄膜在金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、光電探測器、發(fā)光管以及激光器中將得到廣泛的應(yīng)用。然而，張應(yīng)變鍺薄膜的制備方法仍在探索中。

張應(yīng)變鍺（Ge）薄膜的制備方法通常有如下幾種：一是在硅（Si）襯底上直接生長Ge薄膜。Si和Ge熱膨脹系數(shù)的不同在Ge薄膜中產(chǎn)生張應(yīng)變。由于熱膨脹系數(shù)失配有限，且材料承受的最高溫度必須低于其熔點，Ge薄膜中的最大張應(yīng)變僅能達到0.3%。二是在鍺錫（GeSn）緩沖層上生長Ge薄膜。GeSn緩沖層的晶格常數(shù)比Ge的大，共格生長在GeSn緩沖層上的Ge薄膜中的張應(yīng)變隨著GeSn緩沖層中錫（Sn）組份的增加而增加。然而，Ge和Sn的相互平衡固溶度都小于1%，并且Sn的表面自由能比Ge的小，Sn容易分凝到表面。制備高Sn組份、高質(zhì)量GeSn緩沖層很困難。在GeSn緩沖層上生長Ge薄膜獲得的張應(yīng)變不足1.0%。三是在砷化鎵（GaAs）襯底上利用銦鎵砷（InGaAs）緩沖層來生長Ge薄膜。InGaAs緩沖層的晶格常數(shù)比Ge的大，且隨著銦（In）組份的增加而增大，完全應(yīng)變Ge薄膜中的張應(yīng)變達到2.33%，然而，該方法使用了Ⅲ-Ⅴ族材料，不能與成熟的Si工藝兼容。四是采用機械應(yīng)變方法，通過外加機械應(yīng)變彎曲鍺晶圓，在鍺中引入張應(yīng)變。該方法的局限性是無法應(yīng)用于Si材料的集成芯片，并且直接對鍺晶圓作用，Ge晶圓的厚度大，獲得的張應(yīng)變較小。同時，上述鍺薄膜還存在張應(yīng)變大小不能精確控制的缺陷。

綜上，現(xiàn)有技術(shù)的鍺薄膜存在獲得的張應(yīng)變不夠大、張應(yīng)變大小不能精確控制、材質(zhì)與硅不兼容的缺陷。

實用新型內(nèi)容

本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述鍺薄膜存在獲得的張應(yīng)變不夠大、張應(yīng)變大小不能精確控制、材質(zhì)與硅不兼容缺陷，提供一種張應(yīng)變鍺薄膜。本實用新型的張應(yīng)變鍺薄膜克服了上述缺陷，將應(yīng)變薄膜中的壓應(yīng)變轉(zhuǎn)移到含Ge薄膜中，使應(yīng)變薄膜中的壓應(yīng)變得到弛豫，而含Ge薄膜受到張應(yīng)變；且含Ge薄膜和應(yīng)變薄膜都與Si兼容；制得的張應(yīng)變鍺薄膜的張應(yīng)變介于0.7-1.5%之間，且與Si兼容。另外，由于含Ge薄膜下面部分區(qū)域的襯底已被去除，襯底對含Ge薄膜應(yīng)變的影響被限制。這樣，含Ge薄膜中的張應(yīng)變主要與其厚度以及應(yīng)變薄膜的厚度和壓應(yīng)變大小有關(guān)：當應(yīng)變薄膜的厚度和壓應(yīng)變一定時，含Ge薄膜中的張應(yīng)變隨其厚度的減小而增加；當含Ge薄膜的厚度一定時，含Ge薄膜中的張應(yīng)變隨應(yīng)變薄膜的厚度和壓應(yīng)變的增加而增加；這樣使得含Ge薄膜中張應(yīng)變的大小可以精確控制。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種張應(yīng)變鍺薄膜，包括含Ge薄膜1、及覆蓋于所述含Ge薄膜1上、用于在壓應(yīng)變弛豫的過程中將應(yīng)變轉(zhuǎn)移給所述含Ge薄膜1、使所述含Ge薄膜1受到張應(yīng)變的應(yīng)變薄膜2，其中，所述應(yīng)變薄膜2的厚度大于所述含Ge薄膜1的厚度。

在本實用新型所述的張應(yīng)變鍺薄膜中，所述張應(yīng)變鍺薄膜還包括襯底3，所述含Ge薄膜1覆蓋于所述襯底3上，所述應(yīng)變薄膜2覆蓋于所述含Ge薄膜1上。

在本實用新型所述的張應(yīng)變鍺薄膜中，所述襯底3包括硅襯底或者絕緣體上的硅襯底。

在本實用新型所述的張應(yīng)變鍺薄膜中，所述襯底3上腐蝕形成有孔4。

在本實用新型所述的張應(yīng)變鍺薄膜中，所述孔4為其深度等于所述襯底3厚度的通孔，所述應(yīng)變薄膜2設(shè)于所述孔4內(nèi)、且覆蓋在所述含Ge薄膜1上。

在本實用新型所述的張應(yīng)變鍺薄膜中，所述襯底3包括Si基底31、覆蓋在所述Si基底31上的埋層SiO₂32、以及覆蓋在所述埋層SiO₂32上的頂層Si33，所述孔4在所述Si基底31上形成、且所述孔4的深度等于所述Si基底31的厚度；所述含Ge薄膜1位于所述應(yīng)變薄膜2和所述襯底3之間。

在本實用新型所述的張應(yīng)變鍺薄膜中，所述孔4的底部的面積小于所述含Ge薄膜1的面積。

在本實用新型所述的張應(yīng)變鍺薄膜中，所述含Ge薄膜1包括Ge單質(zhì)層、Si_1-yGe_y合金層或者Ge_1-zSn_z合金層，其中，y=0.8～1，z=0～0.1。

在本實用新型所述的張應(yīng)變鍺薄膜中，所述含Ge薄膜1的橫向尺度小于200微米，厚度介于5～1000納米。