[發明專利]應變層的生長方法以及帶有應變層的襯底

在審

• 申請號: 201310720632.0
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103915317A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 魏星;母志強;薛忠營;狄增峰;方子韋
• 申請（專利權）人: 上海新傲科技股份有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 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

本發明涉及半導體材料領域，尤其涉及一種應變層的生長方法以及帶有應變層的襯底。

背景技術

微電子技術的高速發展使得摩爾定律越來越接近其物理極限，硅基光電集成在近年來被認為是能夠有效解決摩爾定律的延伸。目前，阻礙硅基光電集成的主要障礙是如何解決硅基與CMOS兼容的光源問題。因此，尋找一種能與硅基工藝相兼容的有效發光材料是硅基光電集成的重要所在。

當Ge薄膜中的張應力大約2%（當Ge高摻雜時，需要的張應力更小），可以由原來的間接帶隙轉變為直接帶隙，滿足了硅基光電集成的材料要求，因此可以用來制作硅基激光器，從而為低成本片上實現光電集成提供了途徑。

制備張應力Ge薄膜的方法主要有一下幾種：1、利用Ge與Si熱膨脹系數的差異，通過直接熱處理得到張應變的Ge薄膜，但是這種方法得到的應變Ge的度小，僅~0.3%；2、利用III-V族化合物作為緩沖層，可以得到大應力的應變Ge，但是由于外延III-V族材料需要MBE或者MOCVD，價格昂貴，生長速度慢，從而增加了成本。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種應變層的生長方法以及帶有應變層的襯底，能夠以較低的成本獲得較大的應變。

為了解決上述問題，本發明提供了一種應變層的生長方法，包括如下步驟：提供襯底，所述襯底包括支撐層，支撐層表面的埋層以及埋層表面的頂層半導體層；在頂層半導體層和埋層中形成貫通的腐蝕窗口；通過腐蝕窗口腐蝕埋層，以使頂層半導體層部分懸空；將所述襯底置于第一溫度下，在頂層半導體層的腐蝕窗口處形成橋接條，所述橋接條的一端與頂層半導體層懸空部分的表面連接，另一端與懸空部分在腐蝕窗口中的相對側表面連接，所述橋接條包括一具有不同熱膨脹系數的雙層膜；改變所述橋接條的溫度至第二溫度，使所述橋接條內部的雙層膜發生翹曲，從而在懸空的頂層半導體層中引入應變。

可選的，所述頂層半導體層的材料選自于鍺、硅以及III-V族化合物半導體中的任意一種。

可選的，所述改變所述橋接條至第二溫度的步驟，進一步是采用提高或者降低環境溫度的方式。

可選的，所述改變所述橋接條至第二溫度的步驟，進一步是采用向橋接條中通入電流使其發熱的方式以升高溫度。

可選的，所述形成橋接條的步驟進一步包括：在腐蝕窗口中形成填充層，以平坦化所述頂層半導體層的表面；在頂層半導體層的表面形成橋接條；去除填充層。

可選的，所述形成橋接條的工藝進一步選自于物理沉積和化學沉積方法中的任意一種。

本發明進一步提供了一種應變層的生長方法，包括如下步驟：提供襯底，所述襯底包括支撐層，支撐層表面的埋層以及埋層表面的頂層半導體層；在頂層半導體層中形成貫通的腐蝕窗口；將所述襯底置于第一溫度下，在頂層半導體層的腐蝕窗口處形成橋接條，所述橋接條的兩端均與頂層半導體層表面連接，所述橋接條包括一具有不同熱膨脹系數的雙層膜；通過腐蝕窗口腐蝕埋層，以使橋接條和部分的頂層半導體層懸空；改變所述橋接條的溫度至第二溫度，使所述橋接條內部的雙層膜發生翹曲，從而在懸空的頂層半導體層中引入應變。

本發明進一步提供了一種帶有應變層的襯底，包括支撐層，支撐層表面的埋層以及埋層表面的頂層半導體層，所述頂層半導體層和埋層中具有一貫通的窗口，所述窗口一側的埋層內陷以使頂層半導體層懸空，在頂層半導體層的窗口處設置一橋接條，所述橋接條的一端與頂層半導體層懸空部分的表面連接，另一端與懸空部分在窗口中的相對側表面連接，所述橋接條采用不同熱膨脹系數的雙層膜制成。

本發明的優點在于，利用具有不同熱膨脹系數的雙層膜會在溫度變化下發生翹曲的特性，在頂層半導體層中引入足夠的應變力，是一種低成本而高效的方法。

附圖說明

附圖1所示是本發明所述具體實施方式的實施步驟示意圖。

附圖2A至附圖2G所示是本發明所述具體實施方式的工藝示意圖。

附圖3所示是本發明另一具體實施方式的實施步驟示意圖。

附圖4A至附圖4E所示是附圖3所示具體實施方式的工藝示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明提供的一種應變層的生長方法以及帶有應變層的襯底的具體實施方式做詳細說明。