[发明专利]锗硅衬底的生长方法以及锗硅衬底

说明书

技术领域

本发明是关于锗硅衬底的生长方法以及锗硅衬底，特别涉及具有高晶体质量的锗硅衬底的生长方法以及锗硅衬底。

背景技术

芯片制造业仍遵循摩尔定律向450 mm大尺寸晶圆、纳米级光刻线宽、高精度、高效率、低成本方向发展。2004年以来，很多国际顶级半导体厂商纷纷采用90 nm工艺生产集成电路IC芯片，90 nm制程的启动，标志着芯片制造业已进入100 nm 至0.1 nm 尺度范围内的纳米技术时代。但在进一步提高芯片的集成度、运行速度以及减小集成电路的特征尺寸方面遇到了严峻的挑战，现有的材料和工艺正接近它们的物理极限，因此必须在材料和工艺上有新的重大突破。2004年，intel在其90 nm制程中引入了工艺致应变硅沟道。2007年，intel的45 nm制程进入量产，首次引入了高k栅极介质和金属栅极材料。2009年2月10日，intel发布了用32 nm制程制造的新型处理器，并且在2009年第4季度，其生产技术将全面由45 nm转向32 nm，目前更先进的22 nm制程正处于研发阶段，预计2012年将正式进入量产。随着特征尺寸进入到22 nm以下时代，锗材料因其快速的空穴迁移率再一次引起了人们的重视，并且锗材料和III-V族材料的结合成为未来微电子技术的一个重要的发展方向。

硅基衬底材料，如绝缘体上应变硅、绝缘体上应变锗硅等高速衬底材料一方面具有比硅高的多的载流子迁移率，另一方面他们的器件制备工艺可以同传统的硅器件工艺兼容，因而得到研究领域和产业界的高度重视。

无论是制备绝缘体上应变硅、绝缘体上应变锗硅材料，均是通过层转移的办法获得。因此，在单晶硅衬底上外延获得高质量的锗硅材料成为制备制备绝缘体上应变硅、绝缘体上应变锗硅材料的基础和前提。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高晶体质量的锗硅衬底的生长方法以及锗硅衬底。

为了解决上述问题，本发明提供了一种锗硅衬底的生长方法，包括如下步骤：提供单晶硅支撑衬底；在单晶硅支撑衬底表面形成籽晶层，所述籽晶层的材料为单晶锗硅；在籽晶层的表面形成插入层，所述插入层的材料为锗组分大于籽晶层中锗组分的单晶锗硅；在插入层的表面形成锗硅晶体层。

作为可选的技术方案，所述锗硅晶体层由固定组分的锗硅晶体或者渐变组分的锗硅晶体构成。

作为可选的技术方案，所述生长插入层的步骤进一步包括多次交替实施生长第一插入层的步骤和第二插入层的步骤，以获得第一插入层和第二插入层的堆叠结构，所述第一插入层和第二插入层均为单晶锗硅层，且第一插入层与第二插入层具有不同的锗组分；所述第一插入层和第二插入层的总厚度为5nm至1 μm。

本发明进一步提供了一种锗硅衬底，包括单晶硅支撑衬底、籽晶层和锗硅晶体层以及设置于前籽晶层和锗硅晶体层之间的插入层，所述籽晶层的材料为单晶锗硅，所述插入层的材料为锗组分大于籽晶层中锗组分的单晶锗硅。

作为可选的技术方案，所述插入层进一步包括由多个第一插入层和多个第二插入层交替设置构成的堆叠结构，所述第一插入层和第二插入层均为单晶锗硅层，且第一插入层与第二插入层具有不同的锗组分。

作为可选的技术方案，所述第一插入层和第二插入层的总厚度为5 nm至1 μm。

本发明的优点在于,通过引入锗组分较大的锗硅插入层作为晶体缺陷的吸收层，在此基础上外延，可以获得高质量外延的锗硅材料。

附图说明

附图1所示是本发明具体实施方式的实施步骤示意图。

附图2A至附图2E所示是本发明具体实施方式的工艺示意图。

具体实施方式

接下来结合附图详细介绍本发明所述一种锗硅衬底的生长方法以及锗硅衬底具体实施方式。

附图1所示是本发明具体实施方式的实施步骤示意图，包括：步骤S10，提供单晶硅支撑衬底；步骤S11，在单晶硅支撑衬底表面生长籽晶层；步骤S12，在籽晶层表面形成第一插入层，所述第一插入层的材料为为锗组分大于籽晶层中锗组分的单晶锗硅；步骤S13，在第一插入层的表面形成第二插入层，所述第二插入层的材料为为锗组分大于籽晶层中锗组分的单晶锗硅，且第一插入层与第二插入层具有不同的锗组分；步骤S14，在第二插入层的表面形成锗硅晶体层。

附图2A至附图2E所示是本具体实施方式的工艺示意图。

附图2A所示，参考步骤S10，提供单晶硅支撑衬底100。所述支撑衬底100除普通的单晶硅体材料之外，也可以是包括SOI衬底和图形衬底在内的各种工程化的衬底。