[發(fā)明專利]一種半導體結(jié)構(gòu)的制備方法及半導體結(jié)構(gòu)

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• 申請日: 2022-11-21
• 公開（公告）號: CN115692308A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔真真;張毅文;劉靖雄;任宇輝;王桂磊;李俊峰;高建峰;周娜;羅軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L27/12
• 代理公司: 北京蘭亭信通知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11667
• 代理人: 袁銘廣

本發(fā)明提供了一種半導體結(jié)構(gòu)的制備方法及半導體結(jié)構(gòu)，該半導體結(jié)構(gòu)的制備方法通過在第二硅襯底上依次生長高低溫Ge層、GeSi反向漸變緩沖層和完全弛豫的GeSi應(yīng)變弛豫層之后，將第二硅襯底上的GeSi應(yīng)變弛豫層鍵合在第一硅襯底上的電介質(zhì)層上，之后再去除第一硅襯底、高低溫Ge層和GeSi反向漸變緩沖層，并減薄GeSi應(yīng)變弛豫層，最后在減薄后的GeSi應(yīng)變弛豫層上外延生長壓應(yīng)變鍺層，實現(xiàn)高遷移率的壓應(yīng)變鍺層GOI結(jié)構(gòu)，同時制造出高遷移率、少雜質(zhì)沾污、低雜質(zhì)沾污、高質(zhì)量疊層結(jié)構(gòu)以及溝道結(jié)構(gòu)的全新納米片基片平臺。便于后續(xù)根據(jù)應(yīng)用場景在壓應(yīng)變鍺層中制備諸如但不限于壓應(yīng)變鍺溝道等結(jié)構(gòu)，為FD/GAAGOI器件提供優(yōu)良襯底。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導體結(jié)構(gòu)的制備方法及半導體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在晶體管中引入應(yīng)力是目前半導體工藝界目前所廣泛使用的一種技術(shù)，由于應(yīng)力的引入，可以使材料產(chǎn)生拉應(yīng)力或者壓應(yīng)力。應(yīng)力的引入會使載流子的質(zhì)量發(fā)生改變，提高晶體管中載流子的遷移率，可以制作相比于無應(yīng)力襯底的的晶體管更低功耗以及更高遷移率的晶體管。因此引入拉應(yīng)變溝道成為提高器件遷移率的主要方法。但是現(xiàn)有技術(shù)中，在電介質(zhì)層上生長高質(zhì)量的壓應(yīng)變鍺溝道較為困難。而且現(xiàn)有技術(shù)中，基于硅襯底的納米片集成，由于受到底部疊層材料質(zhì)量限制而經(jīng)常出現(xiàn)雜質(zhì)沾污、晶格缺陷、氧化層缺陷、以及頂層硅均勻性難以保證等諸多問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種半導體結(jié)構(gòu)的制備方法及半導體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高遷移率的壓應(yīng)變鍺層GOI結(jié)構(gòu)。

第一方面，本發(fā)明提供了一種半導體結(jié)構(gòu)的制備方法，該半導體結(jié)構(gòu)的制備方法包括：在第一硅襯底上生長電介質(zhì)層；在第二硅襯底上依次外延生長高低溫Ge層和Ge(鍺)Si(硅)反向漸變緩沖層，并在GeSi反向漸變緩沖層上生長完全弛豫的GeSi應(yīng)變弛豫層；將第二硅襯底上的GeSi應(yīng)變弛豫層鍵合在第一硅襯底上的電介質(zhì)層上；去除第一硅襯底、高低溫Ge層和GeSi反向漸變緩沖層，并減薄GeSi應(yīng)變弛豫層；在減薄后的GeSi應(yīng)變弛豫層上外延生長壓應(yīng)變鍺層。

在上述的方案中，提出了一種生長壓應(yīng)變鍺層的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法，通過在第二硅襯底上依次生長高低溫Ge層、GeSi反向漸變緩沖層和完全弛豫的GeSi應(yīng)變弛豫層之后，將第二硅襯底上的GeSi應(yīng)變弛豫層鍵合在第一硅襯底上的電介質(zhì)層上，之后再去除第一硅襯底、高低溫Ge層和GeSi反向漸變緩沖層，并減薄GeSi應(yīng)變弛豫層，最后在減薄后的GeSi應(yīng)變弛豫層上外延生長壓應(yīng)變鍺層，從而實現(xiàn)高遷移率的壓應(yīng)變鍺層GOI結(jié)構(gòu)。同時，由于GeSi應(yīng)變弛豫層是在第二硅襯底上制備之后鍵合在第一硅襯底的電介質(zhì)層上，所以不會對第一硅襯底造成雜質(zhì)沾污、雜質(zhì)沾污等，從而制造出高遷移率、少雜質(zhì)沾污、低雜質(zhì)沾污、高質(zhì)量疊層結(jié)構(gòu)以及溝道結(jié)構(gòu)的全新納米片基片平臺。便于后續(xù)根據(jù)應(yīng)用場景在壓應(yīng)變鍺層中制備諸如但不限于壓應(yīng)變鍺溝道等結(jié)構(gòu)，為FD/GAA(gate-all-around)GOI器件提供優(yōu)良襯底。

在一個具體的實施方式中，減薄GeSi應(yīng)變弛豫層包括：減薄GeSi應(yīng)變弛豫層，直到剩余的GeSi應(yīng)變弛豫層的厚度為5-100nm，通過先制備較厚的GeSi應(yīng)變弛豫層之后，再減薄GeSi應(yīng)變弛豫層，能夠提高剩余的GeSi應(yīng)變弛豫層的質(zhì)量，便于外延生長出更高質(zhì)量的壓應(yīng)變鍺層。

在一個具體的實施方式中，GeSi反向漸變緩沖層和GeSi應(yīng)變弛豫層的材料均為Ge_aSi_1-a；其中，a的取值從GeSi反向漸變緩沖層的底部取值為1開始，至GeSi反向漸變緩沖層的頂部逐漸減小，并在GeSi應(yīng)變弛豫層減至最小，且GeSi應(yīng)變弛豫層中的a為固定值，提高GeSi應(yīng)變弛豫層的質(zhì)量，便于外延生長出更高質(zhì)量的壓應(yīng)變鍺層。

在一個具體的實施方式中，a從GeSi反向漸變緩沖層的底部取值為1開始，逐漸減小至GeSi應(yīng)變弛豫層取值為min；其中，min的取值范圍為0.6～0.9，提高GeSi應(yīng)變弛豫層的質(zhì)量，便于外延生長出更高質(zhì)量的壓應(yīng)變鍺層。