[发明专利]绝缘体上锗硅衬底的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及集成电路材料的制备方法，尤其涉及绝缘体上锗硅衬底的制备方法。

【背景技术】

硅器件与集成电路技术作为电子工业的发展主流已经取得了巨大的成功。然而，随着集成电路的超高速化的发展，硅材料的局限性开始显露。锗硅新材料的出现对利用强大而成熟的硅工艺制作超高速集成电路带来了生机。锗硅材料由于禁带宽度可由锗含量调节、易于与硅工艺兼容以及载流子迁移率高等优点，被广泛用于高频双极型晶体管(HBT)、MOSFET和MODFET的制作，同时还可以应用在光电子领域。

近些年来，绝缘体上的硅(Silicon on Insulator，SOI)材料以其独特的绝缘埋层结构，可以降低衬底的寄生电容和漏电电流，因此在在低压、低功耗、高温、抗辐射器件等诸多领域得到了广泛的应用。

绝缘体上锗硅(GSOI)材料结合了锗硅材料和SOI材料的优点，是近几年发展起来的一项新的高端硅基衬底材料。其结合了锗硅和SOI的优点，在提高载流子迁移率的同时，减小了衬底的寄生电容、和漏电电流，在业内上引起了广泛的重视。

目前，制备SGOI的技术主要有智能剥离(SmartCut)技术、SOI上外延锗硅和注氧隔离技术(SIMOX)。

SmartCut技术是通过锗硅与硅片键合得到，此方法的步骤繁多，工艺非常复杂。

SOI上外延SiGe主要是通过锗硅在高温下，锗原子扩散与顶层硅结合形成SiGe，此方法的缺点在于需要具有超薄顶层硅的SOI材料，且锗在高温下扩散的均匀性也不容易控制。

SIMOX技术是目前制备SOI的主流技术之一，也可应用到SGOI的材料制备中。现有的SIMOX工艺制备SGOI是采用氧离子注入锗硅材料中，再经高温退火形成绝缘埋层。现有的SIMOX技术制备SGOI的缺点在于高温退火的过程中，注入的氧与锗硅中的硅结合形成二氧化硅，而将锗硅中的锗排出，锗在高温下向顶层锗硅层远离绝缘埋层的方向扩散，直至从衬底中逸出。上述现象被称为锗硅的“排出效应”。现有技术中，由于排出效应而产生的锗的流失非常严重，造成顶层硅锗层和绝缘埋层的质量不好。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是，提供一种绝缘体上锗硅衬底的制备方法，避免锗在高温退火的情况下发生流失，从而提高绝缘体上锗硅衬底的质量。

为了解决上述问题，本发明提供了一种绝缘体上锗硅衬底的制备方法，包括如下步骤：(a)提供单晶硅衬底；(b)在单晶硅衬底表面生长锗硅层；(c)将起泡离子注入单晶硅衬底中；(d)退火，从而形成气孔层；(e)将氧离子注入至气孔层中；(f)退火，从而形成绝缘埋层。

作为可选的技术方案，还包括如下步骤：在步骤(b)实施完毕之后，继续在硅锗层远离单晶硅衬底的表面生长盖帽层，以抑制锗硅层中的锗原子向环境中扩散。

作为可选的技术方案，所述盖帽层为硅。

作为可选的技术方案，所述盖帽层的厚度范围是2nm～20nm。

作为可选的技术方案，所述之起泡离子选自于氦离子、氢离子以及氩离子中的至少一种。

作为可选的技术方案，所述起泡离子的注入剂量范围是1×10¹⁶cm^-2～1×10¹⁷cm^-2。

作为可选的技术方案，所述在单晶硅衬底表面生长的锗硅层的厚度小于100nm。

作为可选的技术方案，所述步骤(d)中的退火温度是200℃～1000℃。

作为可选的技术方案，所述步骤(e)中的退火温度是1000℃～1300℃。

本发明的优点在于，采用起泡离子注入单晶硅衬底中，通过退火在单晶硅衬底与锗硅层之间形成气孔层，并将氧离子注入至气孔层中，退火后在气孔层的位置形成绝缘埋层。由于绝缘埋层均形成于单晶硅衬底而非锗硅层中，因此可以对锗的排出现象起到抑制的作用，并且所述的气孔层可以有效地束缚氧原子，有利于绝缘埋层的形成。

作为可选的技术方案，采用生长盖帽层的方法，抑制锗硅层中的锗原子向环境中扩散，可以进一步避免锗排除现象的发生。

【附图说明】

附图1所示为本发明所述绝缘体上锗硅衬底制备方法具体实施方式的工艺流程图；

附图2至附图8所示为本发明所述绝缘体上锗硅衬底制备方法具体实施方式的工艺步骤示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明提供的绝缘体上锗硅衬底的制备方法具体实施方式做详细说明。