[实用新型]张应变锗薄膜

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及一种张应变锗薄膜。

背景技术

张应变能够改变半导体材料的能带结构，降低禁带宽度并提高载流子迁移率，从而提高器件的总体性能。张应变锗薄膜在金属-氧化物-半导体场效应晶体管、光电探测器、发光管以及激光器中将得到广泛的应用。然而，张应变锗薄膜的制备方法仍在探索中。

张应变锗（Ge）薄膜的制备方法通常有如下几种：一是在硅（Si）衬底上直接生长Ge薄膜。Si和Ge热膨胀系数的不同在Ge薄膜中产生张应变。由于热膨胀系数失配有限，且材料承受的最高温度必须低于其熔点，Ge薄膜中的最大张应变仅能达到0.3%。二是在锗锡（GeSn）缓冲层上生长Ge薄膜。GeSn缓冲层的晶格常数比Ge的大，共格生长在GeSn缓冲层上的Ge薄膜中的张应变随着GeSn缓冲层中锡（Sn）组份的增加而增加。然而，Ge和Sn的相互平衡固溶度都小于1%，并且Sn的表面自由能比Ge的小，Sn容易分凝到表面。制备高Sn组份、高质量GeSn缓冲层很困难。在GeSn缓冲层上生长Ge薄膜获得的张应变不足1.0%。三是在砷化镓（GaAs）衬底上利用铟镓砷（InGaAs）缓冲层来生长Ge薄膜。InGaAs缓冲层的晶格常数比Ge的大，且随着铟（In）组份的增加而增大，完全应变Ge薄膜中的张应变达到2.33%，然而，该方法使用了Ⅲ-Ⅴ族材料，不能与成熟的Si工艺兼容。四是采用机械应变方法，通过外加机械应变弯曲锗晶圆，在锗中引入张应变。该方法的局限性是无法应用于Si材料的集成芯片，并且直接对锗晶圆作用，Ge晶圆的厚度大，获得的张应变较小。同时，上述锗薄膜还存在张应变大小不能精确控制的缺陷。

综上，现有技术的锗薄膜存在获得的张应变不够大、张应变大小不能精确控制、材质与硅不兼容的缺陷。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述锗薄膜存在获得的张应变不够大、张应变大小不能精确控制、材质与硅不兼容缺陷，提供一种张应变锗薄膜。本实用新型的张应变锗薄膜克服了上述缺陷，将应变薄膜中的压应变转移到含Ge薄膜中，使应变薄膜中的压应变得到弛豫，而含Ge薄膜受到张应变；且含Ge薄膜和应变薄膜都与Si兼容；制得的张应变锗薄膜的张应变介于0.7-1.5%之间，且与Si兼容。另外，由于含Ge薄膜下面部分区域的衬底已被去除，衬底对含Ge薄膜应变的影响被限制。这样，含Ge薄膜中的张应变主要与其厚度以及应变薄膜的厚度和压应变大小有关：当应变薄膜的厚度和压应变一定时，含Ge薄膜中的张应变随其厚度的减小而增加；当含Ge薄膜的厚度一定时，含Ge薄膜中的张应变随应变薄膜的厚度和压应变的增加而增加；这样使得含Ge薄膜中张应变的大小可以精确控制。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种张应变锗薄膜，包括含Ge薄膜1、及覆盖于所述含Ge薄膜1上、用于在压应变弛豫的过程中将应变转移给所述含Ge薄膜1、使所述含Ge薄膜1受到张应变的应变薄膜2，其中，所述应变薄膜2的厚度大于所述含Ge薄膜1的厚度。

在本实用新型所述的张应变锗薄膜中，所述张应变锗薄膜还包括衬底3，所述含Ge薄膜1覆盖于所述衬底3上，所述应变薄膜2覆盖于所述含Ge薄膜1上。

在本实用新型所述的张应变锗薄膜中，所述衬底3包括硅衬底或者绝缘体上的硅衬底。

在本实用新型所述的张应变锗薄膜中，所述衬底3上腐蚀形成有孔4。

在本实用新型所述的张应变锗薄膜中，所述孔4为其深度等于所述衬底3厚度的通孔，所述应变薄膜2设于所述孔4内、且覆盖在所述含Ge薄膜1上。

在本实用新型所述的张应变锗薄膜中，所述衬底3包括Si基底31、覆盖在所述Si基底31上的埋层SiO₂32、以及覆盖在所述埋层SiO₂32上的顶层Si33，所述孔4在所述Si基底31上形成、且所述孔4的深度等于所述Si基底31的厚度；所述含Ge薄膜1位于所述应变薄膜2和所述衬底3之间。

在本实用新型所述的张应变锗薄膜中，所述孔4的底部的面积小于所述含Ge薄膜1的面积。

在本实用新型所述的张应变锗薄膜中，所述含Ge薄膜1包括Ge单质层、Si_1-yGe_y合金层或者Ge_1-zSn_z合金层，其中，y=0.8～1，z=0～0.1。

在本实用新型所述的张应变锗薄膜中，所述含Ge薄膜1的横向尺度小于200微米，厚度介于5～1000纳米。