[發(fā)明專利]一種用于半導體量子計算的應變純化硅襯底及其形成方法

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• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112582256A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設計）人: 王桂磊;亨利·H·阿達姆松;孔真真;羅雪
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 武悅

1.一種用于半導體量子計算的應變純化硅襯底，其特征在于，包括依次層疊的自然硅襯底、絕緣層和應變純化硅層，所述應變純化硅層中引入張應力。

2.根據(jù)權利要求1所述的用于半導體量子計算的應變純化硅襯底，其特征在于，所述應變純化硅層中純化硅的純度≥99.9％，所述應變純化硅層采用SiH₄減壓化學氣相沉積方法外延形成。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的用于半導體量子計算的應變純化硅襯底，其特征在于，所述絕緣層采用自然硅氮化硅、純化硅氮化硅、自然硅氧化硅、純化硅氧化硅和氧化鋁中的一種或多種。

4.根據(jù)權利要求3所述的用于半導體量子計算的應變純化硅襯底，其特征在于，所述絕緣層為自然硅氮化硅層、純化硅氮化硅層、自然硅氧化硅層、純化硅氧化硅層或氧化鋁層；

或者，所述絕緣層包括依次層疊在自然硅襯底上的自然硅氧化硅層和純化硅氧化硅層，所述自然硅氧化硅層靠近自然硅襯底，所述純化硅氧化硅層靠近應變純化硅層；

或者，所述絕緣層包括依次層疊在自然硅襯底上的自然硅氮化硅層和純化硅氮化硅層，所述自然硅氮化硅層靠近自然硅襯底，所述純化硅氮化硅層靠近應變純化硅層。

5.一種用于半導體量子計算的應變純化硅襯底的形成方法，其特征在于，包括如下步驟：

提供一基礎襯底，在基礎襯底上外延形成多層硅鍺緩沖層，沿逐漸遠離基礎襯底的方向，多層硅鍺緩沖層中的鍺摻雜濃度逐漸增加，在位于表面的硅鍺緩沖層上外延形成應變純化硅層，得到施主襯底；

提供一自然硅襯底；

在施主襯底和/或自然硅襯底上形成至少一層絕緣層；

將施主襯底與自然硅襯底鍵合，去除基礎襯底和多層硅鍺緩沖層或去除基礎襯底、多層硅鍺緩沖層和部分應變純化硅層，得到所述應變純化硅襯底。

6.根據(jù)權利要求5所述的用于半導體量子計算的應變純化硅襯底的形成方法，其特征在于，多層硅鍺緩沖層中位于表面的硅鍺緩沖層為純化硅硅鍺緩沖層，其他硅鍺緩沖層為自然硅硅鍺緩沖層。

7.根據(jù)權利要求5所述的用于半導體量子計算的應變純化硅襯底的形成方法，其特征在于，所述硅鍺緩沖層的厚度為0.5～1.5μm，相鄰兩層硅鍺緩沖層中鍺摻雜濃度之差為5～15％。

8.根據(jù)權利要求5至7所述的用于半導體量子計算的應變純化硅襯底的形成方法，其特征在于，去除基礎襯底和多層硅鍺緩沖層采用減薄或者智能剝離的方式。

9.根據(jù)權利要求8所述的用于半導體量子計算的應變純化硅襯底的形成方法，其特征在于，采用磨拋、干法刻蝕、化學機械拋光和濕法刻蝕中的一種或多種任意組合的方式去除基礎襯底；

采用選擇性腐蝕去除多層硅鍺緩沖層。

10.根據(jù)權利要求8所述的用于半導體量子計算的應變純化硅襯底的形成方法，其特征在于，采用智能剝離的方式，在將施主襯底與自然硅襯底鍵合之前還包括如下步驟：

對施主襯底進行離子注入，離子注入形成的剝離深度在應變純化硅層、基礎襯底與應變純化硅層的界面或者基礎襯底內。