[发明专利]一种硅基绝缘体上锗衬底结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成技术领域，特别涉及一种硅基绝缘体上锗衬底结构及其制备方法。

背景技术

随着半导体集成电路的快速发展，为了获得更高的性能，器件单元尺寸不断减小。集成电路即将步入“后22纳米”时代。从材料方面来说，采用高迁移率材料替代传统硅材料作为衬底材料将是半导体集成技术的重要发展方向。由于锗（Ge）的空穴迁移率1900cm²/V·s和电子迁移率3900cm²/V·s都明显高于硅材料，因此锗被认为有望取代硅材料以适应“后22纳米”以下逻辑器件的需求。对于“后22纳米”技术节点来说，全耗尽型绝缘体上锗技术（GeOI）被认为是进一步提升器件性能，减少静态功耗的重要进展。为了实现全耗尽，一般需要获得比较薄的锗层，而传统GeOI衬底的制备方法难于获得高质量的极薄锗层。传统GeOI衬底的制备方法包括锗凝聚技术、智能切割技术、以及快速热生长技术等。对于锗凝聚技术而言，高纯度的锗层很难获得；智能切割技术受到尺寸的限制难以大规模生长，且锗层的厚度较大，均匀性也较差；快速热生长技术所形成的锗层的均匀性较差，具有梯度性。

发明内容

为了解决传统GeOI衬底的制备方法难于获得高质量的极薄锗层的问题，本发明提供了一种硅基绝缘体上锗衬底结构及其制备方法。

本发明提供了一种硅基绝缘体上锗衬底结构，所述锗衬底结构包括硅衬底、结晶氧化铍层和结晶锗层；所述硅衬底位于所述锗衬底结构的底部，所述结晶氧化铍层置于所述硅衬底之上，所述结晶锗层置于所述结晶氧化铍层之上。

所述硅衬底为单晶硅（100）衬底、单晶硅（110）衬底或单晶硅（111）衬底。

所述结晶锗层为单晶锗层；所述单晶锗层的晶面为锗（111）、锗（110）或锗（100）。

所述结晶氧化铍层的晶体结构为六方相单晶。

本发明还提供了一种硅基绝缘体上锗衬底结构的制备方法，所述方法包括：

将表面清洁的单晶硅衬底置于真空腔体内；

将所述单晶硅衬底加热，并在所述单晶硅衬底上沉积金属铍层；

原位对所述金属铍层进行氧化处理，形成结晶氧化铍层；

在所述结晶氧化铍层上高温原位沉积单晶锗层，形成结晶锗层。

所述将所述单晶硅衬底加热，并在所述单晶硅衬底上沉积金属铍层的步骤具体包括：

将所述单晶硅衬底加热至400~900℃，获得重构表面的单晶硅衬底；

将所述重构表面的单晶硅衬底降温至室温~500℃，在所述单晶硅衬底表面上沉积金属铍层。

所述沉积金属铍层的方法具体为分子束外延法、物理沉积法或化学沉积法；所述金属铍层的厚度为

所述原位对所述金属铍层进行氧化处理，形成结晶氧化铍层的步骤具体为：在室温~500℃的温度条件下，采用氧等离子体或者氧自由基原位对所述金属铍层进行氧化处理，形成结晶氧化铍层。

所述在所述结晶氧化铍层上高温原位沉积单晶锗层，形成结晶锗层的步骤具体为：将所述单晶硅衬底加热至200~800℃，采用分子束外延法、物理沉积法或化学沉积法在所述结晶氧化铍层上沉积单晶锗层，形成结晶锗层。

当采用所述分子束外延法沉积单晶锗层时，所述单晶锗层的厚度通过控制外延时间的长短来自由调整；所述单晶锗层的最小厚度为0.5nm。

本发明通过在硅衬底表面沉积结晶氧化铍层，再在结晶氧化铍层表面上沉积单晶锗层，从而实现了方便地在绝缘体上制备极薄锗层，具有可大面积生长、散热性能好、衬底绝缘性能好、以及制备成本低廉等优点，可以方便在大尺寸晶圆上制备全耗尽锗基器件。

附图说明

图1是本发明实施例提供的硅基绝缘体上锗衬底结构的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的硅基绝缘体上锗衬底结构的平面结构示意图；

图3是本发明实施例提供的硅基绝缘体上锗衬底结构的制备方法流程图；

图4是本发明实施例在单晶硅衬底上生长金属铍层后的立体结构示意图；

图5是本发明实施例在单晶硅衬底上生长金属铍层后的平面结构示意图；

图6是本发明实施例在单晶硅衬底上氧化金属铍得到结晶氧化铍层的立体结构示意图；

图7是本发明实施例在单晶硅衬底上氧化金属铍得到结晶氧化铍层的平面结构示意图；

图8是本发明实施例单晶硅（111）衬底表面加热至500℃形成的Si(111)(1x1)的反射式高能电子衍射图；