[發明專利]構建激光再晶化Si-Ge互擴抑制模型及制備Ge/Si虛襯底的方法

有效

• 申請號: 201910648698.0
• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110534407B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 張超
• 申請（專利權）人: 上海先積集成電路有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 閆家偉

本發明涉及一種構建激光再晶化Si?Ge互擴抑制模型及制備Ge/Si虛襯底的方法，本發明的模型構建方法針對激光再晶化Si襯底上Ge外延層的過程中Si?Ge存在相互擴散問題，建立熱方程、Si?Ge相互擴散系數以及述Si?Ge相互擴散方程，通過模型推導與仿真，建立了激光再晶化Si?Ge互擴抑制模型，根據所述Si?Ge互擴抑制模型可以優化激光再晶化工藝參數，使得激光再晶化制備Ge/Si虛襯底過程中，抑制Si?Ge相互擴散現象，為激光再晶化技術制備高質量的Si襯底上Ge外延層提供重要技術參考。

技術領域

本發明屬于半導體制造技術領域，具體涉及一種構建激光再晶化Si-Ge互擴抑制模型及制備Ge/Si虛襯底的方法。

背景技術

Si襯底上直接外延生長Ge外延層(Ge/Si)技術，兼具Si襯底與Ge半導體的優勢，在微電子與光電子領域應用潛力巨大。然而，由于Si與Ge之間存在4.2％的晶格失配，傳統工藝過程中，Si與Ge界面位錯缺陷在外延層逐漸增厚的過程中，會縱向延伸至Ge的表面，進而導致Ge/Si晶體質量降低。

為了避免位錯缺陷在外延的過程中沿縱向擴展，可采用Ge/Si橫向結晶生長的方法，抑制缺陷的擴展進而獲得高質量的Ge/Si，808nm激光再晶化工藝為解決該問題提供了一個有效的途徑，該技術通過控制激光工藝參數，使得一定厚度的Ge外延層熔化并實現晶格重排再結晶，進而實現高質量薄Ge/Si的制備。但是，激光再晶化工藝本質上屬于高溫熱處理工藝，利用其制備Si襯底上Ge外延層的工藝過程中，激光致高溫熱處理會加速原子的擴散運動，因此不可避免的會引起Si、Ge原子在Si襯底與Ge外延層界面附近的相互擴散現象，這對于后續基于Si襯底上Ge外延層的器件制造十分不利。

因此，建立激光再晶化Si-Ge互擴抑制模型，對于Si襯底上Ge外延層激光再晶化工藝的應用具有重要的價值。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種構建激光再晶化Si-Ge互擴抑制模型及制備Ge/Si虛襯底的方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明提供了一種構建激光再晶化Si-Ge互擴抑制模型的方法，包括：

S1：獲取Si-Ge相互擴散方程；

S2：建立Si-Ge相互擴散系數與濃度的模型以及Si-Ge相互擴散系數與溫度的模型；

S3：根據Si-Ge相互擴散系數與濃度的模型和Si-Ge相互擴散系數與溫度的模型，得到Si-Ge相互擴散系數；

S4：構建激光再晶化工藝的熱方程；

S5：根據所述熱方程、所述Si-Ge相互擴散系數和所述Si-Ge相互擴散方程，通過仿真建立激光再晶化Si-Ge相互擴散模型；

S6：根據所述激光再晶化Si-Ge相互擴散模型的仿真結果，建立Si-Ge互擴抑制模型。

在本發明的一個實施例中，所述步驟S1包括：

S11：根據菲克第一定律得到濃度梯度與擴散通量之間的關系，

其中，J表示擴散通量，D表示擴散系數，C表示Si或Ge的體積濃度，表示濃度梯度，負號表示擴散方向為濃度梯度的反方向；

S12：根據守恒定律得到一維擴散通量下的質量平衡表達式，

其中，J_x表示一維擴散通量，Δx表示沿x方向的無限小的長度，S_yz表示界面面積，表示濃度關于擴散時間的函數，

使用沿x軸的通量分量的泰勒展開，公式中的[J_x(x)-J_x(x+Δx)]可以替換為得到，