[发明专利]与衬底键合的锗层的处理

说明书

技术领域

本发明涉及包含衬底上锗层的结构的制造和处理，例如绝缘体上锗结构(也称为“GeOI”结构)，其旨在用于微电子学(例如MOS产品)和/或光电子学(例如光电探测器)和/或光电应用(例如太阳能电池)。这种GeOI结构包括在衬底上的电绝缘体层上的所述Ge层。

背景技术

由于锗的电荷迁移率较大(理论空穴迁移率为1900cm²V^-1s^-1，电子迁移率为3900cm²V^-1s^-1)，因此较之硅以及其它类似物质，锗具有更为优良的电特性。

根据将来的应用，优选能够制造这种在层的整个表面上具有优良结晶、电和形态质量的Ge层，以便能够接着在其上形成例如晶体管或集成探测器。

美国文献6 833 195和2005/0042842均公开了一种GeOI结构制造方法，包括：Ge层在第一衬底上外延附生，在外延附生的Ge层上形成SiO₂膜，在Ge层下方进行离子注入，以便在其上构建弱化区域，与第二衬底键合，接着将Ge层从弱化区域上分离，最后获得GeOI结构(这种分离技术也公知而采用术语“Smart”)。

根据这些文献的方法也进行了如下公开，即，在分离之前在100-150℃的温度下通过热处理对键合加强(即，键合层的稠化)达1-60小时；以及使用抛光、湿化学处理或蚀刻进行最终的Ge表面抛光步骤，以调整不均匀性和表面粗糙度。

与锗相关的第一普遍问题为其对氧的高反应性，从而导致氧化锗层的产生，该层对Ge层的电属性具有不良影响。

这种氧化尤其可发生在Ge/SiO₂界面处。

从文献EP 04 292742(提交号)可以得知，在形成SiO₂层之前，如何形成GeOxNy钝化层，或者接着形成界面层，从而可防止Ge层氧化，并获得改进的与SiO₂的界面的质量。

另外，在包含沉积氧化物的多层结构中，需要频繁进行SiO₂稠化步骤。在TEOS类型氧化物的情况中，通常针对被转移的Si层在约900℃下进行氧化物稠化步骤，并且对于被转移的Ge层该步骤可能仅仅部分进行(或者时间不符合工业产品要求)。

然而，在美国文献2005/0148122中，提出了在600℃下稠化达1小时。

公知的还有，在介电沉积之前根据各种技术制备Ge表面。举例而言，可以就在执行介电层的形成之前沉积硅的薄层(对于为此目的使用的技术的更多细节，参见例如如下文献，其作为参考文献而被合并：Bai等人所著的名为“Si interlayer passivation on germanium MOS capacitors with high-kdielectric and metal gate”的发表于Elec.Dev；26(6)378-380(2005)的文献；以及由Jaeger等人所著的名为“Optimisation of a thin epitaxial Si layer as Gepassivation layer to demonstrate deep sub-micron n-and p-FETs onGe-On-Insulator substrates”(-Micro.Engin；80 26-29(2005))的文献)。

在带有例如通过Smart而被转移的Ge层的异质结构中所遇到的第二问题在于，需要在限制温度下执行转移，氧化锗很快变得非常不稳定(其氧化形式的不稳定性)，并且其熔点相对低(937℃)。所用温度因此得到快速限制。

另外，在锗的情况中，由Smart离子注入引发的受损厚度比硅的情况大得多。出于此原因，将希望进行能够结晶重构(残留的注入缺陷的修复)的热处理。

因此，可以提出的是，为了获得通过Smart转移的Ge薄膜的优良质量，必需正确执行这些热处理，特别是在与锗兼容的温度下正确地进行这些热处理。

发明内容

本发明的一个目标为，获得如下结构，其包括出众的Ge层和与底部衬底的界面，二者均具有良好的结晶和形态质量。

本发明的另一目标在于，改进Ge层的电性质。

本发明的另一目标在于，在Ge/绝缘体界面处优化GeOI衬底的电质量。

具体而言，如果Ge层初始时从施主衬底去除，则一个目标为，保持Ge层的良好质量的电、形态和/或结晶特性，以用于微电子学(例如MOS产品)、光电子学和/或光电学等等。