[发明专利]一种绝缘体上锗衬底的减薄方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种绝缘体上锗衬底的减薄方法，属于半导体集成技术领域。

背景技术

随着半导体集成电路的发展，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。因为锗（Ge）的空穴迁移率1900 cm²/V·s和电子迁移率3900 cm²/V·s都显著高于硅材料， 所以锗（Ge）被认为有望取代硅材料以适应22纳米以下逻辑器件的需求。对于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。然而为了实现全耗尽，一般需要获得比较薄的锗层，这通常需要利用刻蚀技术来把较厚的锗层减薄。传统的衬底刻蚀技术往往需要依靠离子刻蚀或者溶液腐蚀的办法。 前者通常成本较高且容易引入离子损伤导致的缺陷；后者虽然成本较低，但是比较难实现精确的反应速率控制， 特别是在非常微小尺寸（几纳米到几十纳米）的范围上。因此，实现锗（Ge）衬底的低成本低损伤高精度刻蚀控制变得非常重要。

发明内容

本发目的在于提供一种绝缘体上锗衬底的减薄方法，该方法通过向锗衬底上沉积二氧化锗（GeO2），加热锗(Ge)使之与二氧化锗在真空或者保护气氛中发生反应，生成易挥发的一氧化锗（GeO），从而提供一种锗(Ge)衬底刻蚀的方法。    

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

绝缘体上锗衬底的减薄方法，所述衬底结构包括单晶衬底、阻挡层、锗

层，阻挡层置于单晶衬底之上，极薄锗层置于阻挡层之上。

    所述单晶衬底通常是单晶硅衬底，也可以是单晶锗、三五族材料或者单晶氧化物衬底，所述阻挡层成分可以是二氧化硅、氧化铝、氧化镧等主族、过渡族、稀土族氧化物、氮化物或者上述化合物组成的多层复合结构、也可以是上述元素组成的多元化合物。

所述极薄锗层为非晶、多晶、或者单晶锗，其晶面可以是100、110或者111的任何一种。

向原始的绝缘体上锗衬底（GeOI） 表面沉积一定厚度的二氧化锗，通过在真空或者保护气氛加热该复合结构, 利用界面反应生成易挥发的二氧化锗，从而实现锗的刻蚀。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述混合气体氮气（N₂），氩气（Ar），氦气（He），氖气（Ne）或者上述气体的混合气体，其中以氮气（N₂）成本最为低廉。

进一步，所述二氧化锗的沉积方法可以是物理沉积或者化学沉积方法， 每次沉积厚度为x，x在3埃至20纳米之间，每次反应减薄的锗衬底厚度介于0.65x至0.75x之间。

进一步，加热温度控制在400摄氏度至700摄氏度之间。

进一步，当需要减薄的厚度比较大时，可以进行多次沉积二氧化锗，加热解吸循环的方法来减薄锗衬底，直至达到目标厚度。

本发明还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下：一种绝缘体上锗衬底的减薄方法包括以下几个步骤：

步骤1：把待减薄的表面清洁的衬底置于反应腔体内；

步骤2：向需要减薄的硅基绝缘体上锗衬底表面沉积厚度为x的非晶二氧化锗层；

步骤3：将反应腔体抽至真空或者通入保护气体；

步骤4： 加热，使二氧化锗与锗衬底发生反应并生成易挥发的一氧化锗，达到减薄的目的，减薄厚度为0.65x至0.75x之间；

步骤5： 循环步骤2至步骤4，直至达到目标厚度为止。

进一步，所述步骤1中，表面清洁指锗的表面没有任何其他物质包括氧化物覆盖，或者仅有小于1纳米的自然氧化物。

进一步，所述步骤2中，利用物理沉积或者化学沉积的方法在衬底表面沉积厚度为x的二氧化锗。厚度x介于3埃至20纳米之间。

进一步，所述步骤3中，所述真空为气体总压强小于10^-3帕斯卡。 所述保护气可以是氧含量小于0.1%的纯氮气，氩气，氦气，氖气或者上述气体的混合气体。

进一步，所述步骤4中，通过热传导或者热辐射的方法使反应温度达到400摄氏度至650摄氏度之间。每次减薄厚度的系数0.65至0.75受锗衬底的晶态决定。对于单晶锗来说，该系数取0.65；对于非晶锗来说，该系数趋近于0.75，减薄平均速率随二氧化锗的厚度的增加而减小；减薄平均速率随反应温度的升高而增加。