[发明专利]一种用于半导体量子计算的应变纯化硅衬底及其形成方法

权利要求书

1.一种用于半导体量子计算的应变纯化硅衬底，其特征在于，包括依次层叠的自然硅支撑衬底、绝缘层、纯化硅锗层和应变纯化硅层。

2.根据权利要求1所述的用于半导体量子计算的应变纯化硅衬底，其特征在于，所述纯化硅锗层中纯化硅的纯度≥99.9％。

3.根据权利要求1或2所述的用于半导体量子计算的应变纯化硅衬底，其特征在于，所述绝缘层为自然硅氮化硅层、纯化硅氮化硅层、自然硅氧化硅层、纯化硅氧化硅层或氧化铝层；

或者，绝缘层包括依次层叠的自然硅氧化硅层和纯化硅氧化硅层；

或者，绝缘层包括依次层叠在自然硅支撑衬底上的自然硅氮化硅层和氧化铝层。

4.一种用于半导体量子计算的应变纯化硅衬底的形成方法，其特征在于，用于形成权利要求1至3任一项所述的应变纯化硅衬底，所述形成方法包括如下步骤：

提供一基础衬底，在基础衬底上外延形成多层硅锗缓冲层，硅锗缓冲层中锗的掺杂浓度大于等于纯化硅锗层中锗的掺杂浓度，沿逐渐远离基础衬底的方向，多层硅锗缓冲层中的锗掺杂浓度逐渐增加，在位于表面的硅锗缓冲层上外延形成纯化硅锗层，得到施主衬底；

提供一自然硅支撑衬底；

在施主衬底和/或自然硅支撑衬底上形成至少一层绝缘层；

将施主衬底与自然硅支撑衬底键合，去除基础衬底和多层硅锗缓冲层或去除基础衬底、多层硅锗缓冲层和部分纯化硅锗层，得到纯化硅锗衬底；

在纯化硅锗衬底上外延形成纯化硅层，得到应变纯化硅衬底。

5.根据权利要求4所述的用于半导体量子计算的应变纯化硅衬底的形成方法，其特征在于，多层硅锗缓冲层中位于表面的硅锗缓冲层为纯化硅硅锗缓冲层，其他硅锗缓冲层为自然硅硅锗缓冲层。

6.根据权利要求5所述的用于半导体量子计算的应变纯化硅衬底的形成方法，其特征在于，所述硅锗缓冲层包括第一硅锗缓冲层、第二硅锗缓冲层、第三硅锗缓冲层和第四硅锗缓冲层；

所述第一硅锗缓冲层采用Si_0.9Ge_0.1形成，厚度为0.5～1.5μm；

所述第二硅锗缓冲层采用Si_0.8Ge_0.2形成，厚度为0.5～1.5μm；

所述第三硅锗缓冲层采用Si_0.7Ge_0.3形成，厚度为0.3～0.8μm；

所述第四硅锗缓冲层采用²⁸Si_0.7Ge_0.3形成，厚度为0.3～0.8μm；

所述纯化硅锗层中锗的掺杂浓度大于0且小于或等于0.3。

7.根据权利要求4所述的用于半导体量子计算的应变纯化硅衬底的形成方法，其特征在于，所述基础衬底为自然硅衬底；

或者，所述基础衬底包括依次层叠的自然硅基础衬底、介质层和自然硅层。

8.根据权利要求7所述的用于半导体量子计算的应变纯化硅衬底的形成方法，其特征在于，所述基础衬底中自然硅层的厚度为20nm以下；

或者，在基础衬底上外延形成硅锗缓冲层之前还包括如下步骤：

对自然硅层进行减薄，使得减薄后的自然硅层厚度在20nm以下。

9.根据权利要求4至8所述的用于半导体量子计算的应变纯化硅衬底的形成方法，其特征在于，所述去除基础衬底和多层硅锗缓冲层采用减薄的方式。

10.根据权利要求4至8任一项所述的用于半导体量子计算的应变纯化硅衬底的形成方法，其特征在于，所述去除基础衬底和多层硅锗缓冲层采用智能剥离的方式，在将施主衬底与自然硅支撑衬底键合之前还包括如下步骤：

对施主衬底进行离子注入，离子注入形成的剥离深度在纯化硅锗层、基础衬底与纯化硅锗层的界面或者基础衬底内。